PIC10F20X系列單片機(jī)的四例應(yīng)用

摘要：基于空間受到限制的電路中，尋求實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)管理與控制的目的，通過(guò)給出：LED的變閃燈驅(qū)動(dòng)、醫(yī)用輸液監(jiān)視、電熱剪調(diào)控、高亮LED亮度調(diào)光共四例應(yīng)用電路設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中采用PIC10F20X系列單片機(jī)，通過(guò)軟件產(chǎn)生PWM控制信號(hào)、間歇式電源供電與測(cè)試點(diǎn)檢測(cè)過(guò)程管理，說(shuō)明在定時(shí)控制、PWM信號(hào)產(chǎn)生、I／O監(jiān)控、電池供電下能耗控制方面的應(yīng)用方法。從而實(shí)現(xiàn)了高亮LED調(diào)光電路PWM信號(hào)占空比1％～99％以上控制、醫(yī)用輸液監(jiān)視器電池使用壽命延長(zhǎng)4倍以上等技術(shù)需求。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；間歇式控制；PWM；占空比；定時(shí)控制；I／O監(jiān)控；低功耗

    由Microclaip Technology Inc出品的單片機(jī)：PIC10F200／202／204／206，因采用了SOT-23-6封裝，被稱(chēng)著為世界上最小單片機(jī)。其僅有33條單字指令，除了程序跳轉(zhuǎn)指令為雙周期指令外，其余均為單周期指令(12位寬)；含2級(jí)硬件堆棧、數(shù)據(jù)和指令(直接、間接和相對(duì)尋址模式)、8位寬數(shù)據(jù)總線、8個(gè)特殊功能硬件寄存器：工作速度為4 MHz內(nèi)部時(shí)鐘1μs指令周期的RISC架構(gòu)單片機(jī)，完成需要微型化、極小電路
板空間、高性?xún)r(jià)比、低電源電壓供電的低功耗環(huán)境嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
    在以下LED的變閃燈驅(qū)動(dòng)、醫(yī)用輸液監(jiān)視、配合555用于電熱剪調(diào)控、高亮LED亮度調(diào)光的4例應(yīng)用中，通過(guò)其集成開(kāi)發(fā)環(huán)境MPLAB IDE，借助CSS公司的C語(yǔ)言編譯器，實(shí)現(xiàn)其C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，并通過(guò)數(shù)碼微控技術(shù)室(www．01mcu．net)的USB—PIC編程器，采用ICSP方式完成HEX文件到PIC10F200、206的代碼裝載。同時(shí)在PROTEUS ISIS軟件中完成對(duì)應(yīng)功能仿真，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程的驗(yàn)證。最后完成實(shí)物制作。

1 LED變閃燈電路
    電路如下圖1所示，PIC10F200用于驅(qū)動(dòng)30只LED的變閃燈電路。電路中BT1、BT2為鋰電池，U1 DW01—P為電池充電保護(hù)集成電路，其與U2 TM8205FC(雙NMOS)場(chǎng)放應(yīng)管構(gòu)成電池充放電管理，J1為外接充電電源接入端。當(dāng)J1插入充電電源時(shí)，單片機(jī)U3與LED(D1～D30)電源斷開(kāi)，停止工作，此時(shí)僅電池進(jìn)行充電，由U1防止鋰電池BT1、BT2出現(xiàn)過(guò)充現(xiàn)象。當(dāng)JI充電電源完成充電斷開(kāi)后，單片機(jī)U3與LED(D1～D30)開(kāi)始工作，在按鍵S1的操作控制下，單片機(jī)U3通過(guò)其GPO引腳分由開(kāi)關(guān)管VQ1、VQ2實(shí)現(xiàn)各5組3個(gè)LED燈的二種工作方式發(fā)光。分二路的目的在于使開(kāi)關(guān)管VQ1、VQ2分配合理的工作電流到各自所驅(qū)動(dòng)的15只LED。二種發(fā)光方式其一：以PWM方式控制所有的LED有合適的亮度；其二：在約2 s的時(shí)間內(nèi)，前1秒鐘以間歇雙閃動(dòng)方式(其發(fā)光依然為PWM控亮度)三次閃光，后1秒熄滅。每按一次按鍵S1進(jìn)行一次二種方式的切換。工作中U1防止鋰電池BT1、BT2出現(xiàn)過(guò)放電現(xiàn)象。

