可编程中断控制器（PIC）革命
本帖最后由 能量海 于 2017-10-13 09:11 编辑
第十二章：基础电子学
可编程中断控制器（PIC）革命
多年来，能把电路放在一起、原型制造和测试的方法一直在进步。最初，用的是“阀门”或“真空管”，而这种电路要很多的电功率去运行。机械振动器或“干簧管”被用来产生直流转换成交流所需的切换。然后晶体管变成广泛应用，而晶体管取代了机械振动器干簧管，电路被称为“非稳态多谐振荡器”，并与两个晶体管背靠背连线组成（如第12章中所述）。接下来的是具有其“或非门”的数字集成电路，它也可以背靠背接线做成一个多谐振荡器。这项工作如此经常地完成是因为一个称为“555芯片”的特殊的集成电路，被设计成自行完成全部的工作。这种芯片已经取得了巨大成功，而且现在发现在各种不同的电路中，都非常容易使用、非常强大和非常便宜。出人意料的是，“555”芯片的主导地位正受到一种完全不同类型芯片挑战，其中一个实质上是——在单个芯片上的计算机，而它被称为“可编程中断控制器”（PIC）。
这种新型芯片并不贵，易于使用，而且能在仅仅的几秒钟内转换执行不同的任务。它能起到一个多谐振荡器的作用。它能起到一个“除以N”芯片的作用。它是一种令人印象非常深刻的芯片，是非常有用的。我在这里提到它的原因是，因为它是围绕最快运行的特斯拉开关研究论坛的核心（“高能论坛”群）。该芯片是你需要了解的，因为它在未来几年肯定会引领越来越多的电路应用。
这些处理器芯片有整个家族，但对这种类型我只会选择一个，而那将是一个正由“高能论坛”成员使用的一个，而我要感谢杰夫·威尔逊描述这个电路、编程和他使用的方法上的帮助。
首先，然而， 一些关于这个芯片新设计的信息和使用它的方法。杰夫所用的的一种被称为“PICAXE-18X”，看起来就像这里显示的芯片。从中你能看到，尽管它有十八个管脚，但看起来就像其它任何芯片一样。强大的性能来自于它运行的方式。你可能熟悉“555”芯片，并理解它通过改变只是在其输出管脚中的一个脚（脚3）上的电压——从低压到高压——而运行。PIC芯片可以做到，而且甚至更好，它有多个输出引脚，它可以在这些引脚的任意一个上改变电压为高电压或为低电压，它能以任何顺序、以及用您选择的任何定时这样做。这使得它的确是一个非常多功能的芯片，而且是一个非常适用于特斯拉开关的测试环境的中央控制器。
芯片通过以555芯片将被使用的同样的方式接入一个电路，除非PIC有它自己的内部定时时钟，并可以在千分之一秒——即，一毫秒的时间间隔运行。
顶部的八个引脚是使得芯片运行的。接下来的两个是为芯片提供电力的。底部的八个引脚是独立的输出，其中任何一个都可以运行开关、计时器等，就像能从一个555芯片得到的输出一样。由电脑工作者命名，而不是像那些有理性的人会做的那样——八个输出引脚被从1到8编号，他们把它们从0到7编了号。
这些输出引脚上的电压即可能高，也可能低。PIC开关可以用各种不同的自由能源设计。PIC芯片通常用插座、连接电缆和输送程序指令的芯片的来配备。输送一般来自一台普通的个人计算机。编程指令非常简单，任何人都可以在几分钟内学会使用。
那么让我们看看杰夫测试他的原型电路时用过的电路。电路的第一部分用于将标准的个人电脑插座连接到PIC芯片，它看起来像这样：
一个标准的9针电脑插座以其引脚2连接到PIC的引脚2，引脚3连接到PIC的引脚3——通过一个10K/22K的分压器电阻对（从而降低进来的信号电压），而引脚5连接到PIC的引脚5。这是输送信息进入PIC芯片所需要做的一切。
芯片由一个12伏电池供电，但因为它需要一个5伏电源，100/150欧姆（2瓦）的电阻器对用来把12伏降至约7伏，然后将5.1伏的齐纳二极管锁定电压在5.1伏，这刚好是芯片需要的。微型的10nF（0.01微法）电容器在这里是捕获任何电压尖峰的——如果从某些外界影响拾取到的话。最后，按钮开关用来在引脚4和5之间短路，用来擦除PIC内的程序，准备加载一个新程序。
