【CW32无线抄表项目】模拟电压（VC）比较器

一、VC介绍

用纯硬件电路（电压比较器 VC）来代替软件算法（ADC 采样），从而解放 CPU。

框图详情

整体结构

• VC1和VC2是两套几乎对称的比较器通道，每路都有正输入 INP、负输入 INN、比较器核心、极性控制、窗口模式、数字滤波和中断逻辑。
• 比较结果最终既可以作为内部状态/标志使用，也可以形成VC1_OUT/VC2_OUT输出信号，并触发VC1中断/VC2中断。

输入部分怎么理解

• INP、INN前面都有一个多路选择器，说明比较器输入源不是固定的，而是可以选不同通道。
• 外部通道可以选VCx_CH0 ~ VCx_CH7之类的模拟输入。
• 内部参考源也能接进来，图里明确给了：
  • 温度传感器
  • 1.2V基准电压
  • ADC参考电压
• 中间还有一个电阻分压器，输入可来自VDDA或ADC参考电压，输出为VCx_DIV.DIV，这说明芯片内部还能先做一次分压，再送去比较器当阈值参考。

比较器核心

• 中间三角形带+/-的就是模拟比较器本体。
• VCx_CR0.EN：使能比较器。
• VCx_CR0.HYS：迟滞控制。这个很重要，输入电压靠近阈值时容易抖动，开迟滞可以减少误翻转。

输出整形

• VCx_CR0.POL：输出极性翻转。也就是你可以选择“正向输出”还是“反向输出”。
• 后面还有VCx_CR0.WINDOW：这表示VC1和VC2不一定完全独立，也可以组合成一个“窗口比较器”。

窗口模式的意义

• 正常模式下，VC1、VC2各比各的。
• 窗口模式下，通常一个比较器作为“下限阈值”，另一个作为“上限阈值”：
  • 低于下限
  • 落在窗口内
  • 高于上限
• 这样就很适合做“区间检测”，比如电池电压是否在正常范围内，而不只是“高于某个点”。
• 图中两个比较器中间交叉和逻辑门的部分，就是在做这个窗口逻辑组合。

数字滤波和状态输出

• 数字滤波模块说明比较结果不是直接裸输出，而是可以经过稳定化处理。
• VCx_CR1.FLTCLK：滤波时钟。
• VCx_CR1.FLTTIME：滤波时间/滤波长度。
• 这类设计通常用于抑制噪声、毛刺、慢速抖动。
• 滤波后的结果会反映到：
  • VCx_SR.FLTV：滤波后的状态标志
  • VCx_OUT：最终输出信号

中断部分

• 触发条件选择由VCx_CR1[7:5]控制，通常就是配置：
  • 上升沿触发
  • 下降沿触发
  • 双沿触发
  • 或某种电平/状态触发
• VCx_CR0.IE：中断使能。
• 条件满足并且中断使能后，输出VCx中断。

这张图对应的典型用途

• 电压阈值检测：比如某路电压是否超过设定值
• 欠压/过压检测：配合内部参考和分压器
• 窗口检测：判断电压是否落在某个安全区间
• 零点检测/波形边沿检测
• 传感器阈值比较：温度、模拟量越界判断

读图时最关键的信号链

• 输入选择：INP/INN选谁
• 比较器配置：EN、HYS
• 输出逻辑：POL
• 是否启用窗口：WINDOW
• 是否做数字滤波：FLTCLK、FLTTIME
• 是否开中断：IE和触发条件选择

配置流程

• 第一步，确定使用VC1还是VC2，以及是“单路比较”还是“窗口比较”
• 第二步，配置比较器输入源：谁接INP，谁接INN
• 第三步，如果要用内部参考/分压阈值，先配置分压器
• 第四步，配置比较器本体参数：使能前先设HYS、POL、WINDOW
• 第五步，配置数字滤波：FLTCLK、FLTTIME
• 第六步，配置中断触发条件和中断使能
• 第七步，最后打开比较器EN，再读取输出标志或等待中断

