教学课件单片机创新开发教程ch14 使用比较器.pptx

教材配套PPT正版可修改课件教学课件单片机创新开发教程ch14 使用比较器单片机创新开发教程-基于STC8吴险峰第14章 使用比较器比较器用于比较两个输入端的电压的大小，可以作为简单的模数转换单元。单片机的比较器主要用于检测输入电压的异常情况。本章讲述了如何使用比较器。1.情境导入2.学习目标3.相关知识4.项目设计5.项目实现6.知识拓展7.强化练习14.1情境导入小白：“传感器发生异常情况怎么办？虽然可以用定时器进行周期性检测，但是感觉效率很低。”小牛：“这种情况我们可以用比较器进行触发。将传感器的值转换成数字，然后和基准值比较，如果出现异常情况就紧急处理，不用通过定时器来触发。这样的处理逻辑效率更高，而且更有针对性。另外虽然STC8只有一个比较器，但是可以分时复用，不用担心比较器数量不够的情况。”小白：“这么神奇，我要学！”。14.2 学习目标【知识目标】1.学习比较器的理论知识。2.掌握比较器的控制寄存器。3.了解低电压检测方式。【能力目标】1.能理解比较器含义。2.能进行比较器设置。3.能进行比较器编程。14.3 相关知识l14.3.1.比较器l14.3.2.STC8系列的比较器结构l14.3.3.使用LVD功能检测工作电压（电池电压）14.3 相关知识14.3.1.比较器一般来说，对两个或多个数据项进行比较，以确定它们是否相等，或确定它们之间的大小关系及排列顺序称为比较。能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。在单片机里，比较器一般的作用就是比较信号电压和基准电压两个电压的大小。单片机的比较器可以看作1位的ADC。信号电压跟参考电压比较，当大小发生变化时，就可以输出逻辑0、1，单片机检测这个电平就可以进行相应的处理。14.3 相关知识14.3.2.STC8系列的比较器结构STC8H系列单片机内部集成了一个比较器。比较器的正极可以是P3.7端口或者ADC的模拟输入通道，而负极可以P3.6端口或者是内部固定比较电压（STC8的参考比较电压为1.19V）。通过多路选择器和分时复用可实现多个比较器的应用。主要寄存器包括比较器控制寄存器1（CMPCR1）和比较器控制寄存器2（CMPCR2）。此外比较器也会调用外设端口切换控制寄存器2（P_SW2）。相关寄存器配置如下。14.3 相关知识14.3.2.STC8系列的比较器结构1.比较器控制寄存器比较器控制寄存器1（CMPCR1）CMPCR1主要包含比较器的基本设置，包括使能、中断和端口设置，如表14-1所示。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0CMPCR1E6HCMPENCMPIFPIENIEPISNISCMPOECMPRES（1）CMPEN：比较器模块使能位。0：关闭比较功能。1：使能比较功能。（2）CMPIF：比较器中断标志位。当PIE或NIE被使能后，若产生相应的中断信号，硬件自动将CMPIF置1，并向CPU提出中断请求。此标志位必须用户软件清零。注意：没有使能比较器中断时，硬件不会设置此中断标志，即使用查询方式访问比较器时，不能查询此中断标志。（3）PIE：比较器上升沿中断使能位。0：禁止比较器上升沿中断。1：使能比较器上升沿中断。使能比较器的比较结果由0变成1时产生中断请求。（4）NIE：比较器下降沿中断使能位。0：禁止比较器下降沿中断。1：使能比较器下降沿中断。使能比较器的比较结果由1变成0时产生中断请求。14.3 相关知识14.3.2.STC8系列的比较器结构1.比较器控制寄存器比较器控制寄存器1（CMPCR1）CMPCR1主要包含比较器的基本设置，包括使能、中断和端口设置，如表14-1所示。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0CMPCR1E6HCMPENCMPIFPIENIEPISNISCMPOECMPRES（5）PIS：比较器的正极选择位。0：选择外部端口P3.7为比较器正极输入源。1：通过ADC_CONTR中的ADC_CHS位选择ADC的模拟输入端作为比较器正极输入源。注意：当比较器正极选择ADC输入通道时，请务必要打开ADC_CONTR寄存器中的ADC电源控制位ADC_POWER和ADC通道选择位ADC_CHS。当需要使用比较器中断唤醒掉电模式/时钟停振模式时，比较器正极必须选择P3.7，不能使用ADC输入通道。（6）NIS：比较器的负极选择位。0：选择内部参考电压REFV作为比较器负极输入源（芯片在出厂时，内部参考信号源调整为1.19V）。1：选择外部端口P3.6为比较器负极输入源。（7）CMPOE：比较器结果输出控制位。0：禁止比较器结果输出。1：使能比较器结果输出。比较器结果输出到P3.4或者P4.1（由P_SW2中的CMPO_S进行设定）。（8）CMPRES：比较器的比较结果。此位为只读。0：表示CMP+的电平低于CMP-的电平。1：表示CMP+的电平高于CMP-的电平。（9）CMPRES是经过数字滤波后的输出信号，而不是比较器的直接输出结果。14.3 相关知识14.3.2.STC8系列的比较器结构2.比较器控制寄存器比较器控制寄存器2（CMPCR2）比较器控制寄存器2主要用于滤波控制，如表14-2所示。