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第7章 單片機(jī)內(nèi)部比較器

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51單片機(jī)輕松入門—基于STC15W4K系列（C語言版）
李友全 編著:http://www.zg4o1577.cn/bbs/dpj-37954-1.html

第7章 單片機(jī)內(nèi)部比較器與DataFlash存儲(chǔ)器

1 比較器

7.1.1 比較器結(jié)構(gòu)圖
7.1.2 寄存器說明
7.1.3 比較器測試實(shí)驗(yàn)
2 DataFlash存儲(chǔ)器
單片機(jī)內(nèi)部比較器的重要用途是對(duì)單片機(jī)供電電源進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測到外部

斷電時(shí)立即產(chǎn)生中斷，通知CPU保存程序運(yùn)行過程中的重要數(shù)據(jù)（由于電路板 上有電容存儲(chǔ)能量，外部斷電時(shí)單片機(jī)還可繼續(xù)運(yùn)行一個(gè)短暫時(shí)間），我們選擇 數(shù)據(jù)保存位置為單片機(jī)內(nèi)部DataFlash存儲(chǔ)器，舉個(gè)例子：某產(chǎn)品需要進(jìn)行壽命 測試，產(chǎn)品運(yùn)行一個(gè)循環(huán)單片機(jī)記錄一次，但運(yùn)行過程中可能會(huì)突然斷電，要求 重新上電后壽命測試?yán)^續(xù)運(yùn)行，并且要求實(shí)際運(yùn)行次數(shù)準(zhǔn)確，這就需要用到單片 機(jī)內(nèi)部比較器與DataFlash存儲(chǔ)器斷電瞬間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的功能。

1 STC15W系列單片機(jī)內(nèi)部比較器
7 7.1.1 比較器結(jié)構(gòu)圖
STC15W系列的比較器結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。

7.1.2 寄存器說明

表7-1 比較控制寄存器1：CMPCR1 （復(fù)位值是：0000 0000B）

位
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位名稱
CMPEN
CMPIF
PIE
NIE
PIS
NIS
CMPOE
CMPRES
n CMPEN：比較器模塊使能位。1：使能比較器模塊；0：禁用比較器模塊，比較器的電源

關(guān)閉。

n CMPIF ：比較器中斷標(biāo)志位。當(dāng)比較器的比較結(jié)果由LOW變成HIGH時(shí)，若是PIE被設(shè)置成

1，那么內(nèi)部的一個(gè) 叫做CMPIF_p的位會(huì)被設(shè)置成1，當(dāng)比較器的比較結(jié)果由HIGH變成LOW 時(shí)，若是NIE被設(shè)置成1，那么內(nèi)部的一個(gè) 叫做CMPIF_n的位會(huì)被設(shè)置成1，當(dāng)CPU去讀此中斷 標(biāo)志位CMPIF時(shí)，會(huì)讀到(CMPIF_p || CMPIF n)，當(dāng)CPU對(duì)此中斷標(biāo)志位CMPIF寫0后， CMPIF_p以及CMPIF_n都會(huì)被清除為O，而中斷產(chǎn)生的條件是[(EA==1)&& (((PIE=l)&&(CMPIF_p==l)) || ((NIE==1)&&(CMPIF_n==l)))]，CPU進(jìn)入中斷函數(shù)后，并不 會(huì)自動(dòng)清除此CMPIF標(biāo)志，用戶必須用軟件寫”0”去清除它。


n PIE：比較器上升沿中斷使能位。1：使能比較器由LOW變HIGH的事件引發(fā)CMPIF_p

= 1產(chǎn)生中斷，0：禁用比較器由LOW變HIGH的事件引發(fā)CMPIF_p = 1產(chǎn)生中斷。

n NIE：比較器下降沿中斷使能位。1,使能比較器由HIGH變LOW的事件引發(fā)CMPIF_n

= 1產(chǎn)生中斷；0：禁用比較器由HIGH變LOW的事件引發(fā)CMPIF_n = 1產(chǎn)生中斷。

n PIS: 比較器正極選擇位。1：選擇ADC_CONTR[2:0]所選擇到的ADC輸入引腳作為比 較器的正極輸入源; 0：選擇外部P5.5為比較器的正極輸入源。

