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6.1 模擬比較器實(shí)驗(yàn)
6.1.1 實(shí)例功能
模擬比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC是單片機(jī)內(nèi)部最常見的兩種支持模擬信號(hào)輸入的功能接口。大部分AVR都具備這兩種類型的接口。本實(shí)例將以ATmage16芯片為例，介紹模擬比較器的使用方法，在下一個(gè)實(shí)例中介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。
使用模擬比較器可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)電源電壓的檢測，更巧妙的應(yīng)用是利用模擬比較器和一些簡單的外圍電路，設(shè)計(jì)簡單的模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。
本實(shí)例實(shí)現(xiàn)利用模擬比較器比較某一點(diǎn)電壓與內(nèi)部模擬比較器參考電壓的高低。共有3個(gè)功能模塊，分別描述如下：
● 單片機(jī)系統(tǒng)：使用ATmega16單片機(jī)的模擬比較器比較某一點(diǎn)的電壓與參考電壓的關(guān)系。
● 外圍電路：利用電阻設(shè)計(jì)的分壓電路。
● 軟件程序：熟悉掌握ATmega16單片機(jī)的模擬比較器的使用。
通過本實(shí)例的學(xué)習(xí)，掌握相關(guān)電路設(shè)計(jì)，并掌握以下知識(shí)點(diǎn)：
● 了解單片機(jī)的模擬比較器。
● 了解單片機(jī)的模擬比較器的使用。
● 掌握單片機(jī)模擬比較器的編程。
6.1.2、器件和原理
1、模擬比較器的介紹
ATmega16的模擬比較器可以實(shí)現(xiàn)對兩個(gè)輸入端：正極AIN0和負(fù)極AIN1（分別對應(yīng)于ATmage16的引腳PB2、PB3）的模擬輸入電壓進(jìn)行比較。當(dāng)AIN0上的電壓高于AIN1的電壓時(shí)，模擬比較器輸出ACO被設(shè)為“1”。比較器的輸出還可以被設(shè)置作為定時(shí)計(jì)數(shù)器1輸入捕獲功能的觸發(fā)信號(hào)。此外，比較器的輸出可以觸發(fā)一個(gè)獨(dú)立的模擬比較器中斷。用戶可以選擇使用比較器輸出的上升沿、下降沿或事件觸發(fā)作為模擬比較器中斷的觸發(fā)信號(hào)。
2、與模擬比較器相關(guān)的寄存器
與模擬比較器相關(guān)的寄存器是SFIOR、ACSR。用戶通過這兩個(gè)寄存器的相關(guān)位實(shí)現(xiàn)對模擬比較器的設(shè)置和控制。

1. 特殊功能IO寄存器—SFIOR
2. 
   寄存器SFIOR中的第3位ACME為模擬比較器多路使能控制位。當(dāng)該位為邏輯“1”，同時(shí)模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）功能被關(guān)閉（ADCSRA寄存器中的ADEN使能位為“0”）時(shí)，允許使用ADC多路復(fù)用器選擇ADC的模擬輸入端口作為模擬比較器反向端的輸入信號(hào)源。當(dāng)該位為零時(shí)，AIN1引腳的信號(hào)將加到模擬比較器反向端。
3. 本實(shí)例中我們使用ADC的模擬輸入端口作為模擬比較器反向端的輸入信號(hào)源，所以需要設(shè)置第3位ACME為1.
4. 模擬比較器控制和狀態(tài)寄存器—ACSR

  ACSR是模擬比較器主要的控制寄存器，其中各個(gè)位的作用如下：

1. 位7—ACD：模擬比較器禁止

當(dāng)該位設(shè)為“1”時(shí)，提供給模擬比較器的電源關(guān)閉。該位可以在任何時(shí)候被置位，從而關(guān)閉模擬比較器。在MCU閑置模式，且無需將模擬比較器作為喚醒源的情況下，關(guān)閉模擬比較器可以減少電源的消耗。要改變ACD位的設(shè)置時(shí)，應(yīng)該先將寄存器ACSR中的ACIE位清零，把模擬比較器中斷禁止掉。否則，在改變ADC位設(shè)置時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷。

