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.

Применение аналогового компаратора оправдано в следующих случаях:

• при малой амплитуде входных сигналов 30...300 мВ;

• при необходимости сравнения уровней двух сигналов («больше/меньше»);

• при повышенных требованиях к быстродействию, когда внутренний АЦП уже не справляется со своими обязанностями.

На Рис. 3.13, а...с показаны схемы подачи сигналов на компаратор МК.

Рис. 3.13. Схемы подачи сигналов на аналоговый компаратор МК {начало):

а) делителем R2, R3устанавливается порог срабатывания компаратора. Необходимость применения фильтрующих конденсаторов С/, С2 определяется экспериментально по отсутствию ложных переключений;

б) искусственное формирование противофазного сигнала на отрицательном выводе компаратора при помощи транзистора VT1 Диоды VD1, VD2 создают «зону нечувствительности»;

в) выделитель переднего фронта входных импульсных сигналов. Конденсатор С/ 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 R3, C1, R5, С2 ограничивает спектр входного сигнала. Переменным резистором R4 устанавливается порог срабатывания компаратора; О

ж) компаратор принимает входной сигнал через оптопару VU1. В паузах работы МК выставляет на выходе НИЗКИЙ уровень, чтобы снизить ток потребления через резисторы R1...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 Uг[В] = 5R2 R3/(R2R3 + R3 R4 + R2-R4), 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 VT1, R1, R2, HL1. Светодиод также служит индикатором питания;

к) аналогично Рис. 3.13, и, но с диодом VD1 вместо светодиода HL1 и с обнулением конденсатора С/ путем временного перевода линии МК в режим выхода с НИЗКИМ уровнем. «Зеркальный» транзистор VT1 формирует стабильный ток Iвых для других узлов устройства;

л) аналогично Рис. 3.13, к, но с генератором стабильного тока на микросхеме DA1 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;

Рис. 3.13. Схемы подачи сигналов на аналоговый компаратор МК (окончание):

м) «дельта-модулятор» на основе компаратора МК. Входной аналоговый сигнал программно преобразуется в выходной цифровой сигнал Uвых, 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 R1). Резистор R2 линеаризирует температурную характеристику;

п) шкала резистора R3 градуируется в вольтах (децибелах) амплитуды сигнала Uвх. 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 С/ формируется при помощи подачи ВЫСОКОГО/НИЗКОГО уровня на верхний по схеме вывод резистора R1;

с) аналогично Рис.3.13, р, но с использованием совмещённой линии порта, через которую периодически разряжается конденсатор С/ НИЗКИМ уровнем.