按寄存器拆开看

• VCx_CR0.INP
  • 选择比较器正端输入VCx_INP
  • 可选外部通道，如VCx_CH0 ~ VCx_CH7
• VCx_CR0.INN
  • 温度传感器
  • 1.2V基准电压
  • ADC参考电压
  • 分压器输出
  • 选择比较器负端输入VCx_INN
  • 除外部通道外，从图上看还能选内部源：
• VCx_DIV.VIN
  • 选择分压器输入源
  • 图里给出的候选是VDDA或ADC参考电压
• VCx_DIV.DIV
  • 设置分压比
  • 作用是把内部电压先缩放，再作为比较阈值送入比较器
• VCx_CR0.HYS
  • 设置迟滞
  • 输入靠近阈值有噪声时建议打开，能减少抖动误翻转
• VCx_CR0.POL
  • 设置输出极性
  • 正常输出还是反向输出，由这个位控制
• VCx_CR0.WINDOW
  • 设置是否进入窗口比较模式
  • 单独使用某一路时通常关闭
  • VC1 + VC2组成上下限窗口检测时打开相关配置
• VCx_CR1.FLTCLK
  • 选择数字滤波时钟
• VCx_CR1.FLTTIME
  • 选择数字滤波时间/长度
  • 值越大，一般抗毛刺越强，但响应更慢
• VCx_CR1[7:5]
  • 选择中断触发条件
  • 从框图看，是“触发条件选择”，通常会是上升沿/下降沿/双沿一类
• VCx_CR0.IE
  • 使能该路比较器中断输出
• VCx_CR0.EN
  • 最后一步使能比较器
• VCx_SR.FLTV
  • 读取滤波后的比较结果状态
• VCx_OUT
  • 比较器最终输出信号

推荐的实际配置顺序

• 1)先关闭VCx_CR0.EN
• 2)配置VCx_CR0.INP，选择正端输入
• 3)配置VCx_CR0.INN，选择负端输入
• 4)如果负端或正端要用内部阈值，先配VCx_DIV.VIN和VCx_DIV.DIV
• 5)配置VCx_CR0.HYS
• 6)配置VCx_CR0.POL
• 7)如果要做窗口比较，再配置VCx_CR0.WINDOW
• 8)配置VCx_CR1.FLTCLK和VCx_CR1.FLTTIME
• 9)如果要中断，配置VCx_CR1[7:5]和VCx_CR0.IE
• 10)清状态标志（如果手册定义有清标志位）
• 11)打开VCx_CR0.EN
• 12)通过VCx_SR.FLTV轮询，或者等待VCx中断

翻成“使用场景”会更好理解

1. 普通比较模式

• 目标：判断某个输入电压是否高于阈值
• 配法：
  • INP接被测信号
  • INN接1.2V基准或分压后的内部参考
  • 配HYS
  • 可选POL
  • WINDOW=0
  • 需要稳定输出就开滤波
  • 需要事件响应就开中断

1. 窗口比较模式

• 目标：判断输入值是否位于某个区间内
• 配法：
  • 一路比较下限
  • 一路比较上限
  • 两路共享同一被测量，或按手册要求分别接入
  • 打开窗口逻辑WINDOW
  • 输出就不再只是单纯“大于/小于”，而是参与区间判断

典型思路：

• VC1：输入与“下限阈值”比较
• VC2：输入与“上限阈值”比较
• 两路通过窗口逻辑组合后，判断：
  • 低于下限
  • 落在区间内
  • 高于上限

一个更实用的寄存器思维导图

• 输入从哪来：INP / INN
• 阈值怎么来：内部基准 / 分压器 / 外部脚
• 输出要不要翻转：POL
• 抖动要不要抑制：HYS + FLTCLK + FLTTIME
• 是不是要做区间检测：WINDOW
• 要不要中断：CR1[7:5] + IE
• 最后开机：EN

