MSP430_Final
.pdf
|
|
|
|
|
|
|
|
18.2. Функционирование модуля OA 443 |
|||
|
OAPx |
|
|
|
|
|
|
OAPMx |
|
|
OAPMx |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
OAxI0 |
00 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
OA0I1 |
|
|
|
|
+ |
|
|
0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
OA0TAP (OA2) |
+ |
||||
01 |
|
|
|
|
1 |
|
1 |
||||
OAxIA |
|
|
|
|
|
OA0 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
OA2 |
||||
10 |
|
OAFBRx |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
– |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
– |
||||
OAxIB |
11 |
000 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
3 |
|
000 |
|
|
|
000 |
|
|||
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
001 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
001 |
|
|
|
001 |
|
|
|
010 |
|
000 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
010 |
|
||
|
|
4R |
|
|
010 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
||
|
|
011 |
|
001 |
|
… |
|
|
|
111 |
|
|
|
4R |
|
111 |
|
000 |
|
|
|||
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
OAFBRx |
|
|
|||
|
|
|
010 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
101 |
|
|
|
|
001 |
|
|
|
|
|
|
2R |
|
|
|
|
3 |
|
|
||
|
|
011 |
|
|
|
010 |
|
|
|||
|
|
110 |
2R |
|
|
|
OAxRTOP |
|
|
||
|
|
111 |
|
|
|
|
011 |
000 |
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
4R |
|
|
||
|
|
|
R |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
001 |
|
|
||
|
|
|
|
101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
4R |
|
|
|
|
|
000 |
R |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
110 |
|
|
|
110 |
010 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
001 |
|
|
|
|
2R |
|
|
||
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
111 |
011 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
010 |
|
111 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
2R |
|
|
||
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
011 |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
000 |
101 |
|
|
|
|
|
101 |
|
|
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
001 |
110 |
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
010 |
R |
|
|
|
|
|
111 |
|
|
|
|
|
111 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
011 |
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
00 |
100 |
|
|
|
|
OAPx |
|
|
|
|
|
101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
|
OAxI0 |
00 |
|
|
|
|
|
10 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
111 |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
OA0I1 |
01 |
|
|
000 |
|
|
11 |
|
|
OAADCx |
|
000 |
|
|
|
|
|
|
|||||
OAxIA |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10 |
|
|
|
|
|
|
OAxFB |
|
|
||
|
|
001 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
001 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OAxIB |
010 |
|
010 |
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
011 |
OAxRTOP |
011 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
OAPMx |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
110 |
|
|
|
000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
|
OA1 |
|
|
|
|||
|
|
111 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
110 |
|
001 |
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
010 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
111 |
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
111 |
|
|
|
|
|
|
Рис. 18.5. Внутренние соединения модулей OA при реализации дифференциального |
|||||||||||
|
|
|
|
|
усилителя на трёх ОУ. |
|
|
||||
444 Глава 18. Модуль операционного усилителя OA
Таблица 18.5. Значения регистров управления для дифференциального усилителя на трёх ОУ
Регистр |
Значение (двоичное) |
|
|
OA0CTL0 |
xx xx xx 0 0 |
|
|
OA0CTL1 |
000 001 0 x |
|
|
OA1CTL0 |
xx xx xx 0 0 |
|
|
OA1CTL1 |
000 111 0 x |
|
|
OA2CTL0 |
11 11 xx x x |
|
|
OA2CTL1 |
xxx 110 0 x |
|
|
Таблица 18.6. Задание коэффициента усиления дифференциального усилителя на трёх ОУ
OAFBRx модулей OA1/ОА2 |
Коэффициент усиления |
|
|
000 |
0 |
|
|
001 |
1/3 |
|
|
010 |
1 |
|
|
011 |
1 2/3 |
|
|
100 |
3 |
|
|
101 |
4 1/3 |
|
|
110 |
7 |
|
|
111 |
15 |
|
|
18.3. Регистры модулей OA
Список регистров модулей OA приведён в Табл. 18.7.
