介紹
Microchip 在部分增強型 PIC16 和 PIC18 微控制器中整合了可設定邏輯單元 (CLC)。本工程簡報示範如何使用 PIC 的 CLC 和比較器來實現 555 定時器的功能。這個模擬 555 定時器的應用非常適合教學。結合經典的 555 定時器的工作原理，Microchip PIC 硬體更容易理解。
如圖 1 所示，此示範項目採用了一顆安裝在 EV72J15A Curious 評估板上的 Microchip PIC16F17146-I/SS。
本文假設讀者熟悉經典的 555 定時器和 PIC 微控制器。
圖 1 為 PIC16 開發板，圖中展示了用於建立 555 定時器 1/3 和 2/3 軌電壓基準的電阻組。
什麼是 Microchip 可設定邏輯單元 (CLC)？
可配置邏輯單元 (CLC) 的工作原理類似於微型現場可程式閘陣列 (FPGA)。它與微控制器整合在同一半導體晶片上。
在本應用中，核心 555 數位邏輯如圖 2 所示。紅色線條顯示了 MPLAB 編程：
- CLCIN0 用於置位正反器
- CLCIN1 用於重設正反器
所有其他連接到主 4 腳 OR 閘的輸入均接地。因此，輸入端（左側）與對應的正反器控制線直接連接。仔細觀察邏輯電路，可以看到邏輯閘輸入端的各個接地符號。
圖 2：置位/重設正反器執行 555 定時器的核心邏輯功能。
技術提示：圖 2 所示的正反器獨立於微控制器的時脈域運作。為了降低亞穩態風險，可以使用具有置位和重設功能的通用時脈 D 型正反器。
什麼是 Microchip 比較器？
增強型 PIC 裝置在與微控制器相同的晶粒上整合了獨立於 CPU 的硬體。諸如 CLC、運算放大器和比較器等「周邊裝置」可以將功能整合到 PIC 中，從而簡化電路設計並減少元件數量。
Microchip 規格書中的比較器如圖 3 所示。當正輸入電壓（Vin+）高於負輸入電壓（Vin-）時，輸出訊號為高電位。
圖 3：Microchip 規格書中的典型比較器。
技術提示：圖 3 中的灰色區域（輸出訊號）提示比較器的穩定性問題。在本例中，比較器缺乏遲滯特性，當輸入電壓彼此接近時容易發生振盪。
我們可以使用經典的三電阻正回授電路來緩解這個問題。但是，在我們的偽 555 電路中，我們使用比較器的輸出作為觸發訊號，並設定 1/3 和 2/3 電源軌電壓之間的較大間隔。
如何對 Microchip CLC 進行程式設計？
此專案使用 MPLAB 進行程式設計：
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專案主結構如圖 4 所示。
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CLC 程式設計如圖 2 所示。
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其餘程式設計工作包括分配 I/O 引腳，如圖 5 所示。
在所有情況下，各個區塊都被編程為獨立運行，其輸入和輸出分別連接到各自的 I/O 引腳。
注意事項
程式設計過程雖然簡單，但也存在一些問題：
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避免將 LED 連接到 EV72J15A 的 RC1 連接埠。LED 會增加電路的負載。例如，我最初將比較器的輸入引腳連接到了 RC1。LED 和串聯電阻會阻止電容進行充放電。
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RA0 接腳與除錯器的 DBG0 接腳多工。您必須斷開比較器的輸入引腳才能對微控制器進行程式設計。
圖 5：PIC16F17146-I/SS 的接腳配置。
效能
圖 6 展示了偽 555 電路的工作原理。圖中可以看到輸出端（藍色）透過電阻驅動電容（橘色）。可以看到典型的 555 RC 充放電曲線。
後續步驟
電路優化將由您自行完成。例如：
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阻抗：電容波形與預期的 1/3 和 2/3 電源軌觸發點略有偏差。請研究比較器的阻抗，並視需要調整電阻值。
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頻率：透過實驗確定最大工作頻率。完成後，請參考規格書，並將測量性能與規格進行比較。
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同步：修改 CLC，使其與微控制器的時脈域同步。確定 555 電路的最大頻率。
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類比電路設計：由於輸入和輸出訊號均可透過引腳存取，我們可以添加離散電路。例如，本文介紹的 PIC16 也附有運算放大器。我們可以放大訊號，然後在將訊號送入 PIC 的 ADC 之前增加一個低通抗混疊濾波器。
圖 6：基於 PIC 的 555 定時器示波器波形圖，展示了 555 定時器的典型工作特性。
完結前感想
學習電子學的最佳方法是在已有知識的基礎上不斷累積。經典的 555 定時器就是一個完美的參考點。教師和教科書作者都喜歡 555，因為它融合了類比和數位電路，並結合了經典的 RC 充電原理。幾乎每個人都曾在試驗電路板上搭建過這種非穩態（振盪器）電路。
就我個人而言，我很難想像 Microchip CLC 的應用場景。雖然這個 555 應用略顯簡單，但它卻是一個重要的參考點，讓我理解了硬件，並開拓了我的視野。
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