几个配置经验

• 阈值附近信号有噪声时，优先开HYS，再决定是否加数字滤波
• 想快速响应边沿，用较弱滤波；想避免误触发，用较强滤波
• 如果只做软件轮询，重点看VCx_SR.FLTV
• 如果做中断检测边沿，重点配VCx_CR1[7:5]和VCx_CR0.IE
• 如果输入源切换频繁，建议先关EN再改输入选择

二、霍尔模块介绍

AH812D

特性：

• 高带带宽 (120kHz)：反应极快，不管是水表慢转还是电机快转都能抓到。
• 静态 2.5V 输出：这是最重要的信息。意思是当周围没有磁场时，它默认吐出 2.5V 电压。
• 耐热抗压：能在 -40°C 到 150°C 工作，工业级水准。

应用场景：除了咱们做的水表计圈，它还能测电流、控电机。

1脚 (VCC)：电源正极。

2脚 (GND)：电源负极（地）。

3脚 (VOUT)：信号输出。它会把磁场的大小变成“变化的电压”从这里传给单片机的 PB00（也就是咱们连 VC 的地方）。

$$C_{BYPASS$$(0.1uF)：这是“电源滤镜”，必须靠近传感器的电源脚，防止电源杂波干扰测量。

$$C_$$(0.5nF)：这是“输出滤镜”，能让输出的电压信号更平滑，配合咱们之前代码里的数字滤波，效果翻倍。

工作电压 (4.5V - 5.5V)：典型值是5V。

静态输出 (2.5V)：再次强调，没磁场时就是 2.5V。

伏笔：这就是为什么你之前测到 2.5V 的原因，也是为什么咱们要把 VC 阈值设在 2.67V 的物理依据。

• 中心点：横轴（输出电压）在 2.5V 时，纵轴（磁场强度）是 0。
• 线性关系：
  • 磁铁的南极 (S)靠近，电压往4.5V爬。
  • 磁铁的北极 (N)靠近，电压往0.5V掉。
• 型号区别：A、B、C、D 四条线斜率不同，代表灵敏度不同。斜率越陡（如 AH812-A），磁铁稍微动一点，电压跳得越厉害。

手册虽然推荐 0.5nF，但在低速计数的场景下（如水表、转速计），我们可以换成470nF (104电容)。这样做相当于给信号加了一个‘减震器’，能有效防止因为磁铁手抖导致的误触发计数。

好处一：强力硬件“去噪”

霍尔传感器的输出信号比较微弱，容易受到电机或电源的杂波干扰。

• 0.5nF：只能滤掉极高频的电磁波。
• 470nF：形成了一个更强的低通滤波器。它能把绝大部分的高频毛刺直接掐死在硬件阶段，让传给单片机 PB00 的电压信号像丝绸一样顺滑。

好处二：自带硬件“防抖”

之前晃动磁铁时数值猛跳，很大一部分原因是电压在阈值附近抖动。

• 当用了470nF后，这个电容像一个“储能水槽”，它会让电压的变化变得缓慢而圆滑。
• 即使磁铁在边缘轻微抖动，电压也不会立刻跟着剧烈跳变。这种硬件级的延迟配合咱们代码里的数字滤波，能极大地解决“晃一下跳 145 圈”的问题。

唯一的代价：

• 牺牲了响应速度：用大电容会让传感器的反应变慢。如果用来检测每秒转几万转的电机，470nF 会让波形失真；但水表叶轮每秒钟可能才转几圈，这种微秒级的延迟完全可以忽略不计。

实物

钕磁铁

钕磁铁（Neodymium magnet），全称钕铁硼磁铁（NdFeB），在电子爱好者圈子里有个响亮的称号——“磁王”。

它是目前人类能制造出的磁性最强的永久磁铁。别看它通常只有一颗纽扣甚至一颗米粒那么大，它能吸起自身重量 600 倍以上的物体。同等体积下，它的磁力最强；同等磁力下，它的体积最小。