Таблица 18.7. Регистры модулей OA
Регистр |
Обозначение |
Тип регистра |
Адрес |
Исходное состояние |
|
|
|
|
|
Регистр управления 0 |
OA0CTL0 |
Чтение/запись |
0C0h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистр управления 1 |
OA0CTL1 |
Чтение/запись |
0C1h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистр управления 0 |
OA1CTL0 |
Чтение/запись |
0C2h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистр управления 1 |
OA1CTL1 |
Чтение/запись |
0C3h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистр управления 0 |
OA2CTL0 |
Чтение/запись |
0C4h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Регистр управления 1 |
OA2CTL1 |
Чтение/запись |
0C5h |
Сбрасывается после POR |
модуля OA2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18.3. Регистры модулей OA 445
OAxCTL0, регистр управления 0 модуля OAx
7 |
6 |
|
|
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
0 |
|
OANx |
|
|
OAPx |
|
OAPMx |
OAADCx |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rw–0 |
rw–0 |
|
|
rw–0 |
rw–0 |
rw–0 |
rw–0 |
rw–0 |
rw–0 |
OANx |
Биты |
Конфигурация инвертирующего входа. Эти биты определяют сиг |
|||||||
|
7…6 |
нал, поступающий на инвертирующий вход ОУ модуля. |
|
||||||
|
|
00 |
OAxI0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
01 |
OAxI1 |
|
|
|
|
|
|
10OAxIA (используемый сигнал см. в документации на конкрет ную модель)
11OAxIB (используемый сигнал см. в документации на конкрет ную модель)
OAPx |
Биты |
Конфигурация неинвертирующего входа. Эти биты определяют сиг |
|
|
5…4 |
нал, поступающий на неинвертирующий вход ОУ модуля. |
|
|
|
00 |
OAxI0 |
|
|
01 |
OA0I1 |
10OAxIA (используемый сигнал см. в документации на конкрет ную модель)
11OAxIB (используемый сигнал см. в документации на конкрет
|
|
|
ную модель) |
OAPMx |
Биты |
Выбор скорости нарастания. Эти биты определяют соотношение |
|
|
3…2 |
между скоростью нарастания и током потребления ОУ модуля. |
|
|
|
00 |
Модуль выключен, выход в высокоимпедансном состоянии |
|
|
01 |
Малая скорость нарастания |
|
|
10 |
Средняя скорость нарастания |
|
|
11 |
Большая скорость нарастания |
OAADCx |
Биты |
Конфигурация выхода. Эти биты совместно с битами OAFCx опреде |
|
|
1…0 |
ляют подключение выхода модуля при OAMP > 0. |
|
|
|
При OAMP = 0: |
|
|
|
00 |
OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A1, A3 или A5 |
|
|
|
АЦП |
01OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A12, A13 или A14 АЦП
10OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A1, A3 или A5 АЦП
11OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A12, A13 или A14 АЦП
При OAMP > 0:
00 OAxOUT используется только для внутренних соединений
01OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A12, A13 или A14 АЦП
10OAxOUT подключён к внешнему выводу и входу A1, A3 или A5 АЦП
11OAxOUT подключён к входу A12, A13 или A14 АЦП. Вывод микроконтроллера, соответствующий этому входу, отключён от АЦП.
446 Глава 18. Модуль операционного усилителя OA
UAxCTL1, регистр управления 0 модуля OAx
7 |
6 |
|
5 |
4 |
3 |
2 |
|
1 |
0 |
|
OAFBRx |
|
|
|
OAFCx |
|
|
OANEXT |
OARRIP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rw–0 |
rw–0 |
|
r–0 |
rw–0 |
rw–0 |
rw–0 |
|
rw–0 |
rw–0 |
OAFBRx |
Биты |
Конфигурация резистивной цепочки обратной связи. |
|
||||||
|
7…5 |
000 |
Отвод 0 — 0R/16R |
|
|
|
|
|
|
|
|
001 |
Отвод 1 — 4R/12R |
|
|
|
|
|
|
|
|
010 |
Отвод 2 — 8R/8R |
|
|
|
|
|
|
|
|
011 |
Отвод 3 — 10R/6R |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
Отвод 4 — 12R/4R |
|
|
|
|
|
|
|
|
101 |
Отвод 5 — 13R/36R |
|
|
|
|
|
|
|
|
110 |
Отвод 6 — 14R/26R |
|
|
|
|
|
|
|
|
111 |
Отвод 7 — 15R/16R |
|
|
|
|
|
|
OAFCx |
Биты |
Выбор режима работы модуля. |
|
|
|
|
|||
|
4…2 |
000 |
ОУ общего назначения |
|
|
|
|
||
|
|
001 |
Буфер с единичным усилением для дифференциального усили |
||||||
|
|
|
теля на трёх ОУ |
|
|
|
|
|
|
|
|
010 |
Буфер с единичным усилением |
|
|
|
|
||
|
|
011 |
Компаратор |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
Неинвертирующий PGA |
|
|
|
|
||
|
|
101 |
Многокаскадный неинвертирующий PGA |
|
|
||||
|
|
110 |
Инвертирующий PGA |
|
|
|
|
||
|
|
111 |
Дифференциальный усилитель |
|
|
|
|
||
OANEXT |
Бит 1 |
Доступность инвертирующего входа ОУ. При установленном бите |
|||||||
|
|
OANEXT инвертирующий вход ОУ подключается к выводу микро |
|||||||
|
|
контроллера, если используется внутренняя резистивная цепочка. |
|||||||
|
|
0 |
Инвертирующий вход ОУ недоступен для внешних устройств |
||||||
|
|
1 |
Инвертирующий вход ОУ доступен для внешних устройств |
||||||
OARRIP |
Бит 0 Обратное подключение резистивной цепочки в режиме компаратора. |
||||||||
|
|
0 |
RTOP подключён к AVSS, а RBOTTOM — к AVCC при OAFCx = 3 |
||||||
|
|
1 |
RTOP подключён к AVCC, а RBOTTOM — к AVSS при OAFCx = 3 |
||||||
19.1. Введение 447
ГЛАВА 19
МОДУЛЬ АНАЛОГОВОГО КОМПАРАТОРА COMPARATOR_A+
Модуль Comparator_A+ представляет собой аналоговый компаратор напря жения. В этой главе описывается работа модуля Comparator_A+, реализованного в микроконтроллерах семейства MSP430x2xx.
