PIC16F18056/76：功能丰富的8位微控制器及其在传感器与实时控制中的应用

科技观察员 2025-10-14 353

描述

Microchip Technology PIC16F18056和PIC16F18076 8位微控制器具有一整套数字和模拟外设，支持成本敏感型传感器和实时控制应用。这些MCU采用28引脚至44引脚封装，具有28KB程序闪存，速度高达32MHz。PIC16F18056和PIC16F18076 MCU除了8位数模转换器 (DAC) 模块外，还包括一个10位带计算的模数转换器 (ADCC)、用于高级电容触摸感测、平均、滤波、过采样和阈值比较的自动电压分压器 (CVD) 技术，以及一个电荷泵。

数据手册：*附件：Microchip Technology PIC16F18056和PIC16F18076 8位微控制器数据手册.pdf

Microchip Technology PIC16F18056和PIC16F18076 MCU包括三个10位脉冲宽度调制 (PWM) 模块、外设引脚选择 (PPS)、数字通信外设、定时器和波形发生器。这些器件还提供诸如内存访问分区 (MAP) 之类的内存特性，可为数据保护和引导加载程序应用的用户提供支持。存储固定电压基准 (FVR) 偏移值的数据EEPROM和设备信息区 (DIA) 帮助提高模数转换器 (ADC) 的精度。

PIC16F18056采用28引脚SPDIP、SOIC、SSOP和VQFN封装。PIC16F18076采用40引脚PDIP和QFN封装和44引脚TQFP封装。

特性

核心功能
- C编译器优化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)
- 看门狗定时器 (WDT)
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)功能，程序闪存被分区为：
  - 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：
  - 固定电压基准 (FVR) 测量数据
  - Microchip唯一标识符 (MUI)
- 设备特性区 (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
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
- 低功耗模式功能
  - 睡眠
    - <900nA典型值@ 3V/25°C（启用WDT）
    - <600nA 典型值 @ 3V/25°C（禁用WDT）
  - 工作电流
    - 48µA典型值（32kHz、3V/25°C时）
    - <1mA典型值@4MHz、5V/25°C
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%
- 内部31kHz振荡器 (LFINTOSC)
- 外部高频时钟输入
  - 两种外部时钟 (EC) 功率模式
- 二次振荡器 (SOSC)
编程和调试特性
- 经由两个引脚进行在线串行编程™(ICSP™)
- 经由两个引脚通过三个断点进行在线调试 (ICD)
- 片上集成调试
工作特性
- 工作电压范围：1.8V至5.5V
- 工作温度范围
  - 工业温度范围：-40°C至+85°C
  - 扩展温度：-40°C至+125°C
封装选项
- PIC16F18056：SPDIP-28、SOIC-28、SSOP-28、VQFN-28
- PIC16F18076：PDIP-40、QFN-40、TQFP-44
数字外设
- 两个捕获/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
- 三个脉宽调制器 (PWM)
  - 10位分辨率
- 四个可配置逻辑单元 (CLC)
  - 集成组合和时序逻辑
- 一个互补波形发生器 (CWG)
  - 上升和下降边缘死区控制
  - 全桥、半桥和1通道驱动器
  - 多个信号源
  - 可编程死区
  - 故障关断输入
- 一个可配置的8/16位定时器 (TMR0)
- 两个16位定时器 (TMR1/3)，具有栅极控制
- 三个8位定时器 (TMR2/4/6)，带硬件限制定时器 (HLT)
- 一个数控振荡器 (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
- 最多两个增强型通用同步异步接收器发射机 (EUSART)
  - 与RS-232、RS-485和LIN兼容
  - 启动时自动唤醒
- 多达两个主机同步串行端口 (MSSP)
  - 串行外围接口 (SPI) 模式
  - 内部集成电路 (I^2^C)模式
  - 外设引脚选择 (PPS)
- 设备I/O端口功能
  - 多达35个I/O引脚
  - 一个仅输入引脚
  - 独立I/O方向、开漏、输入阈值、转换率和弱上拉控制
  - 多达25个引脚上变化中断 (IOC)
  - 一个外部中断引脚
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
  - 四个内部输入通道
  - 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
  - 在低电压下提高模拟模块的精度
- 8位数模转换器 (DAC)
  - 输出可在一个I/O引脚上提供
  - 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)
- 两个固定电压基准 (FVR)

