HPMicro MCU片上ACMP使用指南

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HPMicro
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HPMicro MCU片上ACMP使用指南

1. 引言

ACMP（Analog Comparator，模拟比较器）是嵌入式系统中常见的外设之一，主要用于比较两个模拟信号的电压，并根据比较结果输出数字信号。它在电压监测、传感器信号处理、低功耗控制等方面有广泛应用。

2. 特点

  • 工作电压范围：3.0~3.6V
  • 支持轨到轨输入: 0~VCC
  • 可编程迟滞等级
  • 支持窗口模式输出
  • 支持对输出进行数字滤波
  • 支持中断
  • 支持DMA
  • 内置DAC

3. 功能描述

ACMP(模拟比较器)用来比较PIN和MIN两个模拟输入信号，当PIN的电压高于MIN的电压时，ACMP输出逻辑1；反之，当PIN的电压低于MIN的电压时，ACMP输出逻辑0。

注： HPMicro MCU中的ACMP所有系列中，均支持输入比较和中断功能，以及从trigmux输出ACMP的逻辑输出信号，而部分系列不支持将ACMP的逻辑输出信号输出至PAD，具体请查阅UM

4. ACMP的结构

每一个ACMP实列由一个数字控制块和多个比较器组成， 具体请查阅UM

5. 输入配置

PIN的输入来源：

  • INP0, 仅连接到ACMP内置的DAC_OUT
  • INP1
  • INP2
  • INP3
  • INP4
  • INP5
  • INP6
  • INP7

MIN的输入来源：

  • INN0, 仅连接到ACMP内置的DAC_OUT
  • INN1
  • INN2
  • INN3
  • INN4
  • INN5
  • INN6
  • INN7

6. 迟滞等级

HPMICRO的片上MCU的ACMP有4个迟滞等级

  • 等级0 （迟滞作用最强）
  • 等级1
  • 等级2
  • 等级3 （无迟滞）

注：迟滞等级0~3，作用逐级递减

7. 输出控制

  • 输出取反

    • 控制反向输出

  • 输出滤波

    • 旁路模式

      • 关闭数字滤波器

    • 滤刺模式

      • 滤波器输入翻转后，输出也会立即翻转，之后会在一定时间内无视滤波器的输入

    • 延时模式

      • 滤波器输入翻转后需要保持一定时间，滤波器输出才会翻转

    • 滤峰模式

      • 滤波器输入置逻辑1后，需要保持一定时间，滤波器输出才会置逻辑1，而滤波器输入置0，滤波器输出会立即置0，从而滤除不够长的输入波峰

    • 滤谷模式

      • 滤波器输入置逻辑0后，需要保持一定时间，滤波器输出才会置逻辑0，而滤波器输入置1，滤波器输出会立即置1，从而滤除不够长的输入波谷

  • 窗口控制

    • 使能窗口控制信号（WINEN）后，可以通过WIN信号与输出信号相与后输出

8. 工作模式

  • 高性能模式

  • 常规模式

    注：两者相比，高性能模式下，ACMP的输出延时更小，但是功耗更高

9. 中断和DMA

  • ACMP可以在输出的上升沿，下降沿，或者双边沿产生中断

  • ACMP可以在输出的上升沿，下降沿，或者双边沿产生DMA请求

10. 如何通过HPM SDK来使用HPMicro MCU片上的ACMP？

  • ACMP管脚初始化

    • 设置指定管脚IO PAD的FUNC_CTL寄存器的BIT8(IOC_PAD_FUNC_CTL_ANALOG_MASK)，用于隔离指定管脚所复用的数字功能

      以HPM6750为例，PE21既有数字功能, 也有模拟功能：


      因此对于此管脚(PE21)需要使用模拟功能时，就需要隔离数字功能，程序设置如下:

      void init_acmp_pins(void)
{
     /* configure to CMP1_INN6 function */
     HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PE21].FUNC_CTL = IOC_PAD_FUNC_CTL_ANALOG_MASK;
}

      注： 若ACMP的PIN和MIN都是从外部管脚输入（不使用内置DAC），则对应两个管脚都需要隔离数字功能

    • 设置指定管脚IO PAD的FUNC_CTL寄存器的BIT4~BIT0，用于选择相应的数字功能

      以HPM6750为例，选择从COMP_1，即PE25管脚输出ACMP的数字输出信号

      因此对于此管脚（PE25）需要使用数字功能时，程序设置如下:

      void init_acmp_pins(void)
{
    /* configure to CMP1_INN6 function */
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PE21].FUNC_CTL = IOC_PAD_FUNC_CTL_ANALOG_MASK;

    /* configure to ACMP_COMP_1(ALT16) function */
    HPM_IOC->PAD[IOC_PAD_PE25].FUNC_CTL = IOC_PE25_FUNC_CTL_ACMP_COMP_1;
}