在智能水表计圈这个具体的场景下，选用钕磁铁主要有三个“非它不可”的理由：

1. 穿透力强（体积小）： 水表的叶轮封装在充满水的密封腔内，而我们的传感器 PB00 是装在干燥的电路板上的。磁力必须穿过加厚的塑料外壳才能被感应到。普通磁铁如果想穿透这么厚的壳，体积会变得巨大，根本塞不进叶轮；而钕磁铁只需要一小块，就能释放出足够的磁通量。
2. 极高的稳定性（寿命长）： 水表一装就是几年甚至十年。普通磁铁容易随着时间流逝或温度变化而退磁（磁力变弱），导致计圈越来越不准。钕磁铁具有极高的矫顽力，只要不遇到极高温（通常高于 80℃），它的磁性能保持很多年不衰减。
3. 线性响应更清晰： 配合选用的AH812 线性霍尔传感器，钕磁铁能提供非常稳定的磁场梯度。这意味着当它靠近时，产生的电压变化非常干脆、线性度好，不会给单片机的 VC 模块带来模糊的“灰色地带”。

建立“磁力桥梁”

当叶轮旋转时，嵌在上面的钕磁铁会随之转动。磁铁周围存在着看不见的磁感线。当磁铁靠近 AH812 时，这些磁感线会垂直穿过传感器的芯片表面。

激发“霍尔效应”

AH812 内部有一个半导体薄片。平时电流平稳流过，输出 2.5V。当钕磁铁的磁场扫过时，磁力会把薄片里的电子推向一边。根据磁场强弱，电子偏转的程度不同，输出端的电压就会随之起伏（比如从 2.5V 爬升到 3.2V）。

触发“逻辑闸门”

这就是咱们之前代码干的事了：

• 钕磁铁远在天边：传感器输出 2.5V —> VC 比较器发现 2.5V < 2.67V 没动静。
• 钕磁铁近在眼前：传感器输出 3.2V —>VC 比较器发现 3.2V > 2.67V 触发中断，计数器WaterPulseCount加 1。

三、程序详情

第一步：确定使用模式 ＆ 关使能

• 流程图节点：单路比较模式 -> 选 VC2 -> 关闭比较器使能
• 对应代码：我们选择了VC2，因为你的霍尔传感器物理引脚 PB00 就是焊在 VC2 的通道 3 上。

第二步：是否使用内部分压阈值？ (造一把尺子)

• 流程图节点：是 -> 配置 VCx_DIV.VIN (选源) -> 配置 VCx_DIV.DIV (设分压比)
• 对应代码：

VC_DivStruct.VC_DivVref = VC_DivVref_VDDA; // 原料：选 3.3V 供电 VC_DivStruct.VC_DivValue = 51; // 比例：切成 63 份，取 51 份

第三步：配置输入源 (牵线搭桥)

• 流程图节点：配置 VCx_CR0.INP (正端) / INN (负端)
• 对应代码：

VC_InitStruct.VC_InputP = VC_InputP_Ch3; // 正端：接外面的水表 PB00 VC_InitStruct.VC_InputN = VC_InputN_DivOut; // 负端：接内部的 2.67V 标尺

第四步：配置比较器本体 (定规矩)

• 流程图节点：配置 HYS (迟滞) / POL (极性) / WINDOW (窗口)
• 对应代码：

VC_InitStruct.VC_Hys = VC_Hys_20mV; // 迟滞：20mV 缓冲带 VC_InitStruct.VC_Polarity = VC_Polarity_Low; // 极性：正常输出 VC_InitStruct.VC_Window = VC_Window_Disable; // 窗口：不搞花里胡哨的双重比较

第五步：是否启用数字滤波？ (戴上降噪耳机)

