微控制器中的滯后控制
越來(lái)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(chǎng)上的一些MCU使得設(shè)計(jì)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(jì)人員提高自身的模擬設(shè)計(jì)技能。
當(dāng)做出模擬設(shè)計(jì)方案的時(shí)候,設(shè)計(jì)師必須牢記這樣的事實(shí),即模擬信號(hào)的脈沖上升沿和下降沿通常較為平緩,且不如數(shù)字信號(hào)那么“干凈”。當(dāng)試圖由模擬波形生成數(shù)字波形時(shí),較為平緩的脈沖上升沿和下降沿會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)換問(wèn)題。
當(dāng)通過(guò)比較器來(lái)傳送正弦波信號(hào)以生成方波輸出的時(shí)候就會(huì)注意到這種轉(zhuǎn)換問(wèn)題。平緩的脈沖上升沿和下降沿有可能導(dǎo)致生成多個(gè)脈沖沿,從而產(chǎn)生不必要的輸出。本文將說(shuō)明如何在一個(gè)簡(jiǎn)單的滯后電路中進(jìn)行設(shè)計(jì)以消除這一問(wèn)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(shí),我們將研究一個(gè)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(shí),輸出（Vout）被激勵(lì)至Vpos電平,而當(dāng)Vin低于Vref時(shí),Vout被激勵(lì)至Vneg電平。該電路沒(méi)有嵌入任何的滯后;不過(guò),加進(jìn)滯后只是一件簡(jiǎn)單的事情。
電阻值的計(jì)算
圖2示出了具有滯后的相同電路。這里,我們?cè)黾恿藘蓚�(gè)提供反饋或存儲(chǔ)路徑的電阻。利用該電路中的這兩個(gè)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(dòng)點(diǎn)的中心）時(shí),得出：
于是,總滯后為：
舉個(gè)例子：我們可以把比較器的滯后啟動(dòng)點(diǎn)（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(shí)現(xiàn)滯后。
微控制器的配置
為了演示微控制器的實(shí)現(xiàn)過(guò)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(duì)于本演示,我們將采用比較器模塊。為了對(duì)具有滯后的比較器進(jìn)行配置,在器件的外部增加了兩個(gè)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(gè)電阻以實(shí)現(xiàn)滯后。圖4給出了整個(gè)電路（包括微控制器的內(nèi)部電路和外部電路）的外觀。對(duì)于PSoC微控制器而言,必須增加一個(gè)可編程放大器（PGA）,以把輸入信號(hào)（Vin）連接到比較器的輸入端。
電路測(cè)試
最簡(jiǎn)易的電路測(cè)試方法是把一個(gè)正弦波連接到比較器的輸入端。將正弦波輸入信號(hào)和方波輸出信號(hào)同時(shí)顯示于一個(gè)雙通道示波器上。利用示波器上的光標(biāo),可以監(jiān)視方波輸出變高及變低時(shí)的電壓。這兩個(gè)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(gè)電壓應(yīng)該是不同的。