n NIS: 比較器負(fù)極選擇位。1：選擇外部管腳P5.4為比較器的負(fù)極輸入源，0：選擇 內(nèi)部約1.27V的BandGap參考電壓為比較器的負(fù)極輸入源。

n CMPOE：比較結(jié)果輸出控制位。1,使能比較器的比較結(jié)果輸出到P1.2， 0,禁止比 較器的比較結(jié)果輸出。

n CMPRES：比較器比較結(jié)果標(biāo)志位。1： CMP+的電平高于CMP-的電平(或內(nèi)部1.27V 的BandGap參考電壓)； 0： CMP+的電平低于CMP-的電平(或內(nèi)部1.27V的BandGap 參考電壓)。此bit是一個(gè)“只讀”的bit;軟件對(duì)它做寫入的動(dòng)作沒有任何意義， 軟件所讀到的結(jié)果是“經(jīng)過延時(shí)控制后的結(jié)果”，而非模擬比較器的直接輸出結(jié) 果。

表7-2 比較控制寄存器2：CMPCR2（地址為E7H，復(fù)位值是：0000 1001B）

nINVCMPO：比較器輸出取反控制位。l：比較器取反后再輸出到P1.2，0：比較器正常輸

出，比較器的輸出是經(jīng)過延時(shí)控制后的結(jié)果，而非模擬比較器的直接輸出結(jié)果。

n DISFLT：去除比較器輸出的0.luS 延時(shí)控制。1：去除比較器輸出的O.luS延時(shí)控制(可以 讓比較器速度有少許提升)；0：比較器的輸出有O.luS延時(shí)控制。

n LCDTY[5:0]：比較器輸出端 Level-Change control的延時(shí)時(shí)鐘選擇，假設(shè)設(shè)置值為 bbbbbb，當(dāng)比較器由LOW變HIGH后必須偵測到HIGH持續(xù)至少bbbbbb個(gè)時(shí)鐘，此芯片線路才認(rèn)定 比較器的輸出是由LOW轉(zhuǎn)成HIGH，如果在bbbbbb個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，模擬比較器的輸出又回復(fù)到LOW， 此線路認(rèn)為甚么都沒發(fā)生，視同比較器的輸出一直維持在LOW，當(dāng)比較器由HIGH變LOW，必須 偵測到LOW持續(xù)至少bbbbbb個(gè)時(shí)鐘，此線路才認(rèn)定比較器的輸出是由HIGH轉(zhuǎn)成LOW，如果在 bbbbbb個(gè)時(shí)鐘內(nèi)，比較器的輸出又回復(fù)到HIGH，此線路認(rèn)為甚么都沒發(fā)生，視同比較器的輸 出一直維持在HIGH. 若是設(shè)定成000000,代表沒有Level-Change Control。

7.1.3 比較器測試實(shí)驗(yàn)
下圖是STC15W系列典型掉電檢測電路，正常供電使用5V電壓，我們假設(shè)VCC從5V下跌到4.3V時(shí) 進(jìn)入掉電保存處理程序，P5.5作比較器的信號(hào)輸入正端，比較器的信號(hào)輸入負(fù)端在程序中設(shè)置為
1.27V基準(zhǔn)電壓。
例7.1 利用IAP15W4K58S4的比較器實(shí)現(xiàn)掉電檢測功能 (中斷方式)，要求當(dāng)VCC低于大約4.3V時(shí)點(diǎn)亮一個(gè)LED，
高于大約4.3V時(shí)LED熄滅，本實(shí)驗(yàn)要求VCC使用0—5V直流 可調(diào)電源（最大不要超過5.5V），也可使用第14章的精
密電壓表模塊直接下載這里的代碼測試。


#include "STC15W4K.H"    // 注意宏定義后面沒分號(hào)
sbit LED=P4^1;

void main()
{
CMPCR1=0xB0;   // 10110000，開比較器中斷
CMPCR2=0x00;   // 0000 0000，比較器只延時(shí)0.1uS
EA=1;
while(1);
}



void cmp()interrupt 21
{
CMPCR1 &=0xBF; // 清除中斷標(biāo)志， 1011 1111
LED = CMPCR1&0x01; // 將比較器結(jié)果CMPRES輸出到測試口顯示
}
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)VCC < 4.20V時(shí)LED點(diǎn)亮，當(dāng)VCC > 4.20V時(shí)LED熄滅。對(duì)程序稍作修改，不使用中 斷也能達(dá)到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