19.1. Введение
Модуль компаратора Comparator_A+ обеспечивает выполнение точных ана лого цифровых преобразований методом прямого интегрирования, контроль на пряжения питания и мониторинг внешних аналоговых сигналов.
Модуль Comparator_A+ имеет следующие особенности:
мультиплексоры на обоих (инвертирующем и неинвертирующем) входах модуля;
программно подключаемый RC фильтр на выходе компаратора;
возможность подключения выхода компаратора к входу захвата Таймера A;
программное управление входным буфером порта;
поддержка прерываний;
конфигурируемый генератор опорного напряжения;
возможность выключения компаратора и генератора опорного напряжения;
входной мультиплексор компаратора.
Блок схема модуля компаратора приведена на Рис. 19.1.
19.2. Функционирование модуля Comparator_A+
Конфигурирование модуля Comparator_A+ осуществляется пользовательской программой. Настройка модуля и его функционирование рассматриваются в сле дующих подразделах.
19.2.1. Компаратор
Компаратор сравнивает аналоговые напряжения на неинвертирующем (+) и инвертирующем (–) входах. Если напряжение на неинвертирующем входе больше, чем на инвертирующем, то на выходе компаратора CAOUT появляется сигнал ВЫ СОКОГО уровня. Компаратор может быть включен или выключен посредством уп
19.2.Функционирование модуля Comparator_A+ 449
Примечание. Подключение входов компаратора
При включённом компараторе его входы должны быть подключены к источникам сигналов, питанию или земле. В противном случае плавающие потенциалы на входах могут стать причиной неожиданных прерываний и вызвать увеличение потребляемого тока.
Бит CAEX управляет входным мультиплексором собственно компаратора и определяет, какой из входных сигналов модуля будет подан на инвертирующий вход компаратора, а какой — на неинвертирующий. Если подключение входов компаратора меняется на противоположное, то выходной сигнал компаратора инвертируется. Это позволяет пользователю учесть или скомпенсировать входное напряжение смещения компаратора.
19.2.3. Ключ замыкания входов
Бит CASHORT позволяет замыкать между собой входы компаратора. Эта воз можность может использоваться для реализации простого устройства выборки и хранения для компаратора, как показано на Рис. 19.2.
Конденсатор выборки C s
CASHORT
Аналоговые
входы
Рис. 19.2. Устройство выборки и хранения для компаратора Comparator_A+ .
Требуемое время выборки прямо пропорционально ёмкости конденсатора CS, сопротивлению входных ключей, включённых последовательно с ключом замы кания входов (RI) и сопротивлению источника сигнала RS. Типовое значение со противления RI лежит в диапазоне от 2 до 10 кОм. Ёмкость конденсатора CS должна быть более 100 пФ. Постоянная времени заряда конденсатора может быть определена из выражения:
= (Ri + RS)·CS.
450Глава 19. Модуль аналогового компаратора Comparator_A+
Взависимости от требуемой точности преобразования время выборки должно составлять от 3 до 10 . При времени выборки, равном 3 , конденсатор заряжает
ся до уровня, составляющего примерно 95% от напряжения входного сигнала, при 5 — более чем 99%, а при 10 напряжения на конденсаторе достаточно для достижения 12 битной точности.
19.2.4. Выходной фильтр
Если необходимо, то к выходу компаратора может быть подключён внутрен ний фильтр. При установленном бите CAF выходной сигнал компаратора прохо дит через встроенный RC фильтр.
Вход +
Вход – |
Входы компаратора |
Выход компаратора CAOUT без фильтрации
Выход компаратора CAOUT с фильтрацией
Рис. 19.3. Влияние RC фильтра на выходной сигнал компаратора.
Если разница напряжений на входах компаратора достаточно мала, то на его выходе всегда начинают генерироваться колебания. Эта генерация (Рис. 19.3) вы зывается внутренними и внешними паразитными связями, а также перекрёстны ми помехами между сигнальными линиями, линиями питания и другими элемен тами системы. Колебания на выходе компаратора снижают точность и разрешаю щую способность результата сравнения. Использование фильтра может уменьшить ошибки, вызванные генерацией на выходе компаратора.
19.2.5. Генератор опорного напряжения
Генератор опорного напряжения используется для формирования сигнала VCAREF, которое может быть подано на любой из входов компаратора. Выходное напряжение генератора задаётся битами CAREFx. Бит CARSEL определяет вывод компаратора, на который поступает опорное напряжение от генератора. Если на оба входа компаратора подаются внешние сигналы, то внутренний генератор опорного напряжения следует выключать для уменьшения тока, потребляемого модулем. Генератор может формировать напряжение, равное четверти или поло вине напряжения питания VCC, или же фиксированное напряжение, равное поро говому напряжению транзистора (~0.55 В).