1. 位6—ACBG：模擬比較器的能隙參考源選擇

當(dāng)該位為“1”時(shí)，芯片內(nèi)部一個(gè)固定的能隙（Bandgap）參考電源1.22V將代替AIN0的輸入，作為模擬比較器的正極輸入端。當(dāng)該位被清零時(shí)，AIN0的輸入仍然作為模擬比較器的正極輸入端。

1. 位5—ACO：模擬比較器輸出

模擬比較器的輸出信號(hào)經(jīng)過同步處理后直接與ACO相連。由于經(jīng)過同步處理，ACO與模擬比較器的輸出之間，會(huì)有1~2個(gè)時(shí)鐘的延時(shí)。

1. 位4—ACI：模擬比較器中斷標(biāo)志位

當(dāng)模擬比較器的輸出事件符合中斷觸發(fā)條件時(shí)（中斷觸發(fā)條件由ACIS1 和ACIS0 定義），ACI由硬件置“1”。若ACIE 位置“1”，且狀態(tài)寄存器中的I位為“1”時(shí)，MCU響應(yīng)模擬比較器中斷。當(dāng)轉(zhuǎn)入模擬比較中斷處理向量時(shí)，ACI被硬件自動(dòng)清空。此外，也可使用軟件方式清零ACI：對ACI標(biāo)志位寫入邏輯“1”來清零該位。

1. 位3—ACIE：模擬比較器中斷允許

當(dāng)ACIE位設(shè)為“1”，且狀態(tài)寄存器中的I位被設(shè)為“1”時(shí)，允許模擬比較器中斷觸發(fā)。當(dāng)ACIE被清“0”時(shí)，模擬比較器中斷被禁止。

1. 位2—ACIC：模擬比較器輸入捕獲允許

當(dāng)該位設(shè)置為“1”時(shí)，定時(shí)計(jì)數(shù)器1的輸入捕獲功能將由模擬比較器的輸出來觸發(fā)。在這種情況下，模擬比較器的輸出直接連到輸入捕獲前端邏輯電路，從而能利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1輸入捕獲中斷的噪聲消除和邊緣選擇的特性。當(dāng)該位被清零時(shí)，模擬比較器和輸入捕獲功能之間沒有聯(lián)系。要使能比較器觸發(fā)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的輸入捕獲中斷，定時(shí)器中斷屏蔽寄存器（TIMSK）中 的TICIE1位必須被設(shè)置。

1. 位1、0—ACIS1、ACIS0：模擬比較器中斷模式選擇

這2個(gè)位決定哪種模擬比較器的輸出事件可以觸發(fā)模擬比較器的中斷。不同的設(shè)置參見表6.1.1。

注意：當(dāng)要改變ACIS1、ACIS0時(shí)，必須先清除ACSR寄存器中的中斷允許位，以禁止模擬比較器中斷；否則，當(dāng)這些位被改變時(shí)，會(huì)發(fā)生中斷。
在本實(shí)例中，我們要使用模擬比較器，所以應(yīng)當(dāng)允許模擬比較器，即ACD應(yīng)為0，選擇芯片內(nèi)部的固定能隙參考電源。即ACBG設(shè)置為1，我們不使用中斷和捕獲，所以不必理會(huì)與此相關(guān)的各位。

1. 模擬比較器的多路輸入

用戶可以選擇ADC7..0引腳中的任一路的模擬信號(hào)代替AIN1引腳，作為模擬比較器的反向輸入端。模數(shù)轉(zhuǎn)換的ADC多路復(fù)用器提供這種選擇的能力，但此時(shí)必須關(guān)閉芯片的ADC功能。當(dāng)模擬比較器的多路選擇使能位（SFIOR中的ACME位）置“1”，同時(shí)ADC被關(guān)閉時(shí)（ADCSRA中的ADEN位置“0”），由寄存器ADMUX中的MUX[2:0]位所確定的引腳將代替AIN1作為模擬比較器的反向輸入端，如表6.1.2所示。如果ACME被清零，或ADEN被置1，則AIN1仍將為模擬比較器的反向輸入端。

