一種測(cè)量可變電阻阻值的電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電子電路測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種測(cè)量可變電阻阻值的電路。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于有ADC功能的單片機(jī)，測(cè)量可變電阻阻值只要利用ADC來(lái)測(cè)量電阻分壓即可實(shí)現(xiàn)。由于具有ADC功能的單片機(jī)的成本高于不具有ADC功能的單片機(jī)，對(duì)于不具有ADC功能的單片機(jī)常通過(guò)RC充放電電路來(lái)實(shí)現(xiàn)可變電阻阻值的測(cè)量。
[0003]RC充放電電路是一種常用的基礎(chǔ)電路，通過(guò)基爾霍夫定律及高等數(shù)學(xué)可知電源E通過(guò)電阻R向電容器C充電時(shí)，任意時(shí)刻電容器C上的電壓Vt可以通過(guò)公式Vt = VO + (Ve-V0)*[1 - exp (_t/RC)]得到。其中Ve為電源E的電壓，VO為電容器C充電開(kāi)始之前的初始電壓，當(dāng)電容器C的初始電壓為O時(shí)，即VO=O時(shí)，上述公式可以簡(jiǎn)化為:
Vt = Ve *[1 - exp (_t/RC) ] (I)。
[0004]中國(guó)實(shí)用新型專利號(hào)201320780623.6公開(kāi)了一種利用上述原理來(lái)測(cè)量可變電阻阻值的電路，其電路圖如附圖1所示。當(dāng)可變電阻Rx所接單片機(jī)端口設(shè)置為輸入口，分壓R2所接端口為輸出口時(shí)，當(dāng)電容充電回路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容C上電壓為Ve*R2/(Rl+R2)，故在電容C達(dá)到穩(wěn)態(tài)前任意時(shí)刻t的電容電壓為Vt = Ve*R2/(Rl+R2) *[1 - exp(_t/R2C)]，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，這里忽略了電容C通過(guò)校準(zhǔn)電阻Rl放電的效應(yīng)；同理當(dāng)R2所接單片機(jī)端口設(shè)置為輸入口，Rx所接端口為輸出口時(shí)，當(dāng)電容充電回路達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，電容C上電壓為Ve*Rx/(Rl+Rx)，故在電容C達(dá)到穩(wěn)態(tài)前任意時(shí)刻t的電容電壓為Vt = Ve*Rx/(Rl+Rx) *[1 - exp(-t/RxC)]，同樣忽略了電容C通過(guò)校準(zhǔn)電阻Rl放電的效應(yīng)；假設(shè)單片機(jī)輸入端口的“高”，“低”電平轉(zhuǎn)換總是在同一個(gè)電壓值(假設(shè)為1/2單片機(jī)供電電壓)發(fā)生，Rx所接單片機(jī)端口為輸入端口時(shí)在Tl時(shí)刻檢測(cè)到高電平，R2所接單片機(jī)端口為輸入端口時(shí)在T2時(shí)刻檢測(cè)到高電平，則可以得到 Ve*Rx/(Rl+Rx) *[1 - exp (_T2/RxC) ] = Ve*R2/(R1+R2) *[1 -exp (-T1/R2C)]，在這個(gè)方程式中由于Tl，T2，Rl，R2及C已知，可以通過(guò)求解方程式得出可變電阻阻值Rx。該方法存在以下缺陷:求解方式非常復(fù)雜；忽略了在對(duì)電容充電時(shí)，通過(guò)Rl的放電效應(yīng)，求出的值在Rx接近Rl時(shí)會(huì)有很大誤差；當(dāng)Rx大于校準(zhǔn)電阻R1，R2所接單片機(jī)端口設(shè)置為輸入口，Rx所接端口為輸出口時(shí)，單片機(jī)R2接的輸入端口將永遠(yuǎn)不會(huì)檢測(cè)到從低電平到高電平的轉(zhuǎn)換，因而有很大局限性。
[0005]另一個(gè)更為實(shí)用的求可變電阻的方式如下:通過(guò)公式(I)求解R得出R = t/[C*Ln(Ve/ (Ve-Vt))] ( 2 )，故可通過(guò)測(cè)量RC電路中電容器電壓從O到某個(gè)已知電壓Vt的時(shí)間來(lái)間接測(cè)量RC電路中R的阻值大小。由于C的標(biāo)稱值和實(shí)際值存在誤差，及其他系統(tǒng)也在誤差，實(shí)際使用中通過(guò)利用R和t的線性比例關(guān)系，先后測(cè)量已知阻值電阻Rl和C的充放電回路的充電時(shí)間Tl，和待測(cè)電阻Rx和C的充放電回路的充電時(shí)間T2，然后通過(guò)Rx=Rl*T2/Tl來(lái)獲得待測(cè)電阻阻值。
[0006]附圖2給出了目前在遙控航?？刂剖直谐Ｓ玫臏y(cè)量電容充放電時(shí)間來(lái)測(cè)量可變電阻阻值的電路圖，GP0，GP1，GP2均為單片機(jī)MCU的普通輸入輸出端口，Rl為阻值已知的校準(zhǔn)電阻，Rx為待測(cè)的可變電阻。
