PIC16F18154/55/74/75：面向高精度传感器应用的全功能8位MCU

科技观察员 2025-10-10 352

描述

Microchip Technology PIC16F18154/55/74/75全功能微控制器 (MCU) 非常适合用于具有高分辨率要求的低成本、节能模拟传感器应用。 PIC16F18154/55/74/75 MCU具有一整套模拟外设，支持精密传感器应用。这些器件具有7KB至28KB内存范围、高达32MHz的速度以及8引脚至44引脚小尺寸封装。该MCU包括一个带计算功能的12位差分模数转换器 (ADCC)、两个8位数模转换器 (DAC)、一个16位脉冲宽度调制 (PWM) 外设以及更多波形控制和通信外设。

数据手册：*附件：Microchip Technology AVR32，16DD14，20微控制器 (MCU)数据手册.pdf

特性

编译器优化的RISC架构
运行速度
- 直流至32MHz时钟输入
- 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)
低功耗掉电重置 (LPBOR)
窗口看门狗定时器 (WWDT)
存储器
- 高达28KB程序闪存
- 高达2KB数据SRAM存储器
- 高达256字节数据EEPROM存储器
- 内存访问分区 (MAP)，程序闪存可分为：
  - 应用方框
  - 启动块
  - 存储区域闪存 (SAF) 块
- 可编程代码保护和写保护
- 设备信息区 (DIA) 存储
  - 温度指示器校准系数
  - 固定电压基准 (FVR) 测量数据
  - Microchip唯一标识符 (MUI)
- 器件特性区域 (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
工作特性
- 工作电压范围：1.8V至5.5V
- 温度范围
  - 工业级温度范围：-40°C至+85°C
  - 扩展温度范围：-40°C至+125°C
节能功能
- 打盹模式中，CPU和外设以不同的周期速率运行（通常CPU更低）
- 空闲模式中，外设运行时CPU停止
- 睡眠
  - 最低功耗
  - 在执行ADC转换的同时降低系统电气噪声
- 外设模块禁用 (PMD) 能够选择性地以最大限度降低未使用外设的运行功耗
- 低功耗模式
  - 睡眠电流：3V/+25°C时<900nA（启用WDT）和<600nA（禁用WDT）（典型值）
  - 工作电流：48µA（32kHz、3V/+25°C时典型值）；<1mA（4MHz、5V/+25°C时典型值）
时钟结构
- 高精度内部振荡器块 (HFINTOSC)
  - 可选频率高达32MHz
  - 校准时±2%
  - HFINTOSC的有源时钟调谐，可提高精度
- 内部31kHz振荡器 (LFINTOSC)
- 外部32kHz二次振荡器 (SOSC)
- 外部高频时钟输入
  - 2个晶体/谐振器模式
  - 2个外部时钟 (EC) 功率模式
  - 4个用于外部源的PLL
- 故障安全时钟监控器允许在外部时钟源停止时进行操作恢复
- 振荡器启动定时器 (OST) 确保晶体振荡器源的稳定性
编程/调试
- In-Circuit Serial Programming™ (ICSP™)（通过2个引脚）
- 电路内调试 (ICD)（通过2个引脚提供3个断点）
- 片上集成调试
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PWM模式的10位分辨率
- 多达4个脉宽调制器 (PWM)
  - 16位分辨率
  - 独立脉冲输出
  - 外部复位信号 (ER) 输入
- 4个可配置逻辑单元 (CLC) ，具有集成组合和顺序逻辑
- 1个互补波形发生器 (CWG)
  - 上升和下降边缘死区控制
  - 全桥、半桥、1通道驱动器
  - 多个信号源
  - 可编程死区
  - 故障关断输入
- 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
- 多达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频率分辨率
  - 输入时钟高达64MHz
- 带存储器扫描功能的可编程CRC
  - 可靠的数据/程序存储器监控，用于故障安全操作（例如B类）
  - 在程序闪存的任何部分上计算32位CRC
- 2个增强型通用同步异步接收器发射器 (EUSART)
  - 与RS-232、RS-485、LIN兼容
  - 启动时自动唤醒
- 2个主机同步串行端口 (MSSP)
  - 串行外设接口 (SPI) 模式，具有芯片选择同步功能
  - 内部集成电路 (I^2^C) 模式，具有7/10位寻址模式
- 外设引脚选择 (PPS) 实现数字I/O引脚映射
- 设备I/O端口
  - 多达35个I/O引脚
  - 1个仅输入引脚
  - 单独的I/O方向、开漏、输入阈值、转换速度和弱上拉控制
  - 多达25个引脚上变化中断 (IOC)
  - 1个外部中断引脚
模拟外设
- 具有计算功能的差分模数转换器 (ADCC)
  - 12位分辨率
  - 多达35个外部正输入通道
  - 多达17个外部负输入通道
  - 7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 (ACT) 源
- 2个8位数模转换器 (DAC)
  - 输出可在多达2个I/O引脚上提供
  - 与ADC和比较器的内部连接
- 2个比较器 (CMP)
  - 高达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) 可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1.024V、2.048V和4.096V输出电平
  - FVR1内部连接至ADC
  - FVR2内部连接到比较器