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0CMPCR2E7HINVCMPODISFLTLCDTY5:0（1）INVCMPO：比较器结果输出控制。0：比较器结果正向输出。若CMPRES为0，则P3.4/P4.1输出低电平，反之输出高电平。1：比较器结果反向输出。若CMPRES为0，则P3.4/P4.1输出高电平，反之输出低电平。（2）DISFLT：模拟滤波功能控制。0：使能0.1s模拟滤波功能。1：关闭0.1s模拟滤波功能，可略微提高比较器的比较速度。（3）LCDTY5:0：数字滤波功能控制。注意：当使能数字滤波功能后，芯片内部实际的等待时钟需额外增加两个状态机切换时间，即若LCDTY设置为0时，为关闭数字滤波功能；若LCDTY设置为非0值n（n=163）时，则实际的数字滤波时间为（n+2）个系统时钟。14.3 相关知识14.3.2.STC8系列的比较器结构3.3.外设端口切换控制寄存器外设端口切换控制寄存器2 2（P_SW2P_SW2）比较器输出位选择需要用到外设端口切换控制寄存器2（P_SW2），该寄存器如表14-3所示。符号地址B7B6B5B4B3B2B1B0P_SW2BAHEAXFR-I2C_S1:0CMPO_SS4_SS3_S（1）EAXFR：扩展RAM区特殊功能寄存器（XFR）访问控制寄存器。0：禁止访问XFR。1：使能访问XFR。当需要访问XFR时，必须先将EAXFR置1，才能对XFR进行正常的读写。（2）I2C_S1:0：I2C功能脚选择位。（3）CMPO_S：比较器输出脚选择位。0：P3.4。1：P4.1。（4）S4_S：串口4功能脚选择位。（5）S3_S：串口3功能脚选择位。（6）S2_S：串口2功能脚选择位。注意：P_SW2还可以对串口2/3/4和I2C的功能脚进行选择。我们前面讲串口时，因为图形化指令已经把该寄存器功能封装了，所以不需要单独设置。但比较器功能相对单一，没有封装图形化指令。即使是图形化编程，还是采用类似字符编程的方式，直接对寄存器进行读写。14.3 相关知识14.3.3.使用LVD功能检测工作电压（电池电压）由于STC8单片机包含有针对自身低压检测功能（LVD），比较器更多的是用于外设电路部分电压检测。若需要使用LVD功能检测电池电压，则在ISP下载时需要将低压复位功能去掉，如下图14-1所示。“允许低压复位（禁止低压中断）”的硬件选项的勾选项需要去掉。电源控制寄存器PCON（见表12-3）的第5位LVDF就是设置低压检测标志位。当系统检测到低压事件时，硬件自动将此位置1，并向CPU提出中断请求。此位需要用户软件清零。具体可以参考STC8编程手册。比较器暂时还没有将寄存器进行图形化封装，需要直接使用寄存器进行编程。14.4 项目设计STC8自带比较器功能，不需要硬件设计。14.4 项目设计任务比较器测试程序voidsetup()twen_board_init();/天问51初始化CMPCR2=0 xE0;/11100000ADC_CONTR=0 x8D;P_SW2=(P_SW2|0 x08);CMPCR1=0 x8A;/10001010（1）CMPCR2=0 xE0;/1110 0000比较器结果反向输出。若CMPRES为0，则P4.1输出高电平。关闭0.1us模拟滤波功能。数字滤波时间为（32+16+2=50）个系统时钟。（2）ADC_CONTR=0 x8D;选择ADC的13（16进制D）引脚输入，对应STC8编程手册或者开发板电路图可以发现，ADC13对应的功能脚是P05，连接的是电位器。（3）P_SW2=(P_SW2|0 x08);设定比较器输出脚选择位P4.1。（4）CMPCR1=0 x8A;/1000 1010使能比较功能；通过ADC_CONTR中的ADC_CHS位选择ADC13作为比较器正极输入源；选择内部参考电压作为负极输入源；使能比较器结果输出。比较器结果输出到P4.1。所以本代码功能就是检测电位器的电压值变化，如果电压低于临界值，则比较器指示灯亮。本任务演示比较器测试程序，对电位器输出电压进行检测。14.5 项目实现开发板任务演示步骤的和前章基本类似，为避免重复略去。具体操作请扫描二维码观看。本项目无法用Proteus仿真，理由主要还是因为用了STC8的ADC功能，此ADC功能无法在STC15上调用。14.6.知识拓展【科普】掉电检测l单片机比较器的一个非常重要的功能就是系统的掉电检测。单片机系统在使用或者调试中，会经常遇到系统电源突然掉电的情况，这种突发情况会导致系统丢失重要的数据且不能恢复。还有系统在运行中突然中断，会对存储器造成损坏，这种情况往往会影响产品的可靠性，为了尽量避免这种不稳定性情况的出现，产品需要增加掉电检测和保护电路。l掉电检测和保护电路就是对系统电压进行监测，当系统电压值下降到低压警戒值时，电路会发现并做出反应，发出一个警告信号，处理器接收到警告信号之后马上进行数据保存等操作，防止系统数据丢失。通过内置比较器功能，单片机可以很容易实现掉电检测功能。此外，电容也是保护电路的重要部件之一，其可以延缓电压清零的状态，为保存数据赢得时间。l【思考与启示】l1.为工程问题提供现实的解决方案，培养未来工程师的社会责任感。l2.为什么要在单片机中添加比较器功能。14.7强化练习1.使用比较器中断，为任务1增加蜂鸣器报警功能。2.编写使用LVD功能检测单片机电池电压程序。谢谢观看