实际编程并不难，而输送进芯片内是通过芯片提供的程序来处理的，而这是运行在您的家庭计算机上的。让我们举个例子。假设我们想在引脚10上的输出起一个时钟信号的作用。制造芯片的人希望那个管脚在程序中被称为“输出4”。请不要问我为什么它不在程序中被称为“10”，因为我除了“一种米养百种人”，就没有答案给你了。
好吧，假定我们想要产生像运行在50赫兹的一个555芯片的输出信号。我们选择我们的其中一个输出引脚，比如说，实际引脚10，那是在芯片底部右手的引脚上。如你可从上示芯片引脚图看到的，引脚10在一组命令里称为“输出4”，或简称为“4”以便于打字。程序可以是：
Main:
high 4
pause 10
low 4
pause 10
goto Main
哇——真的是很难的东东！只有天才才能做到程序编制！好吧，我们来看看我们是否能够勉为其“难”。
开始的“Main:”（主函数）是一个可以跳转的“标签”，而它是通过“goto Main”（跳转主函数）命令完成的，它向芯片发送返回无限循环的命令（或直到芯片断电）。
第二行“high 4”（高4）告诉芯片把尽可能高的电压放到“输出4”上——即芯片的实际针脚10。芯片立即无时滞地这样做。
如果我们想要输出给出一个50Hz的输出信号，那么在我们所选择的输出针脚上的电压将必须走高、暂停、走低、暂停然后再次走高，每秒50次。因为一秒钟里1000毫秒，而芯片的时钟以1毫秒的时间刻度运行，那么我们需要我们的“上、暂停、下、暂停”的完整周期在这些1,000的时钟刻度里发生50次。那就是，每20个滴答一次，所以每个延迟会有10个时钟滴答长。
第三行“pause 10”（暂停10）告诉芯片按兵不动，在其内部时钟（即每秒滴答1,000次）的下一个10个滴答里什么都不做。
第四行的“low 4”(低4)告诉芯片，在其“输出4”（在现实生活中的引脚10）上降低输出电压至其最小值。
第五行“pause 10”（暂停10）告诉芯片在做其任何事情之前先等待10毫秒。
最后一行“goto Main”（跳转到主函数）告诉计算机返回到标签“Main:”（主函数），并继续遵循那个标签的任何指示。这把芯片放进了一个“无限循环”，这将使它连续产生那个输出波形。输出看起来像这样：
这给出了一个均等的波形，也就是，一个具有50:50的脉冲间隔或50％的占空因数的波形。如果我们想要同样的脉冲速率，但只有25％的占空比，则程序将是：
Main:
high 4
pause 5
low 4
pause 15
goto Main
它导致了这个波形：
如果你想要“输出7”（实际引脚13）在同一时间去翻转它——即，当输出4变高时，我们要输出7走低——反之亦然，那么，20%占空比的程序将是：
Main:
high 4
low 7
pause 4
low 4
high 7
pause 16
goto Main
于是这些输出电压以与在一个555芯片的脚3上的输出电压、或任何与非门的输出、霍尔效应传感器芯片、施密特触发器、或其它诸如此类的完全相同的方式使用。如果设备供电需要很小的电流，那么最简单的方法是将负载直接连接到输出脚。
如果，正如最常见的情形一样，设备需要大量电流供电来使其运行，则输出电压用于给晶体管供电，也许像这样：
这里，引脚10走高进，电阻“R1”限制输送的电流进入晶体管的基极，但允许晶体管有足够的电流充分切换导通，给负载供电。输出引脚10走低时，电阻“R”确保晶体管完全关闭。所示电路限制装载某些只用5伏就能运行的设备，那么一个替代的电路可以是：
这使得负载需要的任何电压施加给负载，而PIC芯片在其正常的5伏电源上维持运行。然而，设备的供电未必能有一个连接PIC的公共零电压。为了解决这个问题，可以像这样使用光隔离芯片：
这里，PIC芯片的引脚10上的点亮了光隔离芯片里的发光二极管，造成另两个引脚之间的电阻的严重下降。这导致由电阻“R”控制的电流被馈送进入晶体管的基极，切换它导通，并为负载供电。
最近，引进了一种非常流行的可编程芯片。这就是所谓的“Arduino”，它快速而用途多多，很受实验人欢迎。关于Arduino芯片有一套广泛的英语视频教程，杰瑞米·布鲁姆的第一个系列是：
XMjQ1NzIzNTE2NA==.html
电路板看起来像这样：
