AVR模拟比较器使用方法

基于AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用模拟比较器和ADC接口模拟比较器和模数转换ADC 是单片机内部最常见的两种支持模拟信号输入的功能接口。

大部分AVR 都具备这两种类型的接口。

本章将以ATmage16 芯片为例，介绍这两种模拟接口的原理和应用设计方法。

软件设计下面是实现简易电压的系统程序代码。

/*****************************************************File name : demo_10_3.cChip type : ATmega16L华东师范大学电子系马潮10-13第10 章模拟比较器和ADC 接口Program type : ApplicationClock frequency : 4.000000 MHzMemory model : SmallExternal SRAM size : 0Data Stack size : 256*****************************************************/#include <mega16.h>flash char led_7[10]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F}; flash char position[6]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};unsigned char dis_buff[4]={0,0,0,0},posit;bit time_2ms_ok;// ADC 电压值送显示缓冲区函数void adc_to_disbuffer(unsigned int adc){char i;for (i=0;i<=3;i++){dis_buff[i]=adc % 10;adc /= 10;}}// Timer 0 比较匹配中断服务interrupt [TIM0_COMP] void timer0_comp_isr(void){time_2ms_ok = 1;}// ADC 转换完成中断服务interrupt [ADC_INT] void adc_isr(void){unsigned int adc_data,adc_v;adc_data=ADCW; //读取 ADC 置换结果adc_v=(unsigned long)adc_data*5000/1024; //换算成电压值adc_to_disbuffer(adc_v);}void display(void) // 4 位 LED 数码管动态扫描函数{PORTA |= 0x0f;华东师范大学电子系马潮10-14基于AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用PORTC = led_7[dis_buff[posit]];if (posit==3) PORTC |= 0x80;PORTA &= position[posit];if (++posit >=4 ) posit = 0;}// 系统主程序void main(void){DDRA=0x0f; // ！！见以下说明PORTA=0x0f; // ！！见以下说明DDRC=0xff; // LED 显示控制 I/O 端口初始化PORTC=0x00;// T/C0 初始化TCCR0=0x0B; // 内部时钟，64 分频（4M/64=62.5KHz），CTC 模式TCNT0=0x00;OCR0=0x7C; // OCR0 = 0x7C(124),(124+1)/62.5=2msTIMSK=0x02; // 允许 T/C0 比较中断// ADC 初始化ADMUX=0x47; // 参考电源 AVcc、ADC7 单端输入SFIOR&=0x1F;SFIOR|=0x60; // 选择 T/C0 比较匹配中断为 ADC 触发源ADCSRA=0xAD; // ADC 允许、自动触发转换、ADC 转换中断允许、ADCclk=125Kz#asm("sei") // 开放全局中断while (1){if (time_2ms_ok){display(); // LED 扫描显示time_2ms_ok = 0;}}}10.1 模拟比较器ATmega16 的模拟比较器可以实现对两个输入端：正极 AIN0 和负极 AIN1（对应于ATmage16 的引脚 PB2、PB3）的模拟输入电压进行比较。

当 AIN0 上的电压高于 AIN1 的电压时，模拟比较器输出 ACO 被设为“1”。

比较器的输出还可以被设置作为定时计数器 1 输入捕获功能的触发信号。

此外，比较器的输出可以触发一个独立的模拟比较器中断。

用户可以选择使用比较器输出的上升沿、下降沿或事件触发作为模拟比较器中断的触发信号。

比较器的方框图和周围电路如图 10-1 所示。

图 10-1 模拟比较器的方框图10.1.1 与模拟比较器相关的寄存器和标志位与模拟比较器相关的寄存器是 SFIOR、ACSR。

用户通过这两个寄存器的相关位实现对模拟比较器的设置和控制。

1) 特殊功能 IO 寄存器—SFIOR华东师范大学电子系马潮10-1第 10 章 模拟比较器和 ADC 接口时模数转换（ADC ）功能被关闭（ADCSRA 寄存器中的 ADEN 使能位为“0”）时，允许使用 ADC多路复用器选择 ADC 的模拟输入端口作为模拟比较器反向端的输入信号源。

当该位为零时， AIN1 引脚的信号将加到模拟比较器反向端。

2) 模拟比较器控制和状态寄存器—ACSRACSR 是模拟比较器主要的控制寄存器，其中各个位的作用如下：位 7—ACD ：模拟比较器禁止当该位设为“1”时，提供给模拟比较器的电源关闭。

该位可以在任何时候被置位，从 而关闭模拟比较器。

在 MCU 闲置模式，且无需将模拟比较器作为唤醒源的情况下，关闭模拟 比较器可以减少电源的消耗。

要改变 ACD 位的设置时，应该先将寄存器 ACSR 中的 ACIE 位清 零，把模拟比较器中断禁止掉。

否则，在改变 ADC 位设置时会产生一个中断。

位 6—ACBG ：模拟比较器的能隙参考源选择当该位为“1”时，芯片内部一个固定的能隙（Bandgap ）参考电源 1.22V 将代替 AIN0 的输入，作为模拟比较器的正极输入端。

