COMP簡介

COMP作為比較器，可用于比較模擬輸入電壓，并集成數字濾波器，其結果可輸出至I/O口或定時器。

MM32F0140的COMP包含連接外部輸入的COMP正相通道1 ~ 4，連接CRV及其他外部輸入的COMP反相輸入通道1 ~ 4；支持多種速率和功耗，支持比較結果的濾波功能，支持通過外部事件將CPU從睡眠和停機模式喚醒，帶有輪詢功能。

COMP的功能框圖如圖1所示，COMP存在多個正相輸入與多個反相輸入通道，正相輸入可從各外部引腳之間選取，反相輸入可從外部引腳或者CRV電壓分壓值，CRV的電壓可選擇VDDA或者內部參考電壓（VREFINT）的分壓。當正相輸入電壓高于反相輸入電壓，輸出比較結果為高輸出，當正相輸入電壓低于反相輸入電壓，輸出比較結果為低輸出，比較結果可輸出至定時器或I/O口。

圖1.COMP功能框圖

COMP配置

COMP的配置包含關于輸出濾波、遲滯電壓、輸出極性、輸出方向選擇、正相輸入選擇、反相輸入選擇、功耗選擇及比較器工作模式選擇，其中在使用I/O端口用作比較器輸入時，需配置對應引腳為模擬輸入模式；比較器也具有鎖定機制，可保證比較器的設置不會被無效寄存器訪問或因程序計數器破壞而改變。

遲滯電壓

遲滯電壓能夠防止噪聲干擾，保證系統工作更加穩定，可通過操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的HYST位，對遲滯電壓進行配置。遲滯電壓可配置為：90mV（HYST［1:0］=11）、30mV（HYST［1:0］=10）、15mV（HYST［1:0］=01）、0mV（HYST［1:0］=00）。

輸出極性

輸出極性用于設置輸出為同相輸出或反相輸出，操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的POL位，POL配置為1則為反相輸出，POL位配置為0則為同相輸出。

輸出方向

通過操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的OUT_SEL位，可配置輸出結果到特定的定時器中，COMP輸出方向列表如圖2所示。

圖2.COMP輸出方向

正相輸入

操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的INP_SEL位，可對比較器的正相輸入信號源進行選擇，共有4種信號源，正相通道如圖3所示。

正相通道0 COMPx_INP0（INP\_SEL［1:0］=00）

正相通道1 COMPx_INP1（INP\_SEL［1:0］=01）

正相通道2 COMPx_INP2（INP\_SEL［1:0］=10）

正相通道3 COMPx_INP3（INP\_SEL［1:0］=11）

圖3.COMP正相輸入

反相輸入

操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的INM_SEL位，可對比較器的反相輸入信號源進行選擇，部分反相通道如圖4所示。

反相通道0 COMPx_INM0（INM\_SEL［2:0］=000）

反相通道1 COMPx_INM1（INM\_SEL［2:0］=001）

反相通道2 COMPx_INM2（INM\_SEL［2:0］=010）

反相通道3 COMPx_INM3（INM\_SEL［2:0］=011）

反相通道4 COMPx_INM4（INM\_SEL［2:0］=100）

圖4.COMP反相輸入

功耗模式

在具體應用中，可通過調整比較器功耗和響應時間得到最優的結果，功耗模式共包含四種，能夠通過軟件操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的MODE位進行功耗設置。

高速/高功耗（MODE［1:0］=00）

中速/中等功耗（MODE［1:0］=01）

低速/低功耗（MODE［1:0］=10）

極低速/極低功耗（MODE［1:0］=11）

輸出濾波

操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的OFLT位，可進行輸出濾波的配置，若比較結果保持n個時鐘周期不變，則輸出有效，“n”為圖5中所例舉的時鐘周期數。