本實(shí)例中我們采用ADC0作為模擬比較器的反向輸入端，所以選擇ADMUX寄存器中的MUX2：0=0；
6.1.3、電路
本實(shí)例的電路包含分壓電路，下面的電路是電阻分壓電路,如下圖所示。

1、電路原理
在本實(shí)例中利用電位器（即可調(diào)電阻）組成分壓電路，單片機(jī)的PA0連接在電位器的動(dòng)片引腳上，這個(gè)電路實(shí)際上相當(dāng)于兩個(gè)電阻組成的串聯(lián)電路，只不過這兩個(gè)電阻的阻值是可變的，改變動(dòng)片的位置，就可以改變PA0與地之間的電阻值，根據(jù)串聯(lián)電路分壓的原理，當(dāng)動(dòng)片移動(dòng)時(shí)，PA0處的電壓就會(huì)發(fā)生變化。
2、電路連接
電路電位器的動(dòng)片引腳連接到單片機(jī)的PA0口，作為模擬比較器的反向輸入端。
6.1.4、程序設(shè)計(jì)
1、程序功能
程序的功能是使用單片機(jī)的模擬比較器比較PA0口的電壓與單片機(jī)內(nèi)部的固定能隙電壓（1.22V）之間的高低，如果PA0的電壓低于1.22V，則D1燈點(diǎn)亮，否則D2燈點(diǎn)亮。
2函數(shù)說明
本程序有兩個(gè)功能函數(shù)，分別是：
● 端口初始化函數(shù),設(shè)置連接D1、D2兩個(gè)LED的端口PB0、PB1為輸出口，輸出低電平，使兩個(gè)LED都處于熄滅狀態(tài)。
● 模擬比較器初始化函數(shù)
設(shè)置與模擬比較器相關(guān)的寄存器，使模擬器按照一定的方式工作。
 3、使用WINAVR開發(fā)環(huán)境，我們使用的是外部12M的晶振，所以需要將makefile文件中的時(shí)鐘頻率修改為12M。另外在程序燒錄到單片機(jī)的時(shí)候，熔絲位也要選擇為外部12M晶振（注意是晶振，不是外部振蕩器，一定不要選擇錯(cuò)了，否則會(huì)導(dǎo)致單片機(jī)不能再燒寫程序）。
 4、程序代碼
[code="CPP"]
#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>
#include <avr/interrupt.h> //中斷函數(shù)頭文件

//函數(shù)聲明
void Port_Init(void); //端口初始化配置
void Compare_Init(void); //模擬比較器初始化設(shè)置

int main(void)
{
Port_Init();
Compare_Init();

sei(); //使能全局中斷

while(1)
{
if(ACSR & (1 << ACO)) //判斷ADC0的電壓是否大于1.22V
{
PORTB = 0X01; //低于1.22V，D1點(diǎn)亮，
}
else
{
PORTB = 0X02; //高于1.22V，D2點(diǎn)亮，
}
}
}

//端口狀態(tài)初始化設(shè)置函數(shù)
void Port_Init()
{
PORTB = 0X00; //
DDRB |= (1 << PB0) | (1 << PB1); //PB0、PB1設(shè)置為輸出

}

//模擬比較器初始化函數(shù)
void Compare_Init()
{
SFIOR |= (1 << ACME); //使用ADC多路復(fù)用器選擇ADC的模擬輸入端口
//作為模擬比較器反向輸入端的信號(hào)源。
//同時(shí)選擇ADC的ADC0作為輸入端，并且關(guān)閉AD轉(zhuǎn)換的使能
ACSR |= (1 << ACBG); //允許模擬比較器，AIN0設(shè)置為內(nèi)部固定能隙參考電源1.22V
}

[/code]