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Curso taller: Microcontroladores Microcontroladores PIC Módulo de comparadores analógicos del PIC18F2550
Este módulo contiene dos comparadores de voltaje que se pueden configurar de varias formas. Las entradas analógicas de los comparadores se seleccionan entre los pines RA0 a RA3. L as salidas digitales de los comparadores en estado normal o invertido están disponibles a través de pines RA4 y RA5 o a través de la lectura de su registro de control.
Modos de funcionamiento de los comparadores c omparadores analógicos Los comparadores admiten 8 modos de funcionamiento que se seleccionan con los bits CM2:CM0 del registro CMCON. Los pines de entrada y salida deben ser configurados convenientemente mediante sus bits TRIS. Universidad Continental
Debe tenerse en cuenta que, si se está utilizando la interrupción por comparadores analógicos, ésta debe desactivarse durante un cambio de modo de funcionamiento de los comparadores porque podría generarse una falsa interrupción. Registro CMCON
Funcionamiento de los comparadores comparadores
La figura siguiente describe gráficamente el funcionamiento de un comparador analógico.
El funcionamiento es el mismo que el de cualquier comparador de voltaje. Cuando el voltaje en V IN+ es menor que el voltaje aplicado a V IN-, la salida del comparador se pone a nivel bajo. Cuando el voltaje en VIN+ es mayor que el voltaje en V IN-, la salida del comparador se pone a nivel alto. Las zonas de
incertidumbre que se observan en la figura se deben a los offset de entrada y a los tiempos de respuesta que pueden variar. Voltaje de referencia
Dependiendo de la configuración elegida, se puede utilizar una referencia externa o interna. El voltaje presente en V IN- se compara con el voltaje en V IN+ y la salida cambia de estado de acuerdo al resultado de dicha comparación. Si se utilizan voltajes de referencia externos, se puede aplicar una misma referencia para ambos comparadores o una referencia para cada comparador. Los detectores de umbral pueden necesitar una misma referencia. El voltaje de referencia debe estar entre V SS y VDD y puede aplicarse a cualquiera de los pines del comparador. También se puede generar y utilizar un voltaje de referencia interno gracias al módulo de voltaje de referencia con que cuenta el PIC18F2550. El voltaje de referencia interno solo está disponible en el modo en el que se multiplexan cuatro entradas del microcontrolador para los dos comparadores (CM2:CM0 = 110). En este modo, el voltaje producido por el módulo de voltaje de referencia se aplica al pin V IN+ de ambos comparadores. Tiempo de respuesta de los comparadores
El tiempo de respuesta de los comparadores es el tiempo mínimo que transcurre desde que se selecciona un nuevo voltaje de entrada o de referencia hasta que las salidas de los comparadores tienen un nivel lógico válido. Si se utiliza el módulo de voltaje de referencia se debe considerar el máximo retardo de dicho módulo cuando se cambia el valor del voltaje de referencia. El valor de estos retardos se puede obtener de la hoja de datos del microcontrolador, pero podemos señalar que para el PIC18F2550 el máximo tiempo de respuesta de los comparadores ante un cambio de voltaje en sus entradas es de 400 ns, mientras que el máximo tiempo de respuesta ante un cambio de modo de funcionamiento es de 10 µs. Por otro lado, el máximo tiempo de establecimiento del módulo de voltaje de referencia cuando se modifica el valor de dicho voltaje es 10 µs. Salidas de los comparadores
Las salidas de los comparadores se pueden leer mediante los bits 6 y 7 del registro CMCON. Estos bits son de sólo lectura y pueden dirigirse a los pines RA4 y RA5. Cuando se habilitan, estos pines serán las salidas no sincronizadas de ambos comparadores. La estructura interna de las salidas se puede ver en la figura a continuación. Los bits TRISA controlan el flujo de entrada/salida de estos pines. La polaridad de las salidas (normal o inversa) de los comparadores se puede cambiar mediante los bits C2INV y C1INV del registro CMCON.