框图

微控制器

内核数据路径图

微控制器

PIC16F18154/55/74/75：面向高精度传感器应用的全功能8位MCU

引言

Microchip Technology 推出的 PIC16F18154/55/74/75 系列单片机，是一款面向高精度传感器应用的8位微控制器。该系列器件具备丰富的模拟与数字外设，适用于对分辨率和能效有较高要求的低成本、小尺寸嵌入式系统。

核心特性概览

高性能CPU架构

增强型中档8位RISC内核，支持50条指令
最高运行频率 32 MHz ，指令周期最短 125 ns
16级深度硬件堆栈，支持堆栈溢出/下溢复位
自动中断上下文保存，减少响应延迟

灵活的存储器结构

程序存储器 ：7 KB 至 14 KB Flash
数据存储器 ：512 B 至 1024 B SRAM
EEPROM ：128 B，用于非易失性数据存储
支持存储器分区（MAP），包括应用块、引导块和存储区Flash（SAF）

丰富的模拟外设

12位差分ADC（带计算功能） ：
- 支持多达35个外部正输入通道
- 7个内部输入通道（温度、FVR等）
- 可在Sleep模式下运行
两个8位DAC ：
- 输出可连接至ADC或比较器
两个模拟比较器（CMP）
零交叉检测（ZCD）
固定电压参考（FVR） ：1.024V / 2.048V / 4.096V

强大的数字与波形控制

4个16位PWM模块 ，支持独立输出
4个可配置逻辑单元（CLC）
互补波形发生器（CWG） ，支持死区控制
数值控制振荡器（NCO） ，提供高精度频率输出
两个EUSART模块 ，支持RS-232/485/LIN
两个MSSP模块 ，支持I²C和SPI

低功耗特性

工作电压范围：1.8V ~ 5.5V
多种省电模式：
- Sleep模式 ：< 900 nA（WDT开启）
- Idle模式 ：CPU暂停，外设运行
- Doze模式 ：CPU与外设异步运行
外设模块禁用（PMD）功能，进一步降低功耗

系统时钟与可靠性

多时钟源支持

内部高频振荡器（HFINTOSC）：最高32 MHz，支持动态调频
内部低频振荡器（LFINTOSC）：31 kHz
外部晶体/谐振器（LP/XT/HS模式）
次级振荡器（SOSC）：32.768 kHz
4倍频PLL，支持外部时钟倍频

故障保护机制

故障安全时钟监控（FSCM） ：检测外部时钟故障并自动切换至内部时钟
主动时钟调谐（ACT） ：利用SOSC校准HFINTOSC，提升频率精度
看门狗定时器（WDT/WWDT） ：支持窗口模式，增强系统可靠性

开发与调试支持

ICSP™接口 ：支持两线制在线串行编程
在线调试（ICD） ：支持三个断点
外设引脚选择（PPS） ：灵活映射数字外设至任意I/O引脚
CRC与存储器扫描 ：支持程序存储器完整性检查

典型应用场景

传感器信号调理与采集系统
电机控制与驱动
电源管理与电池供电设备
工业控制与自动化
消费电子与物联网终端

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