      注： 数字输出功能并非在所有HPMicro的MCU上都支持，详细请查阅UM

  • ACMP时钟初始化

    • 时钟来源

      • 时钟来源于APB,与AHB同频,无需额外设置

    • 设置link group

       void board_init_acmp_clock(ACMP_Type *ptr)
 {
     (void)ptr;
     clock_add_to_group(clock_acmp0, BOARD_RUNNING_CORE & 0x1);
 }

      注： HPMicro MCU可以通过SYSCTL来设置link group

  • ACMP初始化

    • 设置ACMP属性

      a) 设置结构体定义

      typedef struct acmp_channel_config {
    uint8_t plus_input;         /* 正极输入通道 */
    uint8_t minus_input;        /* 负极输入通道 */
    uint8_t filter_mode;        /* 滤波器模式 */
    uint8_t hyst_level;         /* 迟滞等级 */
    bool enable_cmp_output;     /* 比较器输出使能 */
    bool enable_window_mode;    /* 窗口模式使能 */
    bool invert_output;         /* 反向输出控制 */
    bool bypass_filter;         /* 滤波器旁路控制 */
    bool enable_dac;            /* 内置DAC使能 */
    bool enable_hpmode;         /* 高性能模式使能 */
    uint16_t filter_length;     /* 滤波长度，以ACMP时钟周期为单位 */
} acmp_channel_config_t;

      b) 示例：设置ACMP的的正极通道输入内置DAC的输出，负极通道输入来自输入通道6上对应的管脚信号，并将迟滞等级设置为0（无迟滞）

      acmp_channel_config_t acmp_channel_configure;

acmp_channel_get_default_config(HPM_ACMP0, &acmp_channel_configure); /* 默认禁用了窗口模式和滤波器 */
acmp_channel_configure.plus_input = ACMP_INPUT_DAC_OUT;
acmp_channel_configure.minus_input = ACMP_INPUT_ANALOG_6;
acmp_channel_configure.enable_dac = true;
acmp_channel_configure.enable_cmp_output = true;
acmp_channel_configure.hyst_level = ACMP_HYST_LEVEL_3;
acmp_channel_config(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, &acmp_channel_configure, true);

    • 使能ACMP的IRQ及中断

      • IRQ 宏定义命名格式
        IRQn_ACMPi_ch, 其中i表示ACMP实例的序号，ch表示ACMP所连接的比较器的序号（ACMP通道号）

      • 使能IRQ

      intc_m_enable_irq_with_priority(IRQn_ACMP0_1 /* ACMP通道所对应的IRQ */, 1);
      • 中断事件
      #define ACMP_EVENT_RISING_EDGE  (1U)  /* 输出上升沿 */
#define ACMP_EVENT_FALLING_EDGE (2U)  /* 输出下降沿 */
      • 使能输出中断
        示例：使能ACMP0 通道1的输出上升沿中断
      acmp_channel_enable_irq(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1 /* ACMP通道 */, ACMP_EVENT_RISING_EDGE /* 上升沿 */, true);

    • 功能演示

    a) 通过动态设置内置DAC的输出，且在ACMP0 通道1的输出上升沿中断来确定ACMP MIN管脚输入的电压

    volatile bool acmp_output_toggle;
SDK_DECLARE_EXT_ISR_M(IRQn_ACMP_1, isr_acmp)
void isr_acmp(void)
{
    /* 标记输出上升沿标志 */
    acmp_output_toggle = true;

    /* 禁止输出上升沿中断 */
    acmp_channel_enable_irq(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, ACMP_EVENT_RISING_EDGE, false);
}
    int main(void)
{
    ...
    ...
    ...
    ...
    ...

    while (1) {
        /* 设置内置DAC输出值为0 */
        acmp_channel_config_dac(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, 0);
        board_delay_ms(1U);

        /* 清除中断状态位 */
        acmp_channel_clear_status(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, ACMP_EVENT_RISING_EDGE);

        /* 使能输出上升沿中断 */
        acmp_channel_enable_irq(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, ACMP_EVENT_RISING_EDGE, true);

        /* 循环遍历DAC输出，从最小值到最大值，产生中断后退出循环 */
        for (uint32_t dac_value = 0; dac_value <= ACMP_CHANNEL_DACCFG_DACCFG_MASK; dac_value++) {
            /* 设置内置DAC输出指定值所对应的电压 */
            acmp_channel_config_dac(HPM_ACMP0, ACMP_CHANNEL_CHN1, dac_value);
            /* 等待输出稳定 */
            board_delay_us(100U);

            /* 判断输出是否产生上升沿 */
            if (acmp_output_toggle) {
                printf("acmp out toggled, the dac set value is 0x%x\n", dac_value);
                /* 清除上升沿输出中断标记 */
                acmp_output_toggle = false;

                break;
            }
        }
        board_delay_ms(50U);
   }

   return 0;
}

    b） 观察测试log

    说明：上述代码在hpm6750evk2上运行，当输入电压为1.1V时(VREFH为3.3V), ACMP输出上升沿中断时，对应的内置DAC数值为0x55, log如下:

    acmp example
acmp out toggled, the dac set value is 0x55
2
0

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