Cuando se lee el registro PORTA, los pines configurados como entradas analógicas devuelven el valor 0. Los pines configurados como entradas digitales devolverán un valor acorde con el entregado por la entrada Schmitt trigger. Téngase en cuenta que voltajes analógicos aplicados a un pin configurado como digital pueden provocar que el buffer de entrada consuma más corriente que lo normal. Interrupción por comparación de voltajes
El flag de interrupción CMIF del módulo de comparadores se pone a 1 cuando hay un cambio de estado en la salida de cualquiera de los comparadores. Para saber cuál comparador produjo la interrupción es necesario supervisar el estado de las salidas de ambos comparadores. El flag no se reinicia y debe ser puesto a 0 en programa. Para habilitar la interrupción correspondiente se deben poner a 1 los bits CMIE (PIE2<6>), PEEIE (INTCON<6>) y, por supuesto, también el bit GIE (INTCON<7>). El flag CMIF se pone a 1 de todas maneras al producirse un cambio de estado en cualquiera de las salidas de los comparadores, aunque la interrupción no esté habilitada. Una vez dentro de la rutina de servicio de la interrupción (ISR), el usuario debe borrar la interrupción leyendo o escribiendo el registro CMCON y borrando a continuación el flag CMIF. De no leer o escribir CMCON en primer lugar, el flag CMIF y por tanto, la condición de interrupción no podrá resetearse. Módulo de voltaje de referencia para los comparadores
Este módulo es un circuito divisor de tensión con 16 resistores que proporciona un voltaje de referencia seleccionable. Si bien es cierto que su propósito principal es suministrar un voltaje de referencia para los comparadores, puede usarse independientemente del módulo de comparadores. En el diagrama en bloques a continuación podemos observar que el divisor de tensión tiene dos secciones para proporcionar dos rangos de valores de CVREF y que el módulo tiene una función de apagado que permite ahorrar energía cuando el módulo no está siendo usado.
El módulo de voltaje de referencia se controla mediante su registro de co ntrol CVRCON. Puede suministrar dos rangos de voltaje de salida con 16 diferentes voltajes cada uno. El rango se selecciona con el bit CVRR Universidad Continental
(CVRCON<5>). La diferencia principal entre rangos es la magnitud de los pasos, los mismos que se seleccionan con los bits de selección CV REF (CVR3:CVR0). Las fórmulas que permiten calcular la salida del módulo de voltaje de referencia son: Si CVRR=1:
CVREF
=
Si CVRR=0:
CVREF
=
CVR3 : CVR CVR0 ) ( CVR
CVRSRC 4
+
× CV
RSRC
24
CVR3 : CVR CVR0 ) ( CVR 32
× CV
RSRC
El voltaje de alimentación para el generador de voltaje de referencia puede provenir de la fuente principal (VDD y VSS) o de los pines V REF+ y VREF- que son multiplexados con RA2 y RA3 respectivamente. El voltaje de alimentación se selecciona con el bit CVRSS (CVRCON<4>). En las fórmulas el término CV RSRC es precisamente la diferencia entre las líneas de alimentación (VDD – VSS si CVRSS=0 y V REF+ – VREF- si CVRSS=1). Registro CVRCON
Consideraciones para las conexiones
El módulo de voltaje de referencia funciona independientemente del módulo de comparadores. La salida del generador se puede sacar a través del pin R A2 si el bit TRIS A<2> y el bit CVROE están ambos puestos a 1. Habilitar la salida del generador de voltaje de referencia en el pin RA2 cuando este pin está configurado como entrada digital provocará un incremento en el consumo de corriente. Configurar RA2 como salida digital estando el bit CVRSS puesto a 1 también incrementa el consumo de energía. El pin RA2 puede utilizarse como salida D/A simple con escasa capacidad de suministro de corriente. Por eso se recomienda usar algún tipo de buffer a la salida como, por ejemplo, un seguidor unitario de voltaje.
