PIC16F18013/14/23/24微控制器技术解析与应用指南

科技观察员 2025-10-09 374

描述

Microchip Technology PIC16F18013/14/23/24全功能8/14引脚微控制器 (MCU) 具有一整套数字和模拟外设，可实现成本敏感型传感器和实时控制应用。该产品系列采用8引脚至44引脚封装，内存范围为3.5KB至28KB，速度高达32MHz。PIC16F18013/14/23/24 MCU包括一个具有计算功能的10位模数转换器 (ADCC)、用于高级电容式触摸感应的自动电容分压器 (CVD) 技术、一个8位数模转换器 (DAC) 模块以及许多波形控制和通信外设。这些小尺寸、功能丰富的器件非常适合用于低成本传感器和控制应用。

数据手册：*附件：Microchip Technology PIC16F18013，14，23，24全功能8，14引脚MCU数据手册.pdf

特性

内核
- C编译器优化RISC架构
- 运行速度
  - 直流至32MHz时钟输入操作速度
  - 最小指令时间：125ns
- 16级深度硬件堆栈
- 小电流上电复位 (POR)
- 可配置上电延时定时器 (PWRT)
- 欠压复位 (BOR)
- 看门狗定时器 (WDT)
存储器
- 高达28KB程序闪存
- 高达2 KB数据SRAM存储器
- 高达256字节数据EEPROM存储器
- 内存访问分区 (MAP)，程序闪存分为：
  - 应用方框
  - 启动块
  - 存储区域闪存 (SAF) 块
- 可编程代码和写保护
- 器件信息区 (DIA) 存储
  - 固定参考电压 (FVR) 测量数据
  - Microchip唯一标识符 (MUI)
- 器件特性信息 (DCI) 存储
  - 编程/擦除行尺寸
  - 引脚数详情
- 直接、间接和相对寻址模式
工作电压范围：1.8 V至5.5 V
工作温度范围
- -40 °C至+85 °C - 工业级
- -40 °C至+125 °C（扩展）
节能功能
- 睡眠
  - 降低器件功耗
  - 在执行ADC转换的同时降低系统电气噪声
- 低功率模式
  - 3V/25°C时典型睡眠电流<900nA（启用WDT）
  - 3V/25°C时典型睡眠电流<600nA（禁用WDT）
  - 工作电流：48µA（典型值，32kHz、3V/25°C时）
  - 4MHz、5V/25°C时典型值<1mA
模拟外设
- 带计算功能的模数转换器 (ADCC)
  - 10位分辨率
  - 多达35个外部输入通道
  - 4个内部输入通道
  - 内部ADC振荡器 (ADCRC)
  - 在睡眠模式下工作
  - 可选的自动转换触发器源
- 电荷泵模块可在低电压下提高模拟模块的精度
- 8位数模转换器 (DAC)
  - 可在一个I/O引脚上提供输出
  - 与ADC和比较器的内部连接
- 一个比较器 (CMP)
  - 最多4个外部输入
  - 可配置输出极性
  - 通过外设引脚选择外部输出
- 零交叉检测 (ZCD) 检测引脚上的交流信号何时接地
- 2个固定电压基准 (FVR)
  - 可选1.024 V、2.048 V和4.096 V输出电平
  - 前房容积率内部连接至ADC
  - FVR2内部连接至比较器和DAC
数字外设
- 2个捕获/比较/PWM (CCP) 模块
  - 用于捕获/比较模式的16位分辨率
  - 用于脉宽调制器 (PWM) 模式的10位分辨率
- 具有10位分辨率的3个脉宽调制器 (PWM)
- 4个可配置逻辑单元 (CLC)，集成组合和顺序逻辑
- 1个可配置8/16位定时器 (TMR0)
- 2个16位定时器 (TMR1/3)，带栅极控制
- 3个8位定时器 (TMR2/4/6)，带硬件限制定时器 (HLT)
- 1个数控振荡器 (NCO)
  - 生成真正的线性频率控制和更高的频率分辨率
  - 输入时钟高达64 MHz
- 多达2个增强型通用同步异步接收器发射器 (EUSART)
  - 与RS-232、RS-485和LIN兼容
  - 启动时自动唤醒
- 多达2个主机同步串行端口 (MSSP)
  - 串行外设接口 (SPI) 模式，具有客户端选择同步功能
  - 集成电路总线 (I^2^C) 模式，具有7/10位寻址模式
- 外设引脚选择 (PPS) 支持数字I/O的引脚映射
- 器件I/O端口
  - 多达35个I/O引脚
  - 1个仅输入引脚
  - 独立I/O方向、开漏、输入阈值、转换率和弱上拉控制
  - 多达25个引脚上的变化中断 (IOC)
  - 1个外部中断引脚
时钟结构
- 高精度内部振荡器块 (HFINTOSC)
  - 可选频率高达32 MHz
  - 校准时±2%
- 内部31kHz振荡器 (LFINTOSC)
- 外部高频时钟输入，具有2个外部时钟 (EC) 功率模式
- 辅助振荡器 (SOSC)
编程/调试
- 经由2个引脚实现在线串行编程™ (ICSP™)
- 经由2个引脚通过3个断点进行在线调试 (ICD)
- 片上集成调试
8引脚PDIP、8引脚SOIC、8引脚DFN、14引脚PDIP、14引脚SOIC、14引脚TSSOP和16引脚QFN封装选项

