18. Аналоговый компаратор avr-мк
Есть в микроконтроллерах такая полезная штука как аналоговый компаратор. И есть он почти во всех МК. А делает он примерно следующее: есть два входа (прямой - AIN0, инверсный - AIN1), на которые подается напряжение и если напряжение на входе AIN0 больше чем на AIN1 он выдает на выходе 1, иначе 0 (выходом служит флаг регистра компаратора). На отдельную ножку МК выход компаратора не выведен, только входы. Компаратор микроконтроллеров разберем на примере ATmega8.
В этом МК, кроме определения какое из напряжений на входах больше, выход компаратора может подключаться к схеме захвата Таймера/Счетчика1. Кроме того, компаратор имеет свои прерывания, условия срабатывания которых может настраивать пользователь - на выходе фронт растет, падает или переключается в противоположное состояние. И еще любой из входов АЦП микроконтроллера может быть включен на AIN1 компаратора. Чтобы компаратор находился в рабочем состоянии входы компаратора должны быть включены как входы (DDR=0, PORT=0)Итак, разберем какие регистры есть в МК для настройки компаратора.
ACSR
Бит 7 - ACD: бит выключения компаратора. Если этот бит установлен в "1" - компаратор выключен. Перед выключением компаратора необходимо запретить возникающие от него прерывания, иначе при выключении может возникнуть прерывание.
Бит 6 - ACBG: выбор опорного напряжения аналогового компаратора. Если бит установлен, то на ножку AIN0 подается фиксированное опорное напряжение от внутреннего источника (1.23 В).
Бит 5 - ACO: выход компаратора. Если ACO равен "1" - напряжение AIN0>AIN1, если -"0" AIN0<AIN1.
Бит 4 - ACI: флаг прерывания компаратора. "1" - прерывание было, "0" - прерывания не было.
Бит 3 - ACIE: разрешение прерывания от компаратора. "1" - разрешено, "0" - запрещено.
Бит 2 - ACIC: подключение выхода компаратора к схеме захвата Таймера/Счетчика1. "1" - подключен, "0" - отключен.
Бит 1:0 - ACIS1:ACIS0: настройка условий срабатывания прерываний от компаратора.
Вот и все регистры связанные с компаратором микроконтроллера. Да, еще можно сказать о битеACME - 3-й бит регистра SFIOR (регистр специальных функций ввода вывода) - если в этот бит записан "0" - вход компаратора AIN1 подключен к ножке микроконтроллера AIN1, а если "1" - тогда AIN1 может быть подключен к любому входу АЦП микроконтроллера (при условии что АЦП выключен - бит ADEN=0 регистра ADCSRA). Вход выбирается установкой бит MUX2:MUX0 регистра АЦП ADMUX.
Итак, чтобы подключить вход АЦП к AIN1:
ACME=1;//Включить мультиплексор аналогового компаратора
ADEN=0;//Выключить АЦП
MUX2:MUX0;//Настроить нужный вход АЦП
Все это нарисовано в таблице 2.
Компаратор – это элемент перехода от аналоговых к цифровым сигналам, поэтому его иногда называют однобитным аналого-цифровым преобразователем.
По принципу действия различают электрические, пневматические, оптические и даже механические компараторы.
Интегральные компараторы. Принцип действия и разновидности
В настоящее время компараторы используются в основном в интегральном исполнении. Мало кому придет в голову собирать компаратор из дискретных транзисторов. Более того, компараторы используются как составная часть некоторых микросхем.
Например, интегральный таймер NE555 содержит целых два компаратора на входах, чем, собственно, и достигается вся прелесть его работы. Кроме того, многиесовременные микроконтроллеры также имеют встроенные компараторы. Но, независимо от исполнения, принципы работы компараторов совершенно одинаковы.
Современные компараторы по схеме очень напоминают ОУ. По сути, это тот же операционный усилитель, только без обратной связи и с очень высоким коэффициентом усиления. Компаратор также имеет два входа, - прямой и инверсный (отмечается кружочком или знаком «минус»).
Основная функция компаратора это сравнение двух напряжений, одно из которых образцовое или опорное, а другое собственно измеряемое. Выходной сигнал компаратора может принимать лишь два значения: логический ноль, и логическая же единица, но не может изменяться линейно, как у операционного усилителя.
На выходе компараторов, как правило, имеется выходной транзистор с открытым коллектором и эмиттером. Поэтому его можно подключить либо по схеме с ОЭ, либо эмиттерным повторителем, в зависимости от требований конкретной схемы
Логика работы компаратора
Функциональная схема компаратора показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Функциональная схема компаратора
При таком количестве входов и входных сигналов возможны два варианта. В первом случае, показанном в левой части рисунка, опорное напряжение подается на инвертирующий вход, а входное на неинвертирующий. Если при этом входное напряжение превысит опорное, то на выходе компаратора появится высокий уровень (лог. 1). В противном случае будем иметь логический ноль.
Во втором варианте, показанном в правой части рисунка, опорное напряжение подается на прямой вход, а входное на инвертирующий. В этом случае если входное напряжение больше, чем опорное на выходе компаратора логический ноль, в противном случае единица. На рисунке 2 все эти умозаключения показаны в виде математических формул.