| 越來越多的模擬外圍元件正在設(shè)法成為微控制器（MCU）家族中的一員。目前市場上的一些MCU使得設(shè)計師們能夠創(chuàng)造出各式各樣的模擬功能,包括數(shù)-模變換器（DAC）、可編程增益放大器和雙極濾波器功能。這種功能靈活性的增加要求數(shù)字設(shè)計人員提高自身的模擬設(shè)計技能。
當(dāng)做出模擬設(shè)計方案的時候,設(shè)計師必須牢記這樣的事實,即模擬信號的脈沖上升沿和下降沿通常較為平緩,且不如數(shù)字信號那么“干凈”。當(dāng)試圖由模擬波形生成數(shù)字波形時,較為平緩的脈沖上升沿和下降沿會引發(fā)轉(zhuǎn)換問題。
當(dāng)通過比較器來傳送正弦波信號以生成方波輸出的時候就會注意到這種轉(zhuǎn)換問題 。平緩的脈沖上升沿和下降沿有可能導(dǎo)致生成多個脈沖沿,從而產(chǎn)生不必要的輸出。本文將說明如何在一個簡單的滯后電路中進行設(shè)計以消除這一問題。 基本電路
電路的輸出取決于先前的輸入狀態(tài)是最基本的滯后形式。此時,我們將研究一個比較器電路,并決定如何嵌入滯后。
圖1示出了基本的比較器電路。當(dāng)Vin高于Vref時,輸出（Vout）被激勵至Vpos電平,而當(dāng)Vin低于Vref時,Vout被激勵至Vneg電平。該電路沒有嵌入任何的滯后;不過,加進滯后只是一件簡單的事情。 電阻值的計算
圖2示出了具有滯后的相同電路。這里,我們增加了兩個提供反饋或存儲路徑的電阻。利用該電路中的這兩個電阻建立了下列關(guān)系：
方程（1）經(jīng)變換后得出方程（2）：
當(dāng)Vout為5V（電源電壓）且Vincmp為2.5V（這是希望的滯后啟動點的中心）時,得出：
于是,總滯后為：
舉個例子：我們可以把比較器的滯后啟動點（Hysteresis Trip Points）設(shè)定在比2.5V高0.75V和低0.75V的地方。利用方程（4）得出的Ri/Rf的比值為0.3,使得我們能夠把Ri和Rf分別設(shè)置為30kΩ和100kΩ。一旦用數(shù)學(xué)方法證明該電路能夠起作用,即可按以下步驟在微控制器中實現(xiàn)滯后。 微控制器的配置
為了演示微控制器的實現(xiàn)過程,我們將采用Cypress Semiconductor公司的PSoC器件,該器件包括內(nèi)置式的可配置模擬模塊。對于本演示,我們將采用比較器模塊。為了對具有滯后的比較器進行配置,在器件的外部增加了兩個電阻。
圖3示出了比較器（ACA01）在PSoC開發(fā)工具中的放置和配置方法。
如前所述,必須在外部增加兩個電阻以實現(xiàn)滯后。圖4給出了整個電路（包括微控制器的內(nèi)部電路和外部電路）的外觀。對于PSoC微控制器而言,必須增加一個可編程放大器（PGA）,以把輸入信號（Vin）連接到比較器的輸入端。 
電路測試
最簡易的電路測試方法是把一個正弦波連接到比較器的輸入端。將正弦波輸入信號和方波輸出信號同時顯示于一個雙通道示波器上。利用示波器上的光標,可以監(jiān)視方波輸出變高及變低時的電壓。這兩個電壓指示了比較器的接通和斷路電平。如果滯后在電路中正確起作用,則這兩個電壓應(yīng)該是不同的。
結(jié)論
雖然數(shù)字設(shè)計師們能夠利用當(dāng)今微控制器中的模擬功能,但他們必須了解由這些新功能所產(chǎn)生的設(shè)計上的難題。微控制器設(shè)計中缺少滯后會引發(fā)不少令人頭痛的問題,但在設(shè)計中增添相應(yīng)的解決方案是非常簡單的。 |
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