玩轉八位元單晶片，完成高解析度聲光控制

由於數位電源控制、LED燈調光或警報器響鈴等…都需要一個頻率控制器來調整電壓、亮度或聲音，當頻率的解析度越高，越接近線性，就可以使產品的品質及可控制範圍提高。

配備於八位元(8-bits)單晶片中的脈衝寬度調變(PWM, Pulse Width Modulation)模組，脈衝寬度(Duty)調整範圍常見是8-bits為主，換句話說，最大Duty解析度將被限制在256階。舉例來說，當在LED亮度調整時，因為光線跟電流比為非線性的，根據規格看起來有256階可以調整，但在低照度時，每調一階人眼感受到的亮度變化度比高亮度時變化劇烈了。

因此Microchip設計了數控震盪器(NCO)模組於單晶片(MCU)中，NCO模組配備了16或20-bits的暫存器來調整脈寬，讓您可以設計一個高解析度的PWM，最大可調範圍由原先的256階升級到65,536 或 1,048,576(萬分之一解析度)階，在程式運行過程中，MCU可以根據設計者的規劃，調整出接近線性的頻率或脈寬。

NCO模組內建於PIC10、PIC12與PIC16系列產品中。其架構如圖一：

其主要特性為：

16位元的數位頻率控制器^*1 →最大輸出頻率500kHz

20位元的數位頻率控制器^*1 →最大輸出頻率32MHz

增強頻率解析度

多種輸入頻率來源

調整範圍為0.0001%階，達成真實線性頻率控制(根據輸入頻率)

硬體可獨立運作，也可於睡眠(SLEEP)模式下工作^*2

兩種輸出模式

固定50%脈寬輸出(FDC, Fixed Duty Cycle Mode)^*3

脈寬頻率調變(PFM, Pulse Frequency Modulation)^*4

當成通用型20-bit的計時或計數器

根據以上特性加上一些內建於MCU中的周邊硬體，就可以完成多種實用的應用範例電路，例如：

1.數位電源(Digital SMPS-Buck Converter using the PIC12F1501 NCO peripheral)架構如圖(二)

根據圖示顯示，您可以看到只需一個8隻腳的8-bit MCU，既可完成一個數位降壓電路，也因為單晶片中內建多種硬體介面，所以可以大大的減少程式介入，由設計者將內部硬體依據需求連接後硬體將自行運轉，但軟體又可適時地介入調整功能，例如修改或停止輸出電壓，達到增加整體系統的彈性並減少備料數。

2.高解析度LED調光(Combining CLC and NCO to implement HRPWM) 架構如圖(三)

此架構的特色在於LED的光源為非線性，常常在低照度時，所需的PWM解析度相對需要更高，透過PWM加上NCO這兩個模組提供了更高的解析度，此範例中最小調整單位為15ps，因此解決了LED在低照度時亮度調整線性度不佳的問題，可以在低照度中提供微調的效果。

3.曼徹斯特解碼(Manchester Decoder Using the CLC and NCO)，架構如圖(四)

此架構提供讀者一種不同的思考，NCO配合單晶片內建的邏輯閘，達到一個曼徹斯特波形解碼，硬體解碼的方法，大量減少軟體用輪循解碼的時間，減少單晶片耗能。

以上為部分運用範例，更多的範例請參考: http://www.microchip.com/NCO，並與我們經驗豐富的設計團隊聯繫。

綜合上述，可以了解到如果需要在一個高解析度的PWM，除了選一個更快的單晶片外，也可用小包裝的單晶片(PIC10 - 6pins, PIC12 – 8 pins )配合NCO模組，達到用較小的電路板及精簡的電子元件完成所需功能。希望以上資訊可以讓您更為了解NCO這個周邊，並引發您運用此模組於更多不同的領域中。

註解：

*1. 部分MCU內建16位元，部分內建20位元細節請參考Datasheet

*2. NCO輸入頻率必須保持，NCO才能再SLEEP模式下運行

*3. 根據頻率不同，脈衝寬度自動調整為頻率的一半輸出

*4. 脈衝寬度為固定的輸入頻率倍數，調整輸出周期

作者 賴惠君　Microchip應用工程師