框图

mcu

PIC16F18056/76：功能丰富的8位微控制器及其在传感器与实时控制中的应用

引言

PIC16F18056和PIC16F18076是Microchip Technology推出的两款高性能8位微控制器，属于PIC16F180系列。该系列产品具备丰富的外设资源和优异的能效表现，特别适用于成本敏感的传感器应用和实时控制系统。本文基于其数据手册，重点介绍其核心特性、内存结构、外设功能及系统设计要点。

一、核心特性概览

1.1 处理器架构

增强型中档8位RISC CPU ，支持50条指令，具备自动中断上下文保存功能。
16级硬件堆栈 ，支持溢出/下溢复位（STVREN配置位控制）。
双16位文件选择寄存器（FSR） ，支持线性数据访问和程序存储器读取。

1.2 内存配置

程序存储器 ：最高28 KB Flash，支持分区（Application Block、Boot Block、Storage Area Flash）。
数据存储器 ：最高2 KB SRAM + 256字节EEPROM。
内存保护机制 ：支持代码保护和写保护，防止未授权访问。

1.3 工作条件

电压范围 ：1.8V ~ 5.5V
温度范围 ：
- 工业级：-40°C ~ 85°C
- 扩展级：-40°C ~ 125°C

二、丰富的外设资源

2.1 数字外设

定时器 ：
- 1个8/16位Timer0
- 2个16位Timer1/3（带门控）
- 3个8位Timer2/4/6（带硬件限制定时器HLT）
PWM与CCP ：
- 2个CCP模块（16位捕获/比较，10位PWM）
- 3个独立10位PWM模块
通信接口 ：
- 2个EUSART（支持RS-232/RS-485/LIN）
- 2个MSSP（支持SPI和I²C）
可配置逻辑单元（CLC） ：4个CLC，支持组合逻辑和时序逻辑。
互补波形发生器（CWG） ：支持全桥/半桥驱动，带死区控制。

2.2 模拟外设

ADC with Computation（ADCC） ：
- 10位分辨率，最高35个外部通道 + 4个内部通道
- 支持在Sleep模式下运行
8位DAC ：输出可路由至两个I/O引脚，内部连接至ADC和比较器。
比较器（CMP） ：最多4个外部输入，输出可通过PPS重映射。
零交叉检测（ZCD） ：检测AC信号过零点。
固定电压参考（FVR） ：提供1.024V、2.048V、4.096V三档输出。

三、时钟结构与电源管理

3.1 时钟源

内部振荡器 ：
- HFINTOSC：1~32 MHz，可调精度±2%
- LFINTOSC：31 kHz
外部振荡器 ：
- EC模式（高/低功耗）
- SOSC：32.768 kHz晶体或外部时钟

3.2 电源管理

Sleep模式 ：功耗可低至600 nA（WDT关闭）。
活动时钟调谐（ACT） ：利用SOSC校准HFINTOSC频率，提升通信精度。
BOR与PWRT ：支持可配置的欠压复位和上电延时。

四、开发与调试支持

ICSP™与ICD ：通过两个引脚实现在线串行编程和调试。
PPS（外设引脚选择） ：灵活映射数字外设至任意I/O引脚。
自动上下文保存 ：中断时自动保存关键寄存器至影子寄存器。

五、典型应用场景

传感器接口 ：利用高精度ADC和CVD技术实现电容触摸感应。
电机控制 ：通过CWG和PWM实现无刷直流电机驱动。
通信网关 ：借助EUSART和MSSP实现多协议串行通信。
低功耗设备 ：适用于电池供电的便携式设备。

六、设计建议

电源去耦 ：每个VDD/VSS引脚都应接0.1 µF陶瓷电容，高频噪声环境下可并联0.01 µF电容。
MCLR引脚 ：若未使用调试功能，可直接接VDD，也可串联10 kΩ电阻和100 nF电容以提高抗干扰能力。
未使用I/O ：配置为输出低电平或通过1~10 kΩ电阻接地。

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