    在程序的起始部分中，用語(yǔ)句：#fuses=0x0FE3，說(shuō)明關(guān)閉WDT、有代碼保護(hù)、GP3引腳作為I／O口功能、MCLR由電源上電產(chǎn)生，設(shè)置好單片機(jī)的配置字。其PWM信號(hào)產(chǎn)生設(shè)置一個(gè)自定義函數(shù)如下：
   
    函數(shù)中若設(shè)變量a=b=1 000，則將在單片機(jī)GP0引腳產(chǎn)生50 ms時(shí)長(zhǎng)共25次500 Hz，占空比為50％的PWM信號(hào)。若要改變占空比而維持PWM信號(hào)頻率不變，只需在增加或減小a值的同時(shí)，減小或增加b值，使a+b值始終為2 000不變，以實(shí)現(xiàn)LED有合適的亮度。
    實(shí)現(xiàn)方式二的程序部分如下：
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    每按一次按鍵S1，c=～c，實(shí)現(xiàn)二種方式的切換。

2 醫(yī)用輸液監(jiān)視電路
    醫(yī)用輸液監(jiān)視電路如下圖2所示。電路中IC1 ITR8307／TR8為反射式光電傳感器，在此作為檢測(cè)醫(yī)院輸液管中液體存量的檢測(cè)裝置，當(dāng)液體少時(shí)，其光通量增大，導(dǎo)致其射極輸出電位上升，而液體多時(shí)光通量小，該點(diǎn)電位低。由此通過(guò)運(yùn)放IC2B，形成檢測(cè)信號(hào)送單片機(jī)U1的GP3引腳，即該引腳為高電平時(shí)代表輸液管中液體存量正常，反之見(jiàn)缺液，由單片機(jī)通過(guò)其GP0發(fā)出信號(hào)，SP1、LED1以聲光報(bào)警方式告知醫(yī)護(hù)人員。電路通過(guò)-5號(hào)電池BT供電，其中IC3 CE8353及其外圍C2、L、VD3構(gòu)成了1．5～3V的升壓式開(kāi)關(guān)電源電路。由于光電傳感器工作時(shí)，電流相對(duì)較大，在電池供電條件下，為節(jié)省電池電能，同時(shí)又能完成前述輸液管內(nèi)液體存量監(jiān)控，設(shè)置由單片機(jī)U1通過(guò)其GP1引腳控制IC1、IC2工作電源管理開(kāi)關(guān)VQ1，單片機(jī)U1通過(guò)軟件設(shè)置，使VQ1在每600 ms中的第一個(gè)100 ms時(shí)，接通VCC1到VCC，100ms后。若U1的GP3引腳收到低電平缺液檢測(cè)信號(hào)，關(guān)閉VQ1，通過(guò)SP1、LED1發(fā)出持續(xù)100 ms間歇100 ms的二次報(bào)警；若U1的GP3引腳收到高電平液檢測(cè)正常信號(hào)，關(guān)閉VQ1，不論GP3引腳收到何信號(hào)，上述過(guò)程結(jié)束后，因VQ1均關(guān)閉，再等待500 ms后重覆上述過(guò)程。IC2A為電池電壓監(jiān)視報(bào)警電路，當(dāng)電池電壓低于0．9 V時(shí)LED2閃爍報(bào)警。由此大大結(jié)省電池的電能，常規(guī)下5號(hào)電池1節(jié)，大約可持續(xù)使用達(dá)25天以上。以上間歇控制方式，均由單片機(jī)U1在程序設(shè)計(jì)中以簡(jiǎn)單的定時(shí)控制功能實(shí)現(xiàn)。程序代碼非常簡(jiǎn)單，由文篇幅限制，省略。以上整個(gè)電路裝置，夾掛在輸液瓶下輸液管滴管側(cè)。