例7.2 利用IAP15W4K58S4的比較器實(shí)現(xiàn)掉電檢測功能(查詢方式)。
void main()
{
CMPCR1=0x80; // 10000000
// D5(PIE) =0; 關(guān)閉比較器輸出由LOW變HIGH的事件引發(fā)CMPIF_p = 1產(chǎn)生中斷
// D4(NIE) =0; 關(guān)閉比較器輸出由HIGH變LOW的事件引發(fā)CMPIF_n = 1產(chǎn)生中斷

CMPCR2=0x00; // 0000 0000,比較器只延時(shí)0.1uS

while(1)
{
LED = CMPCR1&0x01; // 將比較器結(jié)果CMPRES輸出到測試口顯示
}
}

2 DataFlash存儲(chǔ)器與相關(guān)實(shí)驗(yàn)

STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部集成了1K字節(jié)的數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器（也稱作DataFlash）可當(dāng)作EEPROM使 用，地址范圍是0000H～03FFH，與程序Flash存儲(chǔ)器空間是分開的，這1K字節(jié)的數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器分 為2個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)包含512字節(jié)，對(duì)應(yīng)的地址范圍分別為：第一扇區(qū)：0000H～01FFH，第二扇區(qū)：

0200H～03FFH，數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器的擦除操作是按扇區(qū)進(jìn)行的，數(shù)據(jù)Flash存儲(chǔ)器擦寫次數(shù)在10萬次 以上，可用于保存一些需要在應(yīng)用過程中修改并且斷電不丟失的一些參數(shù)數(shù)據(jù)。STC15W4K32S系列單 片機(jī)原理與STC15F2K60S2系列完全相同。
對(duì)于IAP15W4K58S4芯片，內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)Flash，是將程序存儲(chǔ)器Flash的剩余空間當(dāng)作EEPROM使 用，IAP的意思是“在應(yīng)用編程”， 即在程序運(yùn)行時(shí)“程序存儲(chǔ)器Flash”可由程序自身進(jìn)行擦寫， 正是因?yàn)橛辛薎AP，從而可以將數(shù)據(jù)寫入到程序存儲(chǔ)器Flash中，使得數(shù)據(jù)如同燒入的程序一樣，掉 電不丟失，IAP可將所有程序存儲(chǔ)器Flash空間當(dāng)作EEPROM修改，因此要注意不要把自己的有效程序 擦除掉了，型號(hào)不是IAP開頭的芯片無法對(duì)“程序存儲(chǔ)器Flash”進(jìn)行任何操作。

Flash存儲(chǔ)器的操作提示：

① 對(duì)Flash存儲(chǔ)器進(jìn)行字節(jié)編程時(shí)，只能將1改為0，或1保持為1、0保持為0。如果該字節(jié)是

11111111B，則可將其中的1編程為0，如果該字節(jié)中有的位為0，要將其改為1，則須先將整個(gè)扇區(qū)擦 除，因?yàn)橹挥小吧葏^(qū)擦除”才可以將0變?yōu)?。

② 如果在一個(gè)扇區(qū)中存放了大量的數(shù)據(jù)，某次只需要修改其中的一個(gè)字節(jié)或一部分字節(jié)時(shí)，則另外 的不需要修改的數(shù)據(jù)須先讀出放在單片機(jī)的RAM中，然后擦除整個(gè)扇區(qū)，再將需要保留的數(shù)據(jù)和需修 改的數(shù)據(jù)一并寫回該扇區(qū)中，這時(shí)，每個(gè)扇區(qū)使用的字節(jié)數(shù)越少越方便（不需讀出一大堆需保留數(shù) 據(jù)）。

③ 同一次修改的數(shù)據(jù)放在同一扇區(qū)中，不是同一次修改的數(shù)據(jù)放在另外的扇區(qū)，扇區(qū)不一定用滿， 這樣，可不需讀出保護(hù)。

7.2.2 DataFlash操作實(shí)驗(yàn)（斷電瞬間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)) 例7.3 STC15F2K60S2單片機(jī)內(nèi)部DataFlash讀寫測試

