PIC18F2331/2431/4331/4431 微控制器：高性能與低功耗的完美結(jié)合

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，選擇一款合適的微控制器對(duì)于項(xiàng)目的成功至關(guān)重要。今天，我們就來(lái)深入了解一下 Microchip 公司的 PIC18F2331/2431/4331/4431 系列微控制器，看看它有哪些獨(dú)特的魅力。

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一、器件概述

PIC18F2331/2431/4331/4431 系列包含了 PIC18F2331、PIC18LF2331、PIC18F2431、PIC18LF2431、PIC18F4331、PIC18LF4331、PIC18F4431 和 PIC18LF4431 等型號(hào)。這個(gè)系列具備所有 PIC18 微控制器的高性能特點(diǎn)，同時(shí)價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。它擁有高端耐用的增強(qiáng)型 Flash 程序存儲(chǔ)器和高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器，還引入了一些設(shè)計(jì)增強(qiáng)功能，使其成為許多高性能、功率控制和電機(jī)控制應(yīng)用的理想選擇。

（一）特殊外設(shè)

1. 14 位分辨率功率控制 PWM 模塊（PCPWM）：可生成多達(dá)八個(gè)互補(bǔ) PWM 輸出，并能插入死區(qū)時(shí)間。通過(guò)片外模擬比較器或數(shù)字故障輸入（FLTA、FLTB）檢測(cè)過(guò)驅(qū)動(dòng)電流。
2. 運(yùn)動(dòng)反饋模塊（MFM）：包括 3 通道輸入捕獲（IC）模塊和正交編碼器接口（QEI）。QEI 能提供精確的轉(zhuǎn)子位置反饋和/或速度測(cè)量，3x 輸入捕獲或外部中斷可用于檢測(cè)使用霍爾傳感器反饋的電動(dòng)換向電機(jī)應(yīng)用中的轉(zhuǎn)子狀態(tài)，如無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
3. 高速 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器（HSADC）：具備可編程采集時(shí)間，可在不等待采樣周期的情況下選擇通道并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，從而減少代碼開銷。

二、新核心特性

（一）nanoWatt 技術(shù)

該系列所有器件都集成了一系列可顯著降低運(yùn)行功耗的特性：

1. 替代運(yùn)行模式：通過(guò)從 Timer1 源或內(nèi)部振蕩器塊為控制器提供時(shí)鐘，代碼執(zhí)行期間的功耗最多可降低 90%。
2. 多種空閑模式：控制器可以在 CPU 核心禁用的情況下運(yùn)行，但外設(shè)仍保持活躍。在這些狀態(tài)下，功耗可進(jìn)一步降低至正常運(yùn)行要求的 4%。
3. 動(dòng)態(tài)模式切換：用戶代碼可在運(yùn)行期間調(diào)用電源管理模式，使用戶能夠?qū)⒐?jié)能理念融入應(yīng)用程序的軟件設(shè)計(jì)中。
4. 關(guān)鍵模塊低功耗：Timer1 和看門狗定時(shí)器的功耗分別降低了多達(dá) 80%，典型值分別為 1.1 μA 和 2.1 μA。

（二）多種振蕩器選項(xiàng)和特性

該系列提供九種不同的振蕩器選項(xiàng)，為用戶開發(fā)應(yīng)用硬件提供了廣泛的選擇：

1. 四種晶體模式：使用晶體或陶瓷諧振器。
2. 兩種外部時(shí)鐘模式：可選擇使用兩個(gè)引腳（振蕩器輸入和除以 4 的時(shí)鐘輸出）或一個(gè)引腳（振蕩器輸入，第二個(gè)引腳重新分配為通用 I/O）。
3. 兩種外部 RC 振蕩器模式：引腳選項(xiàng)與外部時(shí)鐘模式相同。
4. 內(nèi)部振蕩器塊：提供 8 MHz 時(shí)鐘和 INTRC 源（約 31 kHz，在溫度和 VDD 范圍內(nèi)穩(wěn)定），以及 6 種用戶可選的時(shí)鐘頻率（從 125 kHz 到 4 MHz），總共 8 種時(shí)鐘頻率。
5. 鎖相環(huán)（PLL）頻率倍增器：適用于高速晶體和內(nèi)部振蕩器模式，允許時(shí)鐘速度高達(dá) 40 MHz。與內(nèi)部振蕩器配合使用時(shí)，PLL 為用戶提供了從 31 kHz 到 32 MHz 的完整時(shí)鐘速度選擇，無(wú)需使用外部晶體或時(shí)鐘電路。
6. 故障安全時(shí)鐘監(jiān)控器：持續(xù)監(jiān)控主時(shí)鐘源與內(nèi)部振蕩器提供的參考信號(hào)。如果發(fā)生時(shí)鐘故障，控制器將切換到內(nèi)部振蕩器塊，允許繼續(xù)進(jìn)行低速操作或安全關(guān)閉應(yīng)用程序。
7. 雙速啟動(dòng)：允許內(nèi)部振蕩器在電源復(fù)位或從睡眠模式喚醒時(shí)作為時(shí)鐘源，直到主時(shí)鐘源可用。