第十二章：基础电子学
可编程中断控制器（PIC）革命
多年来，能把电路放在一起、原型制造和测试的方法一直在进步。最初，用的是“阀门”或“真空管”，而这种电路要很多的电功率去运行。机械振动器或“干簧管”被用来产生直流转换成交流所需的切换。然后晶体管变成广泛应用，而晶体管取代了机械振动器干簧管，电路被称为“非稳态多谐振荡器”，并与两个晶体管背靠背连线组成（如第12章中所述）。接下来的是具有其“或非门”的数字集成电路，它也可以背靠背接线做成一个多谐振荡器。这项工作如此经常地完成是因为一个称为“555芯片”的特殊的集成电路，被设计成自行完成全部的工作。这种芯片已经取得了巨大成功，而且现在发现在各种不同的电路中，都非常容易使用、非常强大和非常便宜。出人意料的是，“555”芯片的主导地位正受到一种完全不同类型芯片挑战，其中一个实质上是——在单个芯片上的计算机，而它被称为“可编程中断控制器”（PIC）。
这种新型芯片并不贵，易于使用，而且能在仅仅的几秒钟内转换执行不同的任务。它能起到一个多谐振荡器的作用。它能起到一个“除以N”芯片的作用。它是一种令人印象非常深刻的芯片，是非常有用的。我在这里提到它的原因是，因为它是围绕最快运行的特斯拉开关研究论坛的核心（“高能论坛”群）。该芯片是你需要了解的，因为它在未来几年肯定会引领越来越多的电路应用。
这些处理器芯片有整个家族，但对这种类型我只会选择一个，而那将是一个正由“高能论坛”成员使用的一个，而我要感谢杰夫·威尔逊描述这个电路、编程和他使用的方法上的帮助。
首先，然而， 一些关于这个芯片新设计的信息和使用它的方法。杰夫所用的的一种被称为“PICAXE-18X”，看起来就像这里显示的芯片。从中你能看到，尽管它有十八个管脚，但看起来就像其它任何芯片一样。强大的性能来自于它运行的方式。你可能熟悉“555”芯片，并理解它通过改变只是在其输出管脚中的一个脚（脚3）上的电压——从低压到高压——而运行。PIC芯片可以做到，而且甚至更好，它有多个输出引脚，它可以在这些引脚的任意一个上改变电压为高电压或为低电压，它能以任何顺序、以及用您选择的任何定时这样做。这使得它的确是一个非常多功能的芯片，而且是一个非常适用于特斯拉开关的测试环境的中央控制器。
芯片通过以555芯片将被使用的同样的方式接入一个电路，除非PIC有它自己的内部定时时钟，并可以在千分之一秒——即，一毫秒的时间间隔运行。
顶部的八个引脚是使得芯片运行的。接下来的两个是为芯片提供电力的。底部的八个引脚是独立的输出，其中任何一个都可以运行开关、计时器等，就像能从一个555芯片得到的输出一样。由电脑工作者命名，而不是像那些有理性的人会做的那样——八个输出引脚被从1到8编号，他们把它们从0到7编了号。
这些输出引脚上的电压即可能高，也可能低。PIC开关可以用各种不同的自由能源设计。PIC芯片通常用插座、连接电缆和输送程序指令的芯片的来配备。输送一般来自一台普通的个人计算机。编程指令非常简单，任何人都可以在几分钟内学会使用。
那么让我们看看杰夫测试他的原型电路时用过的电路。电路的第一部分用于将标准的个人电脑插座连接到PIC芯片，它看起来像这样：
一个标准的9针电脑插座以其引脚2连接到PIC的引脚2，引脚3连接到PIC的引脚3——通过一个10K/22K的分压器电阻对（从而降低进来的信号电压），而引脚5连接到PIC的引脚5。这是输送信息进入PIC芯片所需要做的一切。
芯片由一个12伏电池供电，但因为它需要一个5伏电源，100/150欧姆（2瓦）的电阻器对用来把12伏降至约7伏，然后将5.1伏的齐纳二极管锁定电压在5.1伏，这刚好是芯片需要的。微型的10nF（0.01微法）电容器在这里是捕获任何电压尖峰的——如果从某些外界影响拾取到的话。最后，按钮开关用来在引脚4和5之间短路，用来擦除PIC内的程序，准备加载一个新程序。
实际编程并不难，而输送进芯片内是通过芯片提供的程序来处理的，而这是运行在您的家庭计算机上的。让我们举个例子。假设我们想在引脚10上的输出起一个时钟信号的作用。制造芯片的人希望那个管脚在程序中被称为“输出4”。请不要问我为什么它不在程序中被称为“10”，因为我除了“一种米养百种人”，就没有答案给你了。