本程序上電時(shí)先擦除DataFlash的第1個(gè)扇區(qū)，然后將第1個(gè)扇區(qū)的前半扇區(qū)與后半扇區(qū)分別寫入數(shù) 據(jù)0～255，然后讀出數(shù)據(jù)并判斷與寫入的數(shù)據(jù)是否一致，并通過串口助手顯示程序運(yùn)行過程中的數(shù) 據(jù)與最終結(jié)果是否正常，R/C時(shí)鐘頻率22.1184MHz，串口通信波特率9600。

程序主要使用到2個(gè)模塊文件FLASH.H與FLASH.C，在程序移植過程中，F(xiàn)LASH.H里需要定義R/C時(shí)鐘 頻率和FLASH存儲(chǔ)單元地址，F(xiàn)LASH.C無需作任何更改。
#define SYSclk 22118400L // 定義CPU實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)時(shí)鐘

#define EEP_address 0x0000 // 主程序從0000地址開始讀寫數(shù)據(jù)

/////////////////////////// 主程序：Flash_Test.C ///////////////////////////////

#include "FLASH.H"

#include "uart_debug.h" void main()

{

unsigned char a;

unsigned int i;

UART_init(); // 波特率：9600 /22.1184MHZ（占用定時(shí)器1） UART_Send_Str("開始擦除\n");

EEPROM_SectorErase(EEP_address); // 扇區(qū)擦除 UART_Send_Str("擦除完畢\n");

for (i=0; i<512; i++) // 檢測是否擦除成功(全FF檢測)

{
EEPROM_read_n(EEP_address+i,&a,1); // 地址、數(shù)據(jù)、長度 UART_Send_StrNum("擦除值：",a) ;
if (a!=0xff) goto Error; // 如果校驗(yàn)錯(cuò)誤,則退出
}
UART_Send_Str("開始寫入\n");
for (i=0; i<512; i++) // 編程512字節(jié)
{
a=i;
EEPROM_write_n(EEP_address+i,&a,1);
//
地址、數(shù)據(jù)、長度
}
UART_Send_Str("寫入完畢\n");
for (i=0; i<512; i++)
//
校驗(yàn)512字節(jié)
{
EEPROM_read_n(EEP_address+i,&a,1);
//
地址、數(shù)據(jù)、長度
UART_Send_StrNum("數(shù)據(jù)：",a);
if (a!=i%256) goto Error;
//
如果校驗(yàn)錯(cuò)誤,則退出
}
UART_Send_Str("讀出結(jié)束，測試正常");
while (1); Error:
UART_Send_Str("數(shù)據(jù)錯(cuò)誤"); // IAP操作失敗
while (1);
}
本程序使用“串口調(diào)試助手sscom33”在電腦上顯示接收到的數(shù)據(jù)，文本模式，9600波特率，測
試結(jié)果正常，由于接收的數(shù)據(jù)量較大，其它串口助手可能會(huì)出現(xiàn)亂碼或開始接收到的數(shù)據(jù)被后來的
數(shù)據(jù)覆蓋掉而不能完整顯示的問題。

例7.5 使用IAP15W4K58S4單片機(jī)內(nèi)部比較器與DataFlash實(shí)現(xiàn)斷電瞬間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

說明：IAP15W4K58S4與STC15F2K60S2內(nèi)部DataFlash唯一不同的只有地址值不一樣，為了防 止誤寫有效程序區(qū)，程序編譯完成后進(jìn)入軟件調(diào)試環(huán)境，打開存儲(chǔ)器窗口，我們會(huì)看到有 效的程序代碼都存放在存儲(chǔ)單元地址的低端，從原則上來說，凡是地址高端的FLASH空白區(qū) 域都可以當(dāng)做EEPROM使用，對(duì)于IAP15W4K58S4芯片，具有58K字節(jié)的FLASH存儲(chǔ)空間，由于

1K=1024字節(jié)，58×1024=59392字節(jié)，存儲(chǔ)單元地址從0開始算起，地址范圍是0～59391， 用16進(jìn)制表示為0000H～E7FFH，因?yàn)槊總�(gè)扇區(qū)包含512個(gè)字節(jié)，59392/512=116個(gè)扇區(qū)，最 后3個(gè)扇區(qū)地址范圍如表7-6所示,一般我們使用最后3個(gè)扇區(qū)地址已經(jīng)夠用了，比如本例， 我們使用最后一個(gè)扇區(qū)，程序中使用代碼：

