Компаратор А
Компаратор А – это аналоговый компаратор напряжения. В этом разделе описывается компаратор А. Компаратор А реализован в устройствах MSP430x11x1, MSP430x12x, MSP430x13x, MSP430x14x, MSP430x15x и MSP430x16x.
16.1 Введение в компаратор А
Модуль компаратора А поддерживает высокоточные аналого-цифровые преобразования напряжения, контроль напряжения питания и мониторинг внешних аналоговых сигналов. Блок-схема компаратора А показана на рис.16-1.
- Компаратор А имеет следующие возможности:
- Инвертирующий и не инвертирующий выводы входного мультиплексора
- Программно настраиваемый RC-фильтр на выходе компаратора
- Подключение выхода к входу захвата Таймера А
- Программное управление входным буфером порта
- Возможность прерывания
- Настраиваемый генератор опорного напряжения
- Возможность выключения компаратора и опорного генератора
Рис.16-1 Блок-схема компаратора А
16.2 Функционирование компаратора А
Модуль компаратора А конфигурируется программным обеспечением пользователя. Настройка и работа компаратора А обсуждаются в следующих далее разделах.
16.2.1 Компаратор
Компаратор сравнивает аналоговые напряжения на входах «+» и «-». Если вход «+» более положителен, чем вход «-», на выходе компаратора CAOUT появляется сигнал высокого уровня. Компаратор может быть включен или выключен с помощью управляющего бита CAON. Если компаратор не используется, для уменьшения потребляемого тока его необходимо выключать. Когда компаратор выключен, на выходе CAOUT всегда сигнал низкого уровня.
16.2.2 Входные аналоговые переключатели
Аналоговые входные переключатели подключают или отключают два входа компаратора от соответствующих выводов порта с помощью битов P2CAx. Оба входа компаратора могут управляться индивидуально. Биты P2CAx позволяют:
- Подключать внешние сигналы к входам «+» и «-» компаратора
- Подключать внутреннее опорное напряжения к соответствующему выходному выводу порта
Внутренне входной переключатель выполнен как переключатель Т-типа для уменьшения искажений на пути прохождения сигнала.
Примечание: Подключение входа компаратора
Когда компаратор включен, его входы должны быть подключены к источнику сигнала, источнику питания или к общему выводу. В противном случае плавающие уровни напряжения могут вызвать неожиданные прерывания и повышенное потребление тока.
|
Бит CAEX управляет входным мультиплексором, определяющим, какие входные сигналы будут подключены к входам «+» и «-» компаратора. Кроме того, когда входы компаратора меняются друг с другом, выходной сигнал компаратора инвертируется. Это позволяет пользователю учитывать и компенсировать входное напряжение сдвига компаратора.
16.2.3 Выходной фильтр
Выход компаратора может использоваться как с внутренней фильтрацией, так и без неё. Когда управляющий бит CAF установлен, выход фильтруется с помощью интегрированного RC-фильтра.
Выход любого компаратора беспорядочно генерирует, если разность потенциалов на его входах мала. Внутренние и внешние паразитные эффекты, перекрестная связь при включении и между сигнальными линиями, линиями питания и другими частями системы оказывают влияние на эту генерацию, как показано на рис.16-2. Колебания на выходе компаратора снижают точность и разрешающую способность результата сравнения. Использование выходного фильтра может уменьшить ошибки, связанные с генерацией компаратора.
Рис.16-2 Действие RC-фильтра на выходе компаратора
16.2.4 Генератор опорного напряжения
Генератор опорного напряжения используется для генерации напряжения VCAREF, которое может быть приложено к любому из входов компаратора. Бит CAREFx управляет выходом генератора напряжения. Бит CARSEL определяет вывод компаратора, к которому будет приложено напряжение VCAREF. Если внешние сигналы приложены к обоим входам компаратора, внутренний опорный генератор необходимо выключить, чтобы уменьшить величину потребляемого тока. Генератор опорного напряжения может вырабатывать напряжение, пропорционально уменьшенное относительно напряжения питания устройства VCC или фиксированное пороговое напряжение транзистора около 0,55 В. Транзисторное пороговое напряжение имеет точность и температурный коэффициент, указанные в справочном руководстве конкретного устройства.
16.2.5 Компаратор А, регистр отключения порта CAPD
Функции ввода и вывода компаратора мультиплексированы с соответствующими ножками порта ввода/вывода, которые являются цифровыми КМОП-схемами. Когда аналоговые сигналы подключаются к цифровым КМОП-элементам, может появиться паразитный ток между VCC и общим выводом. Этот паразитный ток появляется в случае, если величина входного напряжения находится около переходного уровня ячейки. Отключение буфера вывода порта устраняет паразитный ток и приводит с снижению общего потребления тока.
Когда биты CAPDx установлены, соответствующий входной буфер P2 отключается, как показано на рис.16-3. Когда величина уровня потребления тока критична, любой вывод P2, подключенный к аналоговым сигналам, должен быть отключен с помощью соответствующего бита CAPDx.
Рис.16-3 Переходная характеристика и рассеивание мощности в инверторе/буфере КМОП
16.2.6 Прерывания компаратора А
С компаратором А связан один флаг прерывания и один вектор прерывания, как показано на рис.16-4. Флаг прерывания CAIFG устанавливается по любому фронту (нарастающему или спадающему) сигнала на выходе компаратора, что определяется битом CAIES. Если установлены оба бита CAIE и GIE, флаг CAIFG генерирует запрос прерывания. Флаг CAIFG автоматически сбрасывается, когда обрабатывается запрос прерывания или может быть сброшен программным обеспечением.
Рис.16-4 Система прерывания компаратора А
16.2.7 Использование компаратора А для измерения сопротивления элементов
Компаратор А можно оптимизировать для высокоточного измерения резистивных элементов с помощью аналого-цифрового преобразования с одиночным интегрированием. К примеру, температура может быть преобразована в цифровые данные с помощью термистора путем сравнения времен разряда конденсатора, подключаемого сначала к термистору, а затем к опорному резистору, как показано на ри.16-5. Сопротивление опорного резистора Rref сравнивается с Rmeas.
Рис.16-5 Система измерения температуры
Для вычисления температуры, считанной Rmeas, используются ресурсы MSP430:
- Две цифровых ножки ввода/вывода для заряда и разряда конденсатора.
- Ножка ввода/вывода устанавливается в высокий уровень (VCC) для заряда конденсатора и сбрасывается для разряда.
- Когда ножка ввода/вывода не используется, она переключается на вход в «третье» состояние с установкой CAPDx,.
- Один выход заряжает и разряжает конденсатор через Rref.
- Один выход разряжает конденсатор через Rmeas.
- Вход «+» подключается к положительному выводу конденсатора.
- Вход «-» подключается к опорному уровню, например 0,25 ? VCC.
- Для минимизации шумов переключения должен использоваться выходной фильтр.
- Выход CAOUT подключен к CCI1B таймера А, выполняющего захват времени разряда конденсатора.
Может быть измерено более одного резистивного элемента. Дополнительные элементы подключаются к CA0 с помощью доступных ножек ввода/вывода, переключающихся в «третье» состояние в моменты, когда они не участвуют в измерении.
Измерение температуры основано на принципе преобразования соотношения измерений. Отношение двух величин времен разряда конденсатора рассчитывается так, как показано на рис.16-6.
Рис.16-6 Временная диаграмма систем измерения температуры
Значения напряжения VCC и емкости конденсатора должны оставаться постоянными во время преобразования, но они не критичны, т.к. исключены из соотношения:
| 