圖5.輸出濾波配置

工作模式

普通工作模式

COMP的輸入通道可以在普通工作模式下通過軟件選擇，配置比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的INP_SEL位和INM_SEL位選擇正相輸入與反相輸入，將COMPx_CSR寄存器的EN位置1，使能比較器，COMP比較所選擇的INP和INM端口上的信號，比較結果存放于COMPx_CSR寄存器的OUT位。若在配置COMP的INM_SEL位時選擇CRV，則需要配置比較器外部參考電壓寄存器（COMP_CRV）的CRV_SEL位，然后將CRV_EN置位。

輪詢工作模式

COMP可以在輪詢工作模式下通過硬件輪詢的方式分時監測多個通道的比較結果，配置比較器輪詢寄存器（COMPx_POLL）的PER1OD位來選擇所需要的輪詢等待周期，配置F1XN位決定INM端口的信號是否跟隨INP端口輪詢變化，配置POLL_CH位決定所需要輪詢的通道是1/2/3 或者1/2，POLL_EN位置1啟動輪詢功能，再配置COMPx_CSR寄存器的EN位，使比較器開始上電工作，輪詢比較的結果存放于COMPx\_POLL寄存器的POUT位，其中POUT［2］、POUT［1］、POUT［0］位分別存放輪詢通道3/2/1的比較結果。

鎖定機制

為使比較器設置不會被無效寄存器訪問或因程序計數器破壞而改變，可將比較器控制狀態寄存器設置為寫保護。操作比較器控制狀態寄存器（COMPx_CSR）的LOCK位置1，使比較器鎖定，整個COMPx_CSR寄存器變成只讀，該位可由系統復位清零。

實驗

本實驗使用COMP的0號比較器，將正相輸入通道0與反相輸入通道0進行比較，通過串口打印當前的比較狀態。配置比較器控制狀態寄存器的OFLT位，設置為若比較結果保持4個時鐘周期不變，則輸出有效；配置HYST位使遲滯電壓為90mV，配置POL位使輸出極性為同相輸出，配置OUT_SEL位為0使輸出結果不進入任何TIM，配置INP_SEL與INM_SEL位選擇正相輸入通道0與反相輸入通道0，配置MODE位使功耗為高速/高功耗；通過EN位置位使能COMP，給予正相輸入通道與反相輸入通道電壓，通過串口觀察比較結果

啟用COMP外設時鐘 enable_clock()

實驗使用COMP進行正相輸入電壓與反相輸入電壓對比，采用串口打印的方式觀察實驗結果，所使用的引腳均屬于GPIOA組，因此需要啟用COMP、UART1及GPIOA的外設時鐘。

void enable_clock()
{
    /* Enable COMP clock. */
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2_PERIPH_COMP;
    /* Enable GPIOA clock. */
    RCC->AHB1ENR |= RCC_AHB1_PERIPH_GPIOA;
    /* Enable UART1 clock. */
    RCC->APB2ENR |= RCC_APB2_PERIPH_UART1;
}

配置引腳 pin_init()

配置COMP的正相輸入通道0與反相輸入通道0所對應的引腳，正相通道0的對應引腳為PA1，反相通道0的對應引腳為PA5，模式配置為模擬輸入；由于實驗現象通過串口顯示，故配置UART的TX(PA9)與RX(PA10)引腳。

void pin_init()
{
    /* PA1 - COMP PInput_0. */
    GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE1_MASK;
    GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE1(GPIO_PinMode_In_Analog); /* PA1 Analog input. */

    /* PA5 - COMP NInput_0. */
    GPIOA->CRL &= ~GPIO_CRL_MODE5_MASK;
    GPIOA->CRL |= GPIO_CRL_MODE5(GPIO_PinMode_In_Analog); /* PA5 Analog input. */

    /* Setup PA9, PA10. */
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE9_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE9(GPIO_PinMode_AF_PushPull);     /* PA9 multiplexed push-pull output. */
    GPIOA->AFRH &= ~GPIO_AFRH_AFR_MASK;
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE9_SHIFT);   /* Use AF1. */
    
    GPIOA->CRH &= ~GPIO_CRH_MODE10_MASK;
    GPIOA->CRH |= GPIO_CRH_MODE10(GPIO_PinMode_In_Floating);     /* PA10 floating input. */
    GPIOA->AFRH |= (GPIO_AF_1 << GPIO_CRH_MODE10_SHIFT);    /* Use AF1. */
}