#define EEP_address 0xE600 即可。

表7-6 IAP15W4K58S4單片機(jī)內(nèi)部DataFlash地址末尾3個(gè)扇區(qū)地址

第114扇區(qū)


第115扇區(qū)


第116扇區(qū)


起始地址
結(jié)束地址
起始地址
結(jié)束地址
起始地址
結(jié)束地址
E200H
E3FFH
E400H
E5FFH
E600H
E7FFH

主要程序代碼如下：
#include "PowerDown_save.H"
#include "FLASH.H"
#include "myfun.h"
struct POWER_UP Power_up;
void cmp_init() // 掉電檢測比較器初始化
{
CMPCR1=0xB0; // 10110000 ，開比較器中斷 CMPCR2=0x00; // 0000 0000，比較器只延時(shí)0.1uS EA=1;
}
void cmp()interrupt 21
//
較器中斷函數(shù)
{



CMPCR1 &=0xBF;
//
清除中斷標(biāo)志， 1011 1111
LED0 = CMPCR1&0x01;
//
將比較器結(jié)果CMPRES輸出到測試口顯示
if (LED0==0)


// 掉電
{



EA=0;
//
防止更高級(jí)的中斷打斷
EEPROM_write_n(EEP_address,(u8 *)&Power_up,sizeof(struct
POWER_UP));
// 掉電保存值
delay1S(); // 延時(shí)1秒后確認(rèn)真的斷電還是瞬間電源干擾

while(1)
{
if (CMPCR1&0x01==1)
// ==0，真正掉電，死循環(huán)等待程序停止運(yùn)行
// ==1，供電正常,單片機(jī)程序沒任何問題，退出循環(huán)繼續(xù)按原程序運(yùn)行
{
CMPCR1 &=0xBF;
// 清除中斷標(biāo)志， 1011 1111，清除可能多次產(chǎn)生的中斷標(biāo)志，防止中斷死機(jī) EA=1;
break;
}
}
}
}
void main()
{
UART_init();//波特率：9600 /22.1184MHZ（占用定時(shí)器1）
cmp_init();//掉電檢測比較器初始化
EA=0;//防止剛上電讀ROM時(shí)就產(chǎn)生斷電存儲(chǔ)操作,可能造成函數(shù)重入問題。
EEPROM_read_n(EEP_address,(u8 *)&Power_up,sizeof(struct POWER_UP)); // 讀出保存值

EA=1; // 進(jìn)入正常工作時(shí)打開總中斷 EEPROM_SectorErase(EEP_address); // 當(dāng)?shù)綦姾箅妷航德浔容^快時(shí),在這里先擦除 UART_Send_StrNum("計(jì)數(shù)值：",Power_up.times);

// 串口輸出計(jì)數(shù)值，波特率：9600 /22.1184MHZ

for(;;)

{

LED0=1; LED1=1; // 熄滅調(diào)試指示燈

delay1S();

Power_up.times++; // 秒計(jì)時(shí)器加1

UART_Send_StrNum("計(jì)數(shù)值：",Power_up.times);

}

}

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沙發(fā)
ID:243791 發(fā)表于 2017-12-27 18:19 | 只看該作者
收藏，借鑒一下，謝謝
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板凳
ID:884155 發(fā)表于 2021-2-14 02:02 | 只看該作者
剛剛開始學(xué)習(xí)，很需要這方面的資料。謝謝
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地板
ID:963185 發(fā)表于 2021-8-31 15:07 | 只看該作者
新手還看不大懂，謝謝分享！
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5#
ID:149799 發(fā)表于 2021-9-2 07:12 | 只看該作者
通俗易懂，謝謝分享。
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6#
ID:985401 發(fā)表于 2022-1-3 22:34 | 只看該作者
新手還看不大懂，謝謝分享！
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7#
ID:976070 發(fā)表于 2022-1-29 23:54 | 只看該作者
怎么利用IAP存儲(chǔ)數(shù)據(jù)？寫數(shù)據(jù)需要多長時(shí)間？
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8#
ID:969770 發(fā)表于 2022-1-30 10:07 | 只看該作者
我有一個(gè)想法是VCC做基礎(chǔ) 另外一個(gè)端口接3-5的電壓，電壓值變化控制點(diǎn)亮不同狀態(tài)的LED的燈，類似電量指示器
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