3 電熱剪調(diào)控電路
    電路如下圖3所示，由客戶(hù)的使用習(xí)慣上，要求用電位器調(diào)整電熱剪的工作溫度，這里由U3時(shí)基電路555構(gòu)成PWM信號(hào)產(chǎn)生電路，由電位器R8調(diào)整U3第3腳輸出的PWM信號(hào)占空比，實(shí)現(xiàn)VQ3、VQ4外接的12 V陶瓷加熱片的溫度調(diào)控。電路中U2單片機(jī)的作用為對(duì)振動(dòng)開(kāi)關(guān)S1的監(jiān)測(cè)，在3分鐘內(nèi)，以每60μs偵測(cè)一次振動(dòng)開(kāi)關(guān)有無(wú)動(dòng)作，若持續(xù)3分鐘均無(wú)動(dòng)作，則單片機(jī)通過(guò)GP0引腳發(fā)出低電平，關(guān)閉555的PWM信號(hào)，停止陶瓷加熱片的加熱。D1 LED顯示振動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。實(shí)現(xiàn)該部分的程序如下：
   
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    以上之所以使用振動(dòng)開(kāi)關(guān)，是因?yàn)楣ぷ髦?，此電路將裝在電熱剪的手柄上，使用中，作業(yè)者操作電熱剪完成包裝帶的裁剪及封口時(shí)，將手的振動(dòng)動(dòng)作，通過(guò)振動(dòng)開(kāi)關(guān)，讓單片機(jī)獲得電熱剪正在使用的信息。而當(dāng)作業(yè)者停止使用時(shí)，因振動(dòng)開(kāi)關(guān)不再有相應(yīng)信號(hào)送單片機(jī)，單片機(jī)自動(dòng)關(guān)斷電熱剪的加熱。使用中，陶瓷加熱片二片分貼在剪刀的上下二片刀片上。

4 高亮LED調(diào)光電路
    該電路如下圖4所示，電路中使用了集成高亮LED恒流驅(qū)動(dòng)電路PT4115，該電路有很寬的電源電壓工作范圍6～30 V，電路中由J1外接的高亮LED上，輸出電流最大可達(dá)1．2 A，通過(guò)其DIM端的PWM信號(hào)控制，可以通過(guò)PWM的占空比達(dá)1％～99％變化，實(shí)現(xiàn)多顆高亮LED串并聯(lián)組合的亮度調(diào)整。

    該電路中單片機(jī)的PWM信號(hào)產(chǎn)生，同前第一例LED變閃燈電路，所不同處在于，其可通過(guò)ADD、SUBB按鍵改變PWM輸出函數(shù)中a、b值的大小來(lái)改變占空比大小，實(shí)現(xiàn)PT4115所要求的占空比控制。如下為實(shí)現(xiàn)在S1電源開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)監(jiān)控GP2 ADD引腳，實(shí)現(xiàn)增加PWM信號(hào)占空比，即增大亮度的部分程序：
   
   
    實(shí)現(xiàn)減少亮度的方式，在條件反置時(shí)，只需將上述a=a+50；b=b-50修改為a=a-50；b=b+50即可。

5 結(jié)論
    以上實(shí)例，通過(guò)PIC10F20X系列單片機(jī)，結(jié)合相應(yīng)新器件的應(yīng)用，可發(fā)現(xiàn)該系列單片機(jī)應(yīng)用上非常靈活，同時(shí)由于其開(kāi)發(fā)環(huán)境完全與PIC其他的單片機(jī)相同，同樣可在C語(yǔ)言編譯器下編寫(xiě)C語(yǔ)言程序，使得其程序開(kāi)發(fā)非常方便。在使用中，因其內(nèi)置了4 MHz高精度內(nèi)部振蕩器，不再需要外置晶振，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)環(huán)境。而且由于其對(duì)電路環(huán)境的要求不高，完全能夠?qū)Ω鞣N信號(hào)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)處理。在這里要提示的是：在編程上要注意芯片內(nèi)部的程序存儲(chǔ)器空間(PIC10F200僅256字、PIC10F206為512字)，編程上應(yīng)力求精簡(jiǎn)化。