好吧，假定我们想要产生像运行在50赫兹的一个555芯片的输出信号。我们选择我们的其中一个输出引脚，比如说，实际引脚10，那是在芯片底部右手的引脚上。如你可从上示芯片引脚图看到的，引脚10在一组命令里称为“输出4”，或简称为“4”以便于打字。程序可以是：
Main:
high 4
pause 10
low 4
pause 10
goto Main
哇——真的是很难的东东！只有天才才能做到程序编制！好吧，我们来看看我们是否能够勉为其“难”。
开始的“Main:”（主函数）是一个可以跳转的“标签”，而它是通过“goto Main”（跳转主函数）命令完成的，它向芯片发送返回无限循环的命令（或直到芯片断电）。
第二行“high 4”（高4）告诉芯片把尽可能高的电压放到“输出4”上——即芯片的实际针脚10。芯片立即无时滞地这样做。
如果我们想要输出给出一个50Hz的输出信号，那么在我们所选择的输出针脚上的电压将必须走高、暂停、走低、暂停然后再次走高，每秒50次。因为一秒钟里1000毫秒，而芯片的时钟以1毫秒的时间刻度运行，那么我们需要我们的“上、暂停、下、暂停”的完整周期在这些1,000的时钟刻度里发生50次。那就是，每20个滴答一次，所以每个延迟会有10个时钟滴答长。
第三行“pause 10”（暂停10）告诉芯片按兵不动，在其内部时钟（即每秒滴答1,000次）的下一个10个滴答里什么都不做。
第四行的“low 4”(低4)告诉芯片，在其“输出4”（在现实生活中的引脚10）上降低输出电压至其最小值。
第五行“pause 10”（暂停10）告诉芯片在做其任何事情之前先等待10毫秒。
最后一行“goto Main”（跳转到主函数）告诉计算机返回到标签“Main:”（主函数），并继续遵循那个标签的任何指示。这把芯片放进了一个“无限循环”，这将使它连续产生那个输出波形。输出看起来像这样：
这给出了一个均等的波形，也就是，一个具有50:50的脉冲间隔或50％的占空因数的波形。如果我们想要同样的脉冲速率，但只有25％的占空比，则程序将是：
Main:
high 4
pause 5
low 4
pause 15
goto Main
它导致了这个波形：
如果你想要“输出7”（实际引脚13）在同一时间去翻转它——即，当输出4变高时，我们要输出7走低——反之亦然，那么，20%占空比的程序将是：
Main:
high 4
low 7
pause 4
low 4
high 7
pause 16
goto Main
于是这些输出电压以与在一个555芯片的脚3上的输出电压、或任何与非门的输出、霍尔效应传感器芯片、施密特触发器、或其它诸如此类的完全相同的方式使用。如果设备供电需要很小的电流，那么最简单的方法是将负载直接连接到输出脚。
如果，正如最常见的情形一样，设备需要大量电流供电来使其运行，则输出电压用于给晶体管供电，也许像这样：
这里，引脚10走高进，电阻“R1”限制输送的电流进入晶体管的基极，但允许晶体管有足够的电流充分切换导通，给负载供电。输出引脚10走低时，电阻“R”确保晶体管完全关闭。所示电路限制装载某些只用5伏就能运行的设备，那么一个替代的电路可以是：
这使得负载需要的任何电压施加给负载，而PIC芯片在其正常的5伏电源上维持运行。然而，设备的供电未必能有一个连接PIC的公共零电压。为了解决这个问题，可以像这样使用光隔离芯片：
这里，PIC芯片的引脚10上的点亮了光隔离芯片里的发光二极管，造成另两个引脚之间的电阻的严重下降。这导致由电阻“R”控制的电流被馈送进入晶体管的基极，切换它导通，并为负载供电。
最近，引进了一种非常流行的可编程芯片。这就是所谓的“Arduino”，它快速而用途多多，很受实验人欢迎。关于Arduino芯片有一套广泛的英语视频教程，杰瑞米·布鲁姆的第一个系列是：
XMjQ1NzIzNTE2NA==.html
电路板看起来像这样：
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