8.5. Інтегральний аналоговий компаратор у складі мк avr

На виході ОП загального призначення встановлюються фіксовані рівні напруги ±U_н, що визначаються напругами джерел живлення. Через те, що такі величини напруги не збігаються з логічними рівнями цифрових пристроїв, для їх узгодження доводиться застосовувати перетворювачі рівня. Цей недолік усунуто в спеціалізованих ІС – інтегральних аналогових компараторах, в яких вихідний ключовий каскад ОП виконується по такій самій схемі, як і в цифрових ІС, тому на виході формуються рівні логічних 0 та 1.

Прикладом є спеціалізований АК у складі МК AVR (рис. 5,а). На прямий та інверсний його входи подаються сигнали від виводів МК відповідно AIN0 і AIN1 (Analog Comparator Input), що є альтернативними функціями виводів PB2, PB3 порту В, якщо останні сконфігуровано як входи (DDRB2, DDRB3 = 0) та вимкнено внутрішні підтягувальні резистори (записом PORTB2, PORTB3 = 0). На прямий вхід можна подати також опорну напругу U_оп від внутрішнього джерела опорної напруги (ДОН) сигналом ACBG (Analog Comparator Bandgap Select – Вибір прямого входу АК): при ACBG = 0 електронний перемикач S1 з’єднує прямий вхід зі входом AIN0, а при ACBG = 1 – з ДОН. Величина опорної напруги U_оп є фіксованою і становить 1,23 В (у т.ч. для моделі ATme-ga8515) або 1,10 В, тому в разі потреби інше значення U_оп слід встановлювати від зовнішнього джерела зі входів AIN0 або AIN1.

Рис. 5. Інтегральний аналоговий компаратор (а) та його часові діаграми (б)

АК живиться від загального однополярного джерела +VCC, яке по ввімкненні МК за умовчанням подається на АК сигналом ACD = 0 (Analog Comparator Disable – Вимикання АК). У разі потреби, наприклад, з метою енергозаощадження, АК можна вимкнути від'єднанням його від джерела живлення електронним ключем S2 шляхом запису ACD = 1.

Швидкодію АК, як і цифрових пристроїв, зручно характеризувати часом затримки поширення t_з.п – інтервалом (рис. 5,б), що у фірмовій документації позначається як t_ACPD (Analog Comparator Propagation Delay – затримка поширення сигналу в АК) і наводиться для найбільшого з проміжків переходу вихідної напруги до лог.0 або лог.1. Швидкодія спеціалізованих ІС аналогових компараторів на один-два порядки вище, ніж АК, побудованих на ОП загального призначення. Для АК у складі МК AVR максимальна затримка становить t_ACPD = = 500 нс при напрузі живлення VCC = 4 В.

8.6. Модуль аналогового компаратора

Розглянутий АК входить до складу модуля (рис. 6,а), який керується регістром ACSR (табл. Х.1). Його біти ACD та ACBG, як вже зазначалося, керують вимиканням АК (ключ S2) і прямим входом (перемикач S1). У режимі детектора рівня на прямий вхід подається опорна напруга U_оп, а на інверсний – вхідний аналоговий сигнал u^⎺. На ділянках часової діаграми, де вхідний сигнал u^⎺ перевищує рівень опорної напруги U_оп, на виході u встановлюється рівень лог.0, інакше результатом порівняння буде вихідний рівень лог.1 (рис. 6,б). Цей результат зберігається в біті АСО як стан виходу АК і надходить до блоку захоплення Т/Л1. Проте за скинутого біта ACIC = 0 АК залишається роз'єднаним з модулем Т/Л1, а для з'єднання з його блоком захоплення потрібно встановити біт ACIC = 1. Це дозволяє за допомогою Т/Л1 вимірювати тривалості потрібних інтервалів аналогового сигналу.

Рис. 6. Модуль аналогового компаратора, його регістр керування і стану ACSR (а) та часові діаграми перемикання (б)

За результатом порівняння в модулі АК може бути також згенеровано запит на переривання. Формувач прапора запиту переривання є детектором фронтів за негативним та позитивним перепадом вихідної напруги. Бітами ACIS[1:0] (табл. Х.2) вибирається імпульс за одним з цих перепадів або за будь-яким перепадом (див. рис. 6,б). Вибраний імпульс фіксується в біті ACI як прапор запиту на переривання. Маскою переривання від АК є біт ACIЕ, за встановлення якого прапор АСІ надходить до модуля переривань. Як тільки відбувається перехід до підпрограми обробки переривання (зрозуміло, що за наявності загального дозволу: якщо встановлено біт І в регістрі SREG), прапор, як звичайно, скидається апаратно. Слід зауважити, що під час налаштування АК зміною бітів ACD та ACIS[1:0] переривання від АК має бути заборонено.

Таблиця Х.1 – Біти РВВ керування і стану АК ACSR

Біт	Назва та призначення
ACD	Analog Comparator Disable – Вимикання АК (0 – АК увімкнений, 1 – вимкнений)
ACBG	Analog Comparator Bandgap Select – Вибір прямого входу АК: 0 – з’єднано зі входом AIN0, 1 – з’єднано з внутрішнім ДОН
ACO	Analog Comparator Output – Вихід АК
ACI	Analog Comparator Interrupt Flag – Прапор переривання від АК
ACIE	Analog Comparator Interrupt Enable – Дозвіл переривання від АК
ACIC	Analog Comparator Input Capture Enable – З'єднання АК з блоком захоплення Т/Л1: 0 – роз'єднаний, 1 - з'єднаний
ACIS1:0	Analog Comparator Interrupt Mode Select – Вибір умови виникнення переривання від АК (табл. Х.2)

;***** Вимкнення аналогового компаратора

LDIO ACSR,(1<<ACD) ; LDIO @0,@1 - Завантаження байта: @0 <- @1

Таблиця Х.2 – Вибір умови виникнення переривання від АК

ACIS1	ACIS0	Умова виникнення переривання
0	0	Будь-яка зміна стану виходу АК
0	1	Зарезервовано (код не використовується)
1	0	Зміна стану виходу АК з 1 на 0
1	1	Зміна стану виходу АК з 0 на 1

Інші різновиди модуля АК відрізняються від розглянутого неістотно. Так, з метою заощадити енергоспоживання в окремих моделях МК передбачено відключення цифрових буферів на виводах PB2, PB3 порту В, якщо використовуються альтернативні функції цих виводів – аналогові входи AIN0 і AIN1. Крім того, на інверсний вхід АК можна подати аналоговий сигнал з будь-якого входу АЦП (природно, в моделях МК, що мають АЦП), якщо модуль АЦП вимкнено.

78