Struktura

Obvody napěťového komparátoru

Obvody napěťového komparátoru

Napěťový komparátor je nejednodušším obvodem pro digitalizaci analogových (v čase spojitých) napěťových úrovní. Je předurčen pro  porovnání dvou hodnot napětí, když výsledkem porovnání je výstupní stav překlopení napěťového komparátoru. Napěťový komparátor je realizován jako operační zesilovač s invertujícím a neinvertujícím vstupem, který nemá zavedenou zápornou zpětnou vazbu. Takto využíváme maximální zesílení operačního zesilovače, čímž na jeho výstupu získáme dvě napěťové úrovně v závislosti na výsledku porovnání dvou napětí na ivertujícím a neinvertujícím vstupu. Rozhodovací výstupní stav napěťového komparátoru  je velmi ostrý, takže vždy získáme definovanou logickou úroveň výsledku porovnání dvou napětí, kterou můžeme dále zpracovat sekvenčními obvody mikrořadiče. Aktuální stav výstupu napěťového komparátoru můžeme zjisti čtením bitu ACO (Analog Comparator Output)  ve stavovém registru  ACSR (Analog Comparator Status Register).

Činnost napěťového komparátoru si vysvětlíme na schématu vnitřního zapojení.

Obr. 1: Obvodové schéma interního analogového komparátoru napětí mikrořadiče AVR

 

Popis hlavních částí obvodu:

  • AIN0 vývod pouzdra IO neivertijícího vstupu napěťového komparátoru;
  • AIN1 vývod pouzdra IO ivertijícího vstupu napěťového komparátoru;
  • BANDGAP REFERENCE vnitřní referenční napětí;
  • INTERUPT SELECT obvod pro výběr módu inicializace přerišení od napěťového komparátoru;
  • ACIS0 , ACIS1 nastavení módu přerušení;
  • ACD zapnutí/vypnutí obvodu napěťového komparátoru.

Neinvertující vstup napěťového komparátoru lze výběrem nastavení bitu ACBG připojit přímo na vývod pouzdra mikrořadiče AIN0 a nebo k internímu zdroji  referenčnímu napětí BANDGAP REFERENCE o velikosti 1,26V.

Invertující vstup napěťového komparátoru lze výběrem bitů ACME a ADEN připojit přímo na vývod pouzdra mikrořadiče AIN1 a nebo lze zvolit jeden multiplexovaný vstup určený pro A/D převodník, Pro tento případ se jedná o osm vývodů portu A. Multiplexovaný vstup portu A lze použít pro napěťový komparátor pouze při vypnutém A/D převodníku, kdy bit ADEN = 0.

Výstupní stav napěťového komparátoru lze zjistit přímo testovatováním bitu ACO.  Další možností je okamžitá inicializace přerušení na vektoru pro přerušení ANALOG COMPARATOR IRQ.

Tabulka pro konfiguraci bitů ACI0 a ACI1 obvodu pro výběr přerušení

Tab. 1: Význam bitů ACIS výběru přerušení

ACIS1 ACIS0 Výběr módu pro inicializaci přerušení                
0 0 Inicializace přerušení při každé změně stavu na výstupu napěťového komparátoru
0 1 Reservováno - tento stav není využitý
1 0 Inicializace přerušení při přechodu výstupu napěťového komparátoru z log. 1 do log. 0
1 1 Inicializace přerušení při přechodu výstupu napéťového komparátoru z log. 0 do log. 1

 

K napěťovému komparátoru přísluší dva I/O registry,  SFIOR a ACSR. Význam nastavení jednotlivých bitů je uveden níže. Pokud budeme používat vnitřní napěťový komparátor, musíme nejprve nastavit bit ACME  v  I/O  funkčním  registru SFIOR.

Následuje popis registrů SFIOR a ACCR, které jsou důležité pro práci s napěťovým komparátorem.

 

Tab. 2: Popis bitů registru SFIOR

ACME - povolení multiplexeru pro analogový komparátor.  Při nastavení bitu ACME (bit 3 registru SFIOR) na log. 1 a současném nastavení ADEN do log. 0 registru ADCSRA je invertující vstup napěťového komparátoru připojen na multiplxer A/D převodníku. Jeli bit ACME = log.0, bude invertující vstup napěťového komparátoru připojený na vývod AIN1.

 

Tab. 3: Popis bitů registru ACSR

 

ACD - zapnutí/vypnutí napájecího obvodu napěťového komparátoru. Je-li ACD = log.1, napěťový komparátor je odpojený.

ACBG - připojení referenčního zdroje na neinvertující vstup. Je-li ACGB = log.1, je na neivertující vstup připojený vnitřní zdroj referenčního napětí o hodnotě 1,23 V. Je-li ACGB = log.0, je neivertující vstup připojený na vývod AIN0 mikrořadiče.

AC0 - výstup napěťového komparátoru, je synchronizován hodinovými impulsy.

ACI - příznak přerušení od napěťového komparátoru. Tento bit je nastaven při inicializaci přerušení, která je definována výběrem bitů ACIS0 a ACIS1.

ACIE - povolení přerušení od napěťového komparátoru. Je-li ACIE = log.1, inicializace přerušení je povolena.

ACIC - povolení záchytu napěťovým komparátorem. Je-li ACIC = log.1, je spouštěcí vstup záchytného registru čítače/časovače 1 připojen na výstup napěťového komparátoru.

ACIS0 , ACIS1 - výběr přerušení od napěťového komparátoru.

Zdroje

  • MATOUŠEK, David. Práce s mikrokontroléry ATMEL AVR ATmega16. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2006, 319 s. μC. ISBN 80-730-0174-8.
  • VÁŇA, Vladimír. Mikrokontroléry ATMEL AVR: programování v jazyce C : popis a práce ve vývojovém prostředí CodeVisionAVR C. 1. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2003, 215 s. ISBN 80-730-0102-0.
  • [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf

Obrázky a tabulky

  • Obr. 1: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf
  • Tab. 1, 2, 3: [online]. [cit. 2015-01-30]. Dostupné z: http://www.atmel.com/images/doc2503.pdf

Zapamatuj si

  • Napěťový komparátor je operační zesilovač bez zavedené záporné zpětné vazby, který je předurčen pro porovnávání dvou napěťových úrovní.
  • Napěťový komparátor může inicializovat přerušení mikrořadiče při vzestupné hraně, sestupné hraně nebo při každé změně výstupu komparátoru.

Zamysli se

  • Znáš funkci invertujícího a neinvertujícího vstupu operačního zesilovače?
  • Napadá tě nějaké uplatnění komparátoru napětí v elektronických obvodech?
Logolink