UART初始化 uart_init()

初始化UART,配置時鐘頻率、波特率、數據長度、停止位、傳輸模式及是否使用校驗。

void uart_init()
{
    /* Clear the corresponding bit to be used. */
    UART1->CCR &= ~( UART_CCR_PEN_MASK | UART_CCR_PSEL_MASK | UART_CCR_SPB0_MASK | UART_CCR_SPB1_MASK | UART_CCR_CHAR_MASK );
    UART1->GCR &= ~( UART_GCR_AUTOFLOWEN_MASK | UART_GCR_RXEN_MASK | UART_GCR_TXEN_MASK );
    /* WordLength. */
    UART1->CCR |= UART_CCR_CHAR_MASK;
    /* XferMode. */
    UART1->GCR |= (UART_XferMode_RxTx << UART_GCR_RXEN_SHIFT);
    /* Setup baudrate, BOARD_DEBUG_UART_FREQ = 48000000u, BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE = 9600u. */
    UART1->BRR = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) / 16u;
    UART1->FRA = (BOARD_DEBUG_UART_FREQ / BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE) % 16u;
    /* Enable UART1. */
    UART1->GCR |= UART_GCR_UARTEN_MASK;
}

COMP初始化 comp_init()

實驗使用COMP的0號比較器，操作比較器控制狀態寄存器(COMP1_CSR)，配置輸出濾波、遲滯電壓、輸出極性、輸出方向選擇、正相輸入通道、反相輸入通道及功耗模式。

void comp_init()
{
    /* Output filter. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_OFLT(COMP_OutFilter_4);  /* If the comparison result remains unchanged for four clock cycles, the output is valid. COMP_OutFilter_4 = 2. */
    /* Hysteresis. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_HYST(COMP_Hysteresis_Alt3);  /* 90mV, COMP_Hysteresis_Alt3 = 3. */
    /* No invert output. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_POL(false);  /* In-phase output. */
    /* Not output to other peripheral input. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_OUTSEL(COMP_OutMux_None);  /* COMP_OutMux_None = 0. */
    /* Positive side. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_INPSEL(COMP_InMux_Alt0);  /* COMP_INP[0], PA1, COMP_InMux_Alt0 = 0. */
    /* Inverse side. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_INMSEL(COMP_InMux_Alt0);   /* COMP_INM[0], PA5, COMP_InMux_Alt0 = 0. */
    /* The faster the speed, the higher the power consumption. */
    COMP->CSR[0] |= COMP_CSR_MODE(COMP_Speed_High);  /* COMP_Speed_High = 0, high speed, high power. */
}

main()函數

main()函數結合上述操作，通過讀取比較器控制狀態寄存器(COMP_CSR)的OUT位，獲取當前輸出狀態；本實驗使對應引腳由杜邦線連接VCC或GND，從而給予正相輸入通道與反相輸入通道電壓，每按下任意按鍵就獲取一次當前輸出狀態，當正相輸入高于反相輸入，輸出為高輸出，串口打印"- positive"；當正相輸入低于反相輸入，輸出為低輸出，串口打印"- inverse"。實驗結果如圖6所示，當PA1接VCC且PA5接GND時，當前輸出狀態為高輸出,按下任意按鍵，串口顯示"- positive"；當PA1接GND且PA5接VCC時，當前輸出狀態為低輸出，按下任意按鍵，串口顯示"- inverse"。

void main()
{
    enable_clock();
    pin_init();
    uart_init();
    printf("comp_basic example.\r\n");
    comp_init();
    printf("press any key to get compare result ...\r\n");

    while (1)
    {
        getchar();
        if ( 0u != ( COMP_CSR_OUT_MASK & COMP->CSR[0] ) )
        {
            printf("- positive.\r\n"); /* The positive input voltage is higher than the negative input voltage. */
        }
        else
        {
            printf("- inverse.\r\n");  /* The positive input voltage is lower than the negative input voltage. */
        }
    }
}

圖6.實驗結果