Программируемый оконный компаратор с единственным источником опорного напряжения

Контроль напряжения питания – типичная задача для многих видов аппаратуры, решая которую, не всегда можно обойтись лишь одним компаратором. Нередко требуется следить за тем, чтобы напряжение не выходило из заданного диапазона. Для этого используются оконные компараторы с источниками опорного напряжения (ИОН) и резистивными делителями. Такие оконные компараторы, рассчитанные, в типичных случаях, на допуски 2%, 5% или 10%, можно сконструировать различными способами.

Описанный здесь контроллер питания сделан на микросхеме PIC12F675 фирмы Microchip и позволяет динамически изменять параметры окна. ИОН LM4040 подключен к входу АЦП (AN0, вывод 7). Ширина окна устанавливается двухразрядным кодом на выводах 4 и 5 (см. рисунок).

 

Этот контроллер напряжения питания может работать с динамически изменяющимися порогами.

Программа, исходный ассемблерный текст которой можно скачать здесь, вычисляет границы окна и сравнивает их с напряжением V_IN, измеренным на выводе 6. Используется табличный метод преобразования двухразрядных кодов в параметры границ окна. В таблице предусмотрены значения допусков ±2, ±5, ±10 и ±20%.

Если напряжение на входе V_IN находится в пределах установленного допуска, на выводе 3 будет низкий уровень напряжения. Выход напряжения V_IN за установленные пределы индицируется низким уровнем на выводе 2. Ошибка, обусловленная дискретностью АЦП, алгоритмом микроконтроллера, а также, температурным дрейфом и разбросом параметров ИОН, не превышает 4…5 уровней квантования АЦП. В нашем случае, при комнатной температуре и напряжении на входе AN0 АЦП, равном 3.296 В (4.096 В × [4.12/5.12]), измеренное значение ошибки находилось в диапазоне от 2 до 5 мВ.

Скорость отклика оконного компаратора зависит только от микроконтроллера. При использовании внутреннего тактового генератора 4 МГц, наихудшее время реакции не превышает 200 мкс. Для обеспечения хороших точностных характеристик напряжение на выводе 7 должно быть не меньше половины опорного напряжения, используемого АЦП. Это позволит использовать полную шкалу преобразователя.

Опорное напряжение на выводе 7 и уставка допуска на выводах 4 и 5 постоянно проверяются и кодируются для сравнения с контролируемым напряжением. Поэтому компаратор может использоваться и в случае динамического изменения порогов. Программу можно легко перенести на другие микроконтроллеры с 10-разрядными АЦП, такие например, как PIC12HV615.