三、其他特殊特性

（一）內(nèi)存耐久性

增強(qiáng)型 Flash 單元的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù) EEPROM 可承受數(shù)千次擦除/寫入周期，程序存儲(chǔ)器高達(dá) 100,000 次，EEPROM 高達(dá) 1,000,000 次。保守估計(jì)，數(shù)據(jù)在不刷新的情況下可保留超過(guò) 100 年。

（二）自編程能力

這些器件可以在內(nèi)部軟件控制下對(duì)自身的程序存儲(chǔ)器空間進(jìn)行寫入操作。通過(guò)使用位于程序存儲(chǔ)器頂部受保護(hù)引導(dǎo)塊中的引導(dǎo)加載程序例程，可以創(chuàng)建一個(gè)能夠在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行自我更新的應(yīng)用程序。

（三）功率控制 PWM 模塊

在 PWM 模式下，該模塊提供 1、2 或 4 個(gè)調(diào)制輸出，用于控制半橋和全橋驅(qū)動(dòng)器。其他特性包括故障檢測(cè)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉以及故障清除后自動(dòng)重啟以重新激活輸出。

（四）增強(qiáng)型可尋址 USART

該串行通信模塊能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn) RS - 232 操作，并支持 LIN/J2602 總線協(xié)議。其他增強(qiáng)功能包括自動(dòng)波特率檢測(cè)和 16 位波特率發(fā)生器，以提高分辨率。當(dāng)微控制器使用內(nèi)部振蕩器塊時(shí)，EUSART 可為與外部世界通信的應(yīng)用程序提供穩(wěn)定的操作，而無(wú)需使用外部晶體（及其相關(guān)的功耗）。

（五）擴(kuò)展看門狗定時(shí)器（WDT）

增強(qiáng)版本集成了 16 位預(yù)分頻器，允許超時(shí)范圍從 4 ms 到超過(guò) 2 分鐘，并且在工作電壓和溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。

四、各成員詳細(xì)信息

（一）封裝與電壓

該系列器件有 28 引腳（PIC18F2331/2431）和 40/44 引腳（PIC18F4331/4431）封裝。與所有 Microchip PIC18 器件一樣，該系列有標(biāo)準(zhǔn)和低電壓兩種版本。標(biāo)準(zhǔn)器件（如 PIC18F2331）的工作 VDD 范圍為 4.2V 至 5.5V，低電壓器件（如 PIC18LF2331）的工作 VDD 范圍為 2.0V 至 5.5V。

（二）差異區(qū)分

不同型號(hào)之間的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

1. Flash 程序存儲(chǔ)器：PIC18F2331/4331 器件為 8 KB，PIC18F2431/4431 器件為 16 KB。
2. A/D 通道：PIC18F2331/2431 器件為 5 個(gè)，PIC18F4331/4431 器件為 9 個(gè)。
3. I/O 端口：PIC18F2331/2431 器件有 3 個(gè)雙向端口，PIC18F4331/4431 器件有 5 個(gè)雙向端口。

綜上所述，PIC18F2331/2431/4331/4431 系列微控制器憑借其高性能、低功耗、豐富的外設(shè)和靈活的配置選項(xiàng)，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種應(yīng)用時(shí)提供了強(qiáng)大的支持。你在實(shí)際項(xiàng)目中是否使用過(guò)類似的微控制器呢？你對(duì)它的表現(xiàn)有何評(píng)價(jià)？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。