[0007]這種測(cè)量方法也存在較大缺陷:實(shí)際使用中需要同時(shí)測(cè)量多個(gè)可變電阻的阻值，一般會(huì)有四路或更多，同時(shí)為了減小測(cè)量時(shí)的偶然誤差，需要對(duì)同一回路做反復(fù)多次測(cè)量，這樣為了滿足實(shí)時(shí)響應(yīng)速度的要求，測(cè)量時(shí)間必須足夠小，即所選取的電容C值必須足夠小，一般為0.0luF或更小；在此類應(yīng)用中，例如遙控航?？刂剖直?，所使用的單片機(jī)MCU的成本限制，這些單片機(jī)的速度均在50M以下，其單個(gè)指令周期均不小于0.02uS，考慮到單片機(jī)至少需要數(shù)個(gè)周期來(lái)完成單片機(jī)定時(shí)器的啟動(dòng)、定時(shí)器的停止，輸入端口電平采集及電平判斷，其測(cè)量時(shí)間誤差會(huì)在0.1uS以上，為得到可信的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量的結(jié)果必須遠(yuǎn)大于測(cè)量誤差，一般在10倍以上，方可忽略誤差的影響，通過(guò)公式I可以知道當(dāng)電容C為0.01uF，Vt為Ve的1/2，單片機(jī)MCU速度50M時(shí)，僅當(dāng)電阻大于150歐姆時(shí)才能得到IuS以上測(cè)量時(shí)間的變化，為了能測(cè)到更小電阻，即更高的精度，必須選取更大的電容C，例如0.1uF或更大。
[0008]綜上，可以看出目前公知的通過(guò)測(cè)量電容充放電時(shí)間來(lái)測(cè)量可變電阻阻值的電路存在著測(cè)量精度和測(cè)量時(shí)間之間的矛盾，從而使該電路常用在一些精度要求不高或?qū)崟r(shí)性要求不高的場(chǎng)合，同時(shí)該電路當(dāng)待測(cè)電阻較小時(shí)，由于電容充放電時(shí)間太短已經(jīng)接近或小于測(cè)量誤差時(shí)間，基本無(wú)法測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實(shí)用新型的目的在于提供一種測(cè)量可變電阻阻值的電路，解決了目前公知的通過(guò)測(cè)量電容充放電時(shí)間來(lái)測(cè)量可變電阻阻值的電路中的測(cè)量精度和測(cè)量時(shí)間的矛盾的同時(shí)，對(duì)較小的待測(cè)電阻也能得到一個(gè)更為精確的測(cè)量結(jié)果。
[0010]本實(shí)用新型采用以下方案實(shí)現(xiàn):一種測(cè)量可變電阻阻值的電路，其特在于:包括單片機(jī)、電容、待測(cè)可變電阻及校準(zhǔn)電阻，所述電容的一端與所述單片機(jī)第一輸入輸出端口連接，電容另一端接地；所述校準(zhǔn)電阻的一端與電容的一端連接，所述校準(zhǔn)電阻的另一端與所述單片機(jī)第二輸入輸出端口連接；所述待測(cè)可變電阻的一端和單片機(jī)第三輸入輸出端口連接；待測(cè)可變電阻另一端與校準(zhǔn)電阻的另一端連接。
[0011]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)為一不具有ADC功能的單片機(jī)。
[0012]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述電容為容值小于等于IuF的電容。
[0013]在本實(shí)用新型一實(shí)施例中，所述校準(zhǔn)電阻為阻值大于等于1ΚΩ的精密電阻。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):通過(guò)測(cè)量電容充放電時(shí)間來(lái)測(cè)量可變電阻阻值Rx時(shí)，整個(gè)RC回路里的R是Rx和Rl串聯(lián)得到的，這樣即使在可變電阻Rx的阻值很小，接近O的時(shí)候，整個(gè)RC回路中的電阻值依然不小于校準(zhǔn)電阻Rl的阻值，通過(guò)選擇合適的校準(zhǔn)電阻R1，可以保證測(cè)量所得的時(shí)間T2遠(yuǎn)大于誤差時(shí)間，因而此時(shí)仍然可以能得到一個(gè)較好的測(cè)量結(jié)果；同時(shí)由于校準(zhǔn)電阻Rl串接在Rx和電容C的回路中，避免了必須通過(guò)增大C來(lái)提高測(cè)量精度的問(wèn)題，從而較好的解決了現(xiàn)有測(cè)量電路中的測(cè)量精度和測(cè)量時(shí)間的矛盾。
[0015]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下將通過(guò)具體實(shí)施例和相關(guān)附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為中國(guó)實(shí)用新型專利號(hào)201320780623.6可變電阻租值測(cè)量電路的電路圖；
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