前言
通过本节学习,基本熟悉了传感器内部电路,了解了滤波电容,如何利用电压比较器实现二值化,为后面学习通过按键输入信号,传感器输入信号奠定了基础。
按键
常见的输入设备,按下导通,松手断开。
按键抖动:由于按键内部使用机械式弹簧片进行通断,所以在按下和松手瞬间会伴随一连串的抖动。
注意:按下和松手都会发生一定时间的抖动。
传感器模块
传感器电阻会随外界模拟量的变化而变化,通过与定值电阻分压即可得到模拟电压输出,在通过电压比较器进行二值化(即把连续变化的模拟信号,只分成低电平和高电平两种状态)即可得到数字电压的输出。
内部电路总览如下图所示
1.传感器电阻所在电路分区
C2滤波电容:为了给中间电压输出进行滤波。滤除干扰,保证输出电压波形平滑。(在电路图中如果遇到电容一端接入电路,另一端接地,需要考虑该电容是否为滤波电容)
除去滤波电容看该电路,可将其视作由定值电阻和传感器电阻组成的分压电路。N1阻值越低,下拉作用越强,中间AO端电压拉低。反之易推。(上拉或下拉电阻阻值越小,拉动作用越强)
2.完成数字输出电路分区
C2电源供电滤波电容
单门限电压比较器
以总电路图为例,比较器反相输出端接可调阈值电压,同相输出端接模拟电压端。 当同相输出端电压大于反相输出端电压,输出接VCC高电平:当同相输出端电压反相输出端电压,输出接低GND电平。
3.其余分区
硬件电路
四类经典电压比较器
1. 过零比较器(单门限特例)
阈值 V T =0V ,一端接地,输入信号接另一输入端;
功能:判断输入电压正负,正弦波转标准方波;
缺陷:零点微小噪声会造成输出频繁抖动,无抗干扰能力。
2. 单门限电压比较器
仅 1 个固定阈值 ,电路结构最简单;
适用场景:干净无噪声的稳定信号检测;
短板:传感器杂波、电源干扰会让输出反复误翻转,工业场景极少单独使用。
3. 滞回比较器(施密特触发器,工程首选)
引入正反馈,生成上下两个独立阈值:
上门限 V T+:电压上升到此才翻转
下门限 V T−:电压下降到此才翻转
回差电压: ΔV T =V T+ −V T− ,可通过分压电阻自定义大小。
核心优势:只要噪声幅度小于回差电压,就不会产生误触发;
典型用途:温控开关、光敏阈值检测、按键硬件消抖、STM32 模拟看门狗底层逻辑。
4. 窗口比较器(双限比较器)
由两个单门限比较器组合,设置上下两道阈值;
逻辑:输入电压在 V RL ∼V RH 区间内输出一种电平,超出区间立刻翻转;
用途:锂电池过压 / 欠压保护、电源电压区间监测、ADC 模拟看门狗。