• 流程图节点：是 -> 配置 FLTCLK (时钟) -> 配置 FLTTIME (时间)
• 对应代码：

VC_InitStruct.VC_FilterEn = VC_Filter_Enable; VC_InitStruct.VC_FilterTime = VC_FltTime_63Clk; // 听大约 0.4 毫秒

第六步：是否启用中断？ ＆ 清标志

• 流程图节点：是 -> 选触发条件 -> 使能中断 -> 清除标志位
• 对应代码：

VC2_ITConfig(VC_IT_FALL | VC_IT_RISE, ENABLE); // 靠近和离开都喊我 VC2_EnableIrq(VC_INT_PRIORITY); // 打开法官办公室的门 VC2_ClearIrq(); // 把以前的旧案子档案全撕了

第七步：使能比较器 ＆ 等待

• 流程图节点：VCx_CR0.EN = 1 -> 等待中断
• 对应代码：

VC2_EnableChannel(); // 法官，醒醒，开工了！ VC_EnableNvic(ADC_IRQn, VC_INT_PRIORITY); // 打开老板办公室的对讲机接收端

vc.h

#ifndef __VC_H #define __VC_H #include "cw32f030.h" #include "cw32f030_vc.h" #include "cw32f030_gpio.h" #include "cw32f030_rcc.h" // 1. 使用 extern 声明全局变量，告诉 main.c 这些变量的存在 // 注意：这里绝对不能写 "= 0"，只声明，不赋值！ extern volatile boolean_t gFlagIrq; extern volatile uint32_t WaterPulseCount; // 2. 声明初始化函数 void WaterMeter_VC_Init(void); #endif /* __VC_H */

vc.c

#include "vc.h" // 1. 在这里真正地定义并初始化变量（它们的主人是 vc.c） volatile boolean_t gFlagIrq = FALSE; volatile uint32_t WaterPulseCount = 0; /** * @brief 水表计圈 VC 模块完整初始化 * 包含 GPIO、分压器、比较器、滤波器以及中断的配置 */ void WaterMeter_VC_Init(void) { VC_InitTypeDef VC_InitStruct; VC_DivTypeDef VC_DivStruct; VC_BlankTypeDef VC_BlankStruct; VC_OutTypeDef VC_OutStruct; // 1. 开启时钟 __RCC_GPIOB_CLK_ENABLE(); __RCC_VC_CLK_ENABLE(); // 2. 将 PB00 设置为模拟输入模式 (VC2_CH3) PB00_ANALOG_ENABLE(); // 3. 配置内部分压器产生 2.67V 阈值 (3.3V * 51 / 63) VC_DivStruct.VC_DivVref = VC_DivVref_VDDA; VC_DivStruct.VC_DivEn = VC_Div_Enable; VC_DivStruct.VC_DivValue = 51; VC1VC2_DIVInit(&VC_DivStruct); // 4. 配置比较器通道 VC_InitStruct.VC_InputP = VC_InputP_Ch3; VC_InitStruct.VC_InputN = VC_InputN_DivOut; VC_InitStruct.VC_Hys = VC_Hys_20mV; VC_InitStruct.VC_Resp = VC_Resp_High; // 开启硬件滤波 (63个时钟周期) VC_InitStruct.VC_FilterEn = VC_Filter_Enable; VC_InitStruct.VC_FilterClk = VC_FltClk_RC150K; VC_InitStruct.VC_FilterTime = VC_FltTime_63Clk; VC_InitStruct.VC_Window = VC_Window_Disable; VC_InitStruct.VC_Polarity = VC_Polarity_Low; VC2_ChannelInit(&VC_InitStruct); // 5. 初始化空白窗口和输出连接 VC1VC2_BlankInit(&VC_BlankStruct); VC2_BlankCfg(&VC_BlankStruct); VC1VC2_OutInit(&VC_OutStruct); VC2_OutputCfg(&VC_OutStruct); // 6. 开启中断 VC2_ITConfig(VC_IT_FALL | VC_IT_RISE, ENABLE); VC2_EnableIrq(VC_INT_PRIORITY); VC2_ClearIrq(); VC2_EnableChannel(); // 7. 开启 NVIC 中断通道 VC_EnableNvic(ADC_IRQn, VC_INT_PRIORITY); }