框图

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内核数据路径图

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PIC16F18013/14/23/24微控制器技术解析与应用指南

一、产品概述

Microchip Technology公司的PIC16F18013/14/23/24系列是8位/14引脚全功能微控制器，属于PIC16F18076产品家族。该系列专为成本敏感型传感器和实时控制应用设计，具有丰富的外设组合和低功耗特性。

主要特性

‌内核架构‌：优化的RISC架构，最高32MHz时钟输入，125ns最小指令周期
‌内存配置‌：
- 程序闪存：3.5KB至7KB（不同型号）
- 数据SRAM：128-512字节
- 数据EEPROM：128字节
‌工作特性‌：
- 宽电压范围：1.8V至5.5V
- 工业级温度范围：-40°C至85°C
- 扩展温度范围：-40°C至125°C（可选）

二、关键外设功能

1. 模拟外设

‌ 10位ADC带计算功能(ADCC) ‌：
- 支持自动电容分压器(CVD)技术，用于高级电容式触摸传感
- 最多35个外部输入通道和4个内部输入通道
- 可在睡眠模式下工作
‌8位DAC模块‌：
- 输出可用于ADC和比较器的参考
‌比较器模块‌：
- 可配置输出极性
- 通过外设引脚选择(PPS)实现外部输出

2. 数字外设

‌PWM模块‌：
- 多达5个10位PWM输出
- 支持硬件限制定时器(HLT)
‌通信接口‌：
- 增强型USART（支持RS-232/485/LIN）
- MSSP模块（支持SPI/I2C模式）
‌ 可配置逻辑单元(CLC) ‌：
- 4个集成组合和时序逻辑单元

三、低功耗特性

该系列微控制器提供了出色的低功耗性能：

‌睡眠模式电流‌：
- WDT使能时<900nA @3V/25°C
- WDT禁用时<600nA @3V/25°C
‌工作模式电流‌：
- 32kHz时48μA @3V/25°C
- 4MHz时<1mA @5V/25°C

低功耗模式特性包括多种省电功能，如通过睡眠模式降低功耗，以及在执行ADC转换时减少系统电气噪声。

四、封装与引脚配置

该系列提供多种封装选项：

器件型号	8-Pin PDIP	8-Pin SOIC	8-Pin DFN	14-Pin PDIP	14-Pin SOIC	14-Pin TSSOP	16-Pin QFN
PIC16F18013	●	●	●
PIC16F18014	●	●	●
PIC16F18023				●	●	●	●
PIC16F18024				●	●	●	●

五、开发建议

1. 最小系统连接

所有VDD和VSS引脚必须连接，建议每个电源引脚对添加去耦电容（0.1μF陶瓷电容）
MCLR引脚需要连接，典型配置为10kΩ上拉电阻和100-470Ω限流电阻
ICSP编程引脚（PGC/PGD）应保持短走线

2. 时钟配置

器件支持多种时钟源：

外部时钟（EC模式）
内部高精度振荡器（HFINTOSC，最高32MHz）
内部低频振荡器（LFINTOSC，31kHz）
次级振荡器（SOSC，32.768kHz）

通过RSTOSC配置位可选择上电后的默认时钟源。

六、典型应用

PIC16F18013/14/23/24系列非常适合以下应用场景：

低成本传感器接口
实时控制系统
电容式触摸控制
低功耗物联网节点
小型电机控制

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