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6.1 模擬比較器實驗
6.1.1 實例功能
模擬比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC是單片機內(nèi)部最常見的兩種支持模擬信號輸入的功能接口。大部分AVR都具備這兩種類型的接口。本實例將以ATmage16芯片為例，介紹模擬比較器的使用方法，在下一個實例中介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。
使用模擬比較器可以實現(xiàn)單片機系統(tǒng)電源電壓的檢測，更巧妙的應用是利用模擬比較器和一些簡單的外圍電路，設計簡單的模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC。
本實例實現(xiàn)利用模擬比較器比較某一點電壓與內(nèi)部模擬比較器參考電壓的高低。共有3個功能模塊，分別描述如下：
● 單片機系統(tǒng)：使用ATmega16單片機的模擬比較器比較某一點的電壓與參考電壓的關系。
● 外圍電路：利用電阻設計的分壓電路。
● 軟件程序：熟悉掌握ATmega16單片機的模擬比較器的使用。
通過本實例的學習，掌握相關電路設計，并掌握以下知識點：
● 了解單片機的模擬比較器。
● 了解單片機的模擬比較器的使用。
● 掌握單片機模擬比較器的編程。
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現(xiàn)對兩個輸入端：正極AIN0和負極AIN1（分別對應于ATmage16的引腳PB2、PB3）的模擬輸入電壓進行比較。當AIN0上的電壓高于AIN1的電壓時，模擬比較器輸出ACO被設為“1”。比較器的輸出還可以被設置作為定時計數(shù)器1輸入捕獲功能的觸發(fā)信號。此外，比較器的輸出可以觸發(fā)一個獨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。
2、與模擬比較器相關的寄存器
與模擬比較器相關的寄存器是SFIOR、ACSR。用戶通過這兩個寄存器的相關位實現(xiàn)對模擬比較器的設置和控制。

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。當該位為邏輯“1”，同時模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）功能被關閉（ADCSRA寄存器中的ADEN使能位為“0”）時，允許使用ADC多路復用器選擇ADC的模擬輸入端口作為模擬比較器反向端的輸入信號源。當該位為零時，AIN1引腳的信號將加到模擬比較器反向端。
3. 本實例中我們使用ADC的模擬輸入端口作為模擬比較器反向端的輸入信號源，所以需要設置第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，其中各個位的作用如下：

1. 位7—ACD：模擬比較器禁止

當該位設為“1”時，提供給模擬比較器的電源關閉。該位可以在任何時候被置位，從而關閉模擬比較器。在MCU閑置模式，且無需將模擬比較器作為喚醒源的情況下，關閉模擬比較器可以減少電源的消耗。要改變ACD位的設置時，應該先將寄存器ACSR中的ACIE位清零，把模擬比較器中斷禁止掉。否則，在改變ADC位設置時會產(chǎn)生一個中斷。

1. 位6—ACBG：模擬比較器的能隙參考源選擇

當該位為“1”時，芯片內(nèi)部一個固定的能隙（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。當該位被清零時，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，會有1~2個時鐘的延時。

1. 位4—ACI：模擬比較器中斷標志位

當模擬比較器的輸出事件符合中斷觸發(fā)條件時（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，MCU響應模擬比較器中斷。當轉(zhuǎn)入模擬比較中斷處理向量時，ACI被硬件自動清空。此外，也可使用軟件方式清零ACI：對ACI標志位寫入邏輯“1”來清零該位。

1. 位3—ACIE：模擬比較器中斷允許

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

當該位設置為“1”時，定時計數(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，從而能利用定時器/計數(shù)器1輸入捕獲中斷的噪聲消除和邊緣選擇的特性。當該位被清零時，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)定時器/計數(shù)器1的輸入捕獲中斷，定時器中斷屏蔽寄存器（TIMSK）中 的TICIE1位必須被設置。

1. 位1、0—ACIS1、ACIS0：模擬比較器中斷模式選擇

這2個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。不同的設置參見表6.1.1。

注意：當要改變ACIS1、ACIS0時，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，當這些位被改變時，會發(fā)生中斷。
在本實例中，我們要使用模擬比較器，所以應當允許模擬比較器，即ACD應為0，選擇芯片內(nèi)部的固定能隙參考電源。即ACBG設置為1，我們不使用中斷和捕獲，所以不必理會與此相關的各位。

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多路復用器提供這種選擇的能力，但此時必須關閉芯片的ADC功能。當模擬比較器的多路選擇使能位（SFIOR中的ACME位）置“1”，同時ADC被關閉時（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
在本實例中利用電位器（即可調(diào)電阻）組成分壓電路，單片機的PA0連接在電位器的動片引腳上，這個電路實際上相當于兩個電阻組成的串聯(lián)電路，只不過這兩個電阻的阻值是可變的，改變動片的位置，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，當動片移動時，PA0處的電壓就會發(fā)生變化。
2、電路連接
電路電位器的動片引腳連接到單片機的PA0口，作為模擬比較器的反向輸入端。
6.1.4、程序設計
1、程序功能
程序的功能是使用單片機的模擬比較器比較PA0口的電壓與單片機內(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燈點亮，否則D2燈點亮。
2函數(shù)說明
本程序有兩個功能函數(shù)，分別是：
● 端口初始化函數(shù),設置連接D1、D2兩個LED的端口PB0、PB1為輸出口，輸出低電平，使兩個LED都處于熄滅狀態(tài)。
● 模擬比較器初始化函數(shù)
設置與模擬比較器相關的寄存器，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文件中的時鐘頻率修改為12M。另外在程序燒錄到單片機的時候，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，一定不要選擇錯了，否則會導致單片機不能再燒寫程序）。
 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點亮，
}
else
{
PORTB = 0X02; //高于1.22V，D2點亮，
}
}
}

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

}

//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源。
//同時選擇ADC的ADC0作為輸入端，并且關閉AD轉(zhuǎn)換的使能
ACSR |= (1 << ACBG); //允許模擬比較器，AIN0設置為內(nèi)部固定能隙參考電源1.22V
}

[/code]