main.c

#include "main.h" #include "cw32f030_gpio.h" #include "cw32f030_rcc.h" #include "init.h" #include "buffer.h" #include "fun.h" #include "radio.h" #include "delay.h" #include "flashhoufun.h" #include "cw32_eval_spi_flash.h" #include "dma.h" #include "vc.h" // 全局中断标志 (fun.c 也要用) volatile uint8_t g_bIrqTriggered = 0; void System_Init_Config(void); //int32_t main(void) //{ // // 1. 硬件初始化 // System_Init_Config(); // // // 2. 射频初始化 // if (rf_init() != OK) // { // while(1); // 失败报警 // } // rf_set_default_para(); // // 3. 初始状态设置 (编译时决定) // #ifdef SLAVE_MODE // // [从机] 上电必须开启接收，否则听不到第一句 // rf_enter_single_timeout_rx(15000); // #endif // // // [主机] 不需要预先接收，它会主动发送 // while (1) // { // // === 1. 优先处理中断 (公共逻辑) === // if (g_bIrqTriggered) // { // g_bIrqTriggered = 0; // rf_irq_process(); // SPI 读取状态 // } // // === 2. 业务逻辑 (编译时二选一) === // #ifdef MASTER_MODE // OnMaster(); // #endif // #ifdef SLAVE_MODE // OnSlave(); // #endif // } // //} //int32_t main(void) //{ // System_Init_Config(); // // SPI_FLASH_Init(); // // flash_fun(); // while (1) // { // } //} //int32_t main(void) //{ // System_Init_Config(); // 初始化时钟和串口 // SPI_FLASH_Init(); // 初始化 SPI 硬件 // SPI2_DMA_Init(); // 初始化 DMA 配置 // printf("开始 DMA 验证...\r\n"); // // 第一步：写入 kunkun // W25Q_DMA_Write_Kunkun(0x0000); // // // // // 第二步：读取回来 // W25Q_DMA_Read_Back(0x0000); // // 第三步：验证 // if (strcmp((char*)CW_DMA_RxBuf1, "kunkun") == 0) { // printf("验证通过！收到了：%s\r\n", CW_DMA_RxBuf1); // } else { // printf("验证失败，收到了垃圾数据。\r\n"); // } // while(1); //} int main(void) { // 1. 初始化基础外设 //LED_Init(); // 2. 调用封装好的 VC 模块初始化 WaterMeter_VC_Init(); // 3. 开启内核全局中断总闸 (所有配置就绪后，最后开总闸) __enable_irq(); // 4. 主循环 while (1) { // 直接使用 vc.h 里 extern 声明过来的标志位 if(gFlagIrq) { PB09_TOG(); gFlagIrq = FALSE; // 这里可以加一句串口打印，用来观察 WaterPulseCount // printf("当前水表圈数: %d\r\n", WaterPulseCount); } } } void System_Init_Config(void) { RCC_Configuration(); GPIO_Configuration(); SPI_Configuration(); EXTI_Configuration(); ADC_Configuration(); }

四、实物展示

效果演示

如图所示传感器和磁铁在至于同一平面时，只有从下往上计数会加1，从上往下则不会。

磁极的“盲区”与极性 (Magnet Orientation)

这一串磁铁，磁极通常是在圆面的两头（轴向充磁）。

• 磁场角度：AH812 这种线性霍尔传感器最喜欢垂直穿过它身体的磁力线。
• 当你由下往上划时，磁铁底部的磁场刚好以最佳角度“切”过了传感器。而当你换个方向划，磁场的角度发生了细微偏转，导致垂直分量变小，电压就达不到 2.67V 了。