3.10 Аналоговый компаратор

Аналоговый компаратор предназначен для преобразования разности входных аналоговых напряжений в цифровую форму. Если на неинвертирующем входе, помеченным символом “+”, аналоговое напряжение больше, чем на инвертирующем, помеченным символом “-”, выход компаратора CAOUT устанавливается в состояние логической единицы, в противном случае – в состояние логического нуля.

Структурная схема компаратора изображена на рис. 11.

Рисунок 11. Структурная схема аналогового компаратора

Входы аналогового компаратора могут программно подключаться к внешним выводам микроконтроллера с помощью битов управления P2CAx. С помощью битов управления CAEX можно менять схему подключения физических входов компаратора к внешним выводам микроконтроллера, при этом одновременно производится инвертирование выхода компаратора. В некоторых случаях использование этого переключателя дает возможность компенсировать собственное напряжение смещения компаратора.

В состав аналогового компаратора входит источник опорного напряжения. Опорное напряжение источника можно с помощью управляющего бита CARSEL подключить к одному или другому входу компаратора. С помощью битом управления CAREF можно выбрать величину опорного напряжения, соответствующую Vcc/2, Vcc/4 или фиксированному напряжению, приблизительно равному 0.5 V. С помощью, битов CAREF можно также отключить источник опорного напряжения.

В том случае если входные аналоговые напряжения меняются медленно, в момент равенства этих напряжений возможно многократное срабатывание компаратора. В некоторых случаях этот эффект можно подавить, подключив на выход компаратора встроенный RC фильтр с помощью бита CAF. Время срабатывания компаратора составляет около 200 ns, если фильтр не включен, и порядка 1.5 µs при включенном фильтре.

Выходной сигнал компаратора можно вывести на внешний вывод микроконтроллера P2.2/CAOUT/TA0 с помощью установок в регистре P2SEL, или использовать в качестве входа для модуля захвата/сравнения TACC1 (см. п. 3.7).

С целью минимизации потребления аналоговый компаратор может быть выключен битом CAON. В активном режиме компаратор и источник опорного напряжения потребляю ток в 45 µA каждый.

Регистры аналогового компаратора представлены в таблице 15.

Таблица 15

Имя	Назначение регистра	Адрес	Нач.значен.
CACTL1	Регистр управления 1	59h	0
CACTL2	Регистр управления 2	5Ah	0
CAPD	Регистр отключения цифровых формирователей	5Bh	0

• CACTL1 (Comparator A Control) – содержит биты управления компаратора.

7 6 5 4 3 2 1 0

CAEX

CARSEL

CAREF1, 0

CAON

CAIES

CAIE

CAIFG

• Бит 7 – CAEX (Comparator Exchange) – изменение подключения.

0 – неивертирующий вход соответствует выводу CA0,

инвертирующий вход соответствует выводу CA1;

1 – неивертирующий вход соответствует выводу CA1,

инвертирующий вход соответствует выводу CA0;

• Бит 6 – CARSEL (Comparator Reference Select) – выбор подключения опоры.

0 – опорное напряжение подключено к входу CA0;

1 – опорное напряжение подключено к входу CA1.

• Биты 5,4 – CAREF (Comparator Reference) – выбор опорного напряжения.

CAREF1	CAREF0	Напряжение
0	0	Выключен
0	1	0.25 * Vcc
1	0	0.5 * Vcc
1	1	Диод

• Бит 3 – CAON. Установка/ сброс этого бита включает/выключает аналоговый компаратор

• Бит 2 – CAIES (Comparator Interrupt Edge Select) – выбор фронта прерывания.

0 – прерывание по переходу 01 выхода компаратора;

1 – прерывание по переходу 10 выхода компаратора;

• Бит 1 – CAIE (Comparator Interrupt Enable) – разрешение прерывания. Установка/сброс этого бита разрешает/запрещает прерывание от компаратора.

• Бит 0 – CAIFG (Comparator Interrupt Flag) – флаг требования прерывания компаратора. Устанавливается аппаратно, если компаратор переключается согласно содержимому бита CAIES. Сбрасывается аппаратно, если берется прерывание, или программно.

• CACTL2 (Comparator A Control) – содержит биты управления компаратора.

7 4 3 2 1 0

-

P2CA1

P2CA0

CAF

CAOUT

• Биты 7…4 –зарезервированы.

• Бит 3 – P2CA1 – устанавливается/сбрасывается для подключения/отключения внешнего вывода к цепи CA1.

• Бит 2 – P2CA0– устанавливается/сбрасывается для подключения/отключения внешнего вывода к цепи CA0.

• Бит 1 – CAF (Comparator Filter) – установка/сброс этого бита подключает/ отключает встроенный RC фильтр.

• Бит 0 – CAOUT – через этот бит программно читается выходное состояние компаратора. Бит доступен только по чтению.

• CAPD (Comparator Port Disable) – запрещение цифрового буфера порта P2. Назначение битов этого регистра заключается в следующем. Входные цепи порта P2, равно как и всех остальных портов, снабжены цепями формирования входных логических уровней, состоящих из двух КМОП транзисторов. Если входное напряжение близко к середине напряжения питания, это вызывает протекание сквозного тока через входные транзисторы, что влечет увеличение общего тока потребления. Т.к. предполагается, что на входы компаратора может быть подано любое аналоговое напряжение, с целью снижения потребления имеет смысл отключать входные буферы для портов P2.3 и P2.4. Логические единицы в 8-ми битном регистре CAPD запрещают входные буферы для соответствующих линий порта P2. Следует заметить, что действие регистра CAPD распространяется на весь порт P2. Если в каком-либо бите регистра CAPD взведена 1, соответствующая линия порта не может использоваться в качестве цифрового входа.