Модуль аналогового компаратора входит практически во все современные МК. Физически компаратор представляет собой быстродействующий ОУ с большим коэффициентом усиления, частотной коррекцией и выходом на цифровой логический элемент. Обратная связь через внешний резистор с выхода на вход не предусматривается. Выходной сигнал компаратора имеет НИЗКИЙ/ВЫСОКИЙ логический уровень, который запоминается в программно-доступном регистре.
Компаратор сравнивает между собой по амплитуде два напряжения, присутствующие на его положительном и отрицательном входах. Результат сравнения читается из внутреннего регистра МК и может служить источником прерывания.
В целом «микроконтроллерный» компаратор очень похож на обычный «микросхемный» компаратор, но только выходной сигнал OUT, как правило, спрятан внутри. Ещё одно отличие — линии аналогового компаратора являются совмещёнными и могут настраиваться как цифровые выходы.
а) делителем R2 устанавливается порог срабатывания компаратора. Необходимость применения фильтрующих конденсаторов С1, С2 определяется экспериментально по отсутствию ложных переключений;
б) искусственное формирование противофазного сигнала на отрицательном выводе компаратора при помощи транзистора VT1. Диоды VDI, VD2создают «зону нечувствительности»;
в) выделитель переднего фронта входных импульсных сигналов. Конденсатор С1 снижает помехи, конденсатор С2 обеспечивает задержку времени («завал» фронтов импульса);
г) приём переменного напряжения малой амплитуды 50... 100 мВ. Если форма входного сигнала «синусоида», то происходит её программное преобразование в «прямоугольник»;
д) пилообразное напряжение формируется однопереходным транзистором VT1. Внутри МК программно подсчитывается время достижения равенства напряжений на обоих входах;
е) двухзвенный ФНЧ на элементах RJ, CJ, R5, С2 ограничивает спектр входного сигнала. Переменным резистором устанавливается порог срабатывания компаратора;
Применение аналогового компаратора оправдано в следующих случаях:
ж) компаратор принимает входной сигнал черезоптопару VU1. В паузах работы МК выставляет на выходе НИЗКИЙ уровень, чтобы снизить ток потребления через резисторы R/...R3;
з) в исходном состоянии на выходе МК ВЫСОКИЙ уровень. Как только аналоговый компаратор «сработает», на выходе МК выставляется НИЗКИЙ уровень, чтобы отсечь флуктуации сигнала. Образуется гистерезисе напряжением UvВ] = 5 R2 R^/(R2 R2 + R3R4 + где R2...R4 выражены в килоомах, а число «5» соответствует напряжению питания МК в вольтах;
и) пилообразное напряжение формирует сам МК через ключ VT2 (сброс) и генератор стабильного тока на элементах VTI, RI, R2, HL1. Светодиод также служит индикатором питания;
к) аналогично Рис. 3.13, и, но с диодом VD1 вместо светодиода HL1 и с обнулением конденсатора С1 путем временного перевода линии МК в режим выхода с НИЗКИМ уровнем. «Зеркальный» транзистор VTJ формирует стабильный ток /шх для других узлов устройства;
л) аналогично Рис. 3.13, к, но с генератором стабильного тока на микросхеме DAL Пилообразное напряжение может формироваться с определенным периодом (режим автоматического измерения) или однократно (режим одиночного измерения). В последнем случае для экономии энергии в паузах на отрицательном выводе компаратора должен быть ВЫСОКИЙ уровень О;
м) «дельта-модулятор» на основе компаратора МК. Входной аналоговый сигнал программно преобразуется в выходной цифровой сигнал ишх, модулированный методом ШИМ;
н) входной сигнал может одновременно поступать на компаратор и на обычную линию порта МК, например, для перепроверки показаний или для организации сервисных функций;
о) порог срабатывания аналогового компаратора МК зависит от температуры окружающей среды (терморезистор RI). Резистор R2 линеаризирует температурную характеристику;
ri) шкала резистора R3 градуируется в вольтах (децибелах) амплитуды сигнала URX. МК фиксирует момент срабатывания компаратора и включает внешнюю сигнализацию (на схеме не показана). Можно программно варьировать скважность ШИМ, не вращая движок резистора R3
р) пилообразное (точнее, экспоненциальное) напряжение на конденсаторе С1 формируется при помощи подачи ВЫСОКОГО/НИЗКОГО уровня на верхний по схеме вывод резистора;
с) аналогично Рис.3.13, р, но с использованием совмещённой линии порта, через которую периодически разряжается конденсатор С1 НИЗКИМ уровнем.
Источник: Рюмик С.М. 1000 и одна микроконтроллерная схема. (Выпуск 1)