当该位被清零时，AIN0 的输入仍然作为模拟比较 器的正极输入端。

位 5—ACO ：模拟比较器输出模拟比较器的输出信号经过同步处理后直接与 ACO 相连。

由于经过同步处理，ACO 与模 拟比较器的输出之间，会有 1~2 个时钟的延时。

位 4—ACI ：模拟比较器中断标志位当模拟比较器的输出事件符合中断触发条件时（中断触发条件由 ACIS1 和 ACIS0 定义）， ACI 由硬件置“1”。

若 ACIE 位置“1”，且状态寄存器中的 I 位为“1”时，MCU 响应模拟比 较器中断。

当转入模拟比较中断处理向量时，ACI 被硬件自动清空。

此外，也可使用软件方 式清零 ACI ：对 ACI 标志位写入逻辑“1”来清零该位。

位 3—ACIE ：模拟比较器中断允许当 ACIE 位设为“1”，且状态寄存器中的 I 位被设为“1”时，允许模拟比较器中断触发。

当 ACIE 被清“0”时，模拟比较器中断被禁止。

位 2—ACIC ：模拟比较器输入捕获允许当该位设置为“1”时，定时计数器 1 的输入捕获功能将由模拟比较器的输出来触发。

在这种情况下，模拟比较器的输出直接连到输入捕获前端逻辑电路，从而能利用定时器/计 数器 1 输入捕获中断的噪声消除和边缘选择的特性。

当该位被清零时，模拟比较器和输入捕 获功能之间没有联系。

要使能比较器触发定时器/计数器 1 的输入捕获中断，定时器中断屏 蔽寄存器（TIMSK ）中 的 TICIE1 位必须被设置。

位 1、0—ACIS1、ACIS0：模拟比较器中断模式选择这 2 个位决定哪种模拟比较器的输出事件可以触发模拟比较器的中断。

不同的设置参见华东师范大学 电子系 马 潮 10-2基于AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用表10-1。

注意：当要改变 ACIS1、ACIS0 时，必须先清除 ACSR 寄存器中的中断允许位，以禁止模拟比较器中断；否则，当这些位被改变时，会发生中断。

3) 模拟比较器的多路输入用户可以选择 ADC7..0 引脚中的任一路的模拟信号代替 AIN1 引脚，作为模拟比较器的反向输入端。

模数转换的 ADC 多路复用器提供这种选择的能力，但此时必须关闭芯片的 ADC功能。

当模拟比较器的多路选择使能位（SFIOR 中的 ACME 位）置“1”，同时 ADC 被关闭时（ADCSRA 中的 ADEN 位置“0”），由寄存器 ADMUX 中的 MUX[2:0]位所确定的引脚将代替 AIN1 作为模拟比较器的反向输入端，如表 10-2 所示。

如果 ACME 被清零，或 ADEN 被置 1，则 AIN1 仍将为模拟比较器的反向输入端。

表10-2 模拟比较器多路输入选择10.1.2 模拟比较器的应用设计模拟比较器的基本应用就是对两个输入端（AIN0、AIN1）的模拟电压进行比较，例如对系统电源电压的监测等。

例 10.1 系统电源电压的监测1）硬件电路在一些使用电池供电的便携和手持式系统中，系统需要对电源电压进行监测，一旦电压低于某个值时，就要给出警告，提示用户更换电池或对电池进行充电。

图10-2 是一个简单的电源电压监测电路。

电源电压经过R1、R2 分压后，作为监测电压输入端与PB3（AIN1）连接。

模拟比较器的AIN0 采用芯片内部 1.22V 的固定能隙（Bandgap）参考电源作为比较参考电压。

假定系统正常工作电压范围为 3V-5V，当电源电压低于 3.6V 时就要给出低电压提示。

图中使用 PB2 控制一个 LED 发光作为低电压提示。

当电源电压高于 3.7V 时，PB3（AIN1）引华东师范大学电子系马潮10-3第10 章模拟比较器和ADC 接口脚的电压大于 1.22V，比 AIN0 的 1.22V 高，此时寄存器 ACSR 中的 AC0 为“0”。

而当电源电压低于 3.6V 时，PB3（AIN1）引脚的电压降到 1.2V 以下，比 AIN0 的 1.22V 低，此时寄存器ACSR 中的 AC0 为“1”。

因此，AC0 标志位反映了电压高低的情况。

图 10-2 系统电源电压监测电路2）软件设计下面给出一个简单的电源监测程序，程序循环检测 AC0 的值，当 PB3 的电压低于 1.22V时，PB2 输出低电平，LED 发光，表示低电压报警提示。

/*********************************************File name : demo_10_1.cChip type : ATmega16Program type : ApplicationClock frequency : 4.000000 MHzMemory model : SmallExternal SRAM size : 0Data Stack size : 256**********************************************/#include <mega16.h>void main(void){PORTB.2 = 1; //PB2 设置为输出，控制 LEDDDRB.2 = 1;// 模拟比较器初始化：ACSR=0x40; //允许模拟比较器，AIN0 设置为内部 Bandgap 参考电压 1.22Vwhile (1) //循环检测 AC0 位{华东师范大学电子系马潮10-4基于AVR 的单片嵌入式系统原理与实践应用if (ACSR.5)PORTB.2 = 0; // AIN0 < AIN1elsePORTB.2 = 1; // AIN0 > AIN1,低电压报警}}在上面简单程序中使用了模拟比较器的功能，实现了对电源电压的监测。