RC 充放电的原理和硬体

1、RC 充放电的原理和硬体

我们知道，电阻R 与电容C 充电时间的关系如下图：

 

注：Rs 为标准电阻  Rt 为热敏电阻

由上图可以看出在RC 充电开始阶段，我们可以认为是近似线性的。

那么：

Tt=K*Rt*C （1）

Ts=K*Rs*C （2）

其中： K 为常数

由（1）、（2）可知充电时间的比例与R 有关，而C 无关。

Rt=(Rs*Tt)/Ts

当然，随环境温度的变化电容C 变化比较大，我们完成标准电阻和热敏电阻对同一电容的充放电在很短的时间

内，因而电容C 变化引起的误差可以消除。为了提高精度，对电容C 的选取也有关系，电容容量不能太小，也不能太大，

与传感器的标称值有关。

下面是我自己写的程序，仅着参考：

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RC充放电---得到NTC的阻值

电路： p2.3（IOntc）接NTC,P2.4（IOrs）接一个1k的电阻，二电阻一端连接一个10uf的电容到地

思路：

; 放电：

; 二个端口是都输出0，

; 充电：（NTC）

; 让 IOrs 输入检测 0  当 IOrs 为高，继续检测直到为0为止

; IOntc 输出 1 ，进行充电，并开始计时，

; 时刻检测IOrs的电平，当 IOrs 端口为高电平的时候，说明充电已经完成，并停止计时，把时间保持给t_ntc_middle和t_ntc_low

; 放电：同上

; 充电：（RS）

; 让 IOntc 输入检测 0  当 IOntc 为高，继续检测直到为0为止

; IOrs 输出 1 ，进行充电，并开始计时，

; 时刻检测 IOntc 的电平，当 IOntc 端口为高电平的时候，说明充电已经完成，并停止计时，把时间保持给t_rs_middle和t_rs_low

; 注：这里所说的计时是根据指令的长短计时的，比如我这里一条指令为0.25US，一周为7跳指令

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.DATA

t_ntc_middle ds      1 ;

t_ntc_low ds      1 ;

t_rs_middle ds      1 ;

t_rs_low ds      1 ;

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.CODE

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rc:

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;放电

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rc_sub:

  bset IOntcm

  bset IOrsm

  bclr IOntc ;输出 0

  bclr IOrs

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bclr IOrsm ;输入检测 0，为0 说明放电完全

bts0 IOrs

jmp $-1

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  bts0 f_turn ;为谁充电

  jmp rc_rs_add

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;充电：（NTC）

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rc_ntc_add:

  clr t_ntc_low

  clr t_ntc_middle

bset IOntcm ;输出 1，充电

  bset IOntc

  incms t_ntc_low

  jmp $+2

  incms t_ntc_middle

  bclr IOrsm

  bts1 IOrs ;检测1，为1 说明充电完成

  jmp $-5

  bset f_turn

  jmp rc_pro90

///////////////////////////////////////

;充电：（RS）

///////////////////////////////////////

rc_rs_add:

  bset IOrsm ;输出 1，充电

  bset IOrs

  incms t_rs_low

  jmp $+2

  incms t_rs_middle

  bclr IOntcm

  bts1 IOntc ;检测1，为1 说明充电完成

  jmp $-5

  bclr f_turn

  jmp rc_pro90

///////////////////////////////////////

rc_pro90:

  Ret

 

RC 测温的实现方法是利用电阻R 给电容C 充放电时间来测量温度的（此处的温度感测器为热敏电阻）。

用不同的电阻给电容充放电时间不一样，对RC 测量温度的精度与电阻R 和电容C 的选取有关。我们通常是选用一个标准电阻（随温度变化其阻值变化很小，可忽略不计，通常为高精度的金属膜电阻），它的阻值Rs 与温度传感器在标准大气压下、25℃时的阻值相同。当温度发生变化时，热敏电阻的阻值Rt 发生变化，那么热敏电阻Rt 给电容C 的充放电时间也发生变化。而标准电阻Rs 给电容C 的充放电时间则不发生变化。

    以下介绍的这个方法是用没有ADC 功能的芯片来检测模拟量，如采集温度。

 

1. 温度检测电路图

  2. 温度检测步骤 

       第一步：放电 P85 和 P86设置为高阻态，P87 输出“1” ，电容放电 

       第二步：测标准电阻 P85 和 P87设置为高阻态，P86 输出“0” ，电容充电，并对充电时间计时 计时功能说明：计时最小时基为 30US，用定时器中断来实现。每 30US中断一次，计时器+1。 计时器长度=16BIT， 高字节的 BIT4 代表溢出位。 所以实际有效长度为 12 位超出则判为溢

出，可能是被测电阻开路和电容短路等故障引起的。

    第三步：放电 P85 和 P86设置为高阻态，P87 输出“1” ，电容放电

    第四步：测温度电阻 P86 和 P87设置为高阻态，P85 输出“0” ，电容充电，并对充电时间计时 计时功能说明： （同第二步） 

       第五步：计算电阻比率 计算公式： 电阻比率＝温度电阻

 

AD中的顺序查表

说明：在做温度检测并由数码管显示的时候由于一个温度对应一个 AD值，而我们的 AD 值是在一段时间的平均值，很大一部分 AD 在表中是不能够一对一对应的，所以我们只能取隔他最近的 AD，此为 AD 转换后用于查表的顺序程序，这样查表很容易理解，但是也存在很多不足，比如 CPU 在此程序运行周期长等等，当然我会在以后会添加

输入：高位 AD_Data_high，低位 AD_Data_low,

输出：数码管显示的数值  b_room_temp

.data//把 AD 值转换成数值，
 ad_new_tab ds 1   ;查表的地址给A（如 0 1 2 74 99 105之类的，比如99就对应的是99度）
 ad_old_tab ds 1   ;旧
 ad_old_h ds 1   ;旧值的高位
 ad_old_l ds 1   ;旧值的低位
 ad_new_h ds 1   ;新值的高位
 ad_new_l ds 1   ;新值的低位
 ad_mean_h ds 1   ;平均值的高位
 ad_mean_l ds 1   ;平均值的低位
 b_room_temp ds 1   ;显示的数值，是十进制的
////////////////////////////////////////////////////////
.code
ad_change:
////////////////////////////////////////////////////////;;这里可以单独检查其他程序的错误性
/*    MOV    a,  #0x0f   ;;
  B0MOV  AD_Data_High, a   ;;ad数据存放
  MOV   a, #0x00b   ;;
  B0MOV  AD_Data_low, a    ;;ad数据存放     */   

  MOV_ ad_old_tab, #0
check_tab:
  b0mov y,#temp_tab$m    ;
  b0mov z,#temp_tab$l    ;
  mov a,ad_old_tab    ;查表的地址给A（如 0 1 2 74 99 105之类的，比如99就对应的是99度）
  b0add z,a     ;
  b0bts0 fc     ;
  incms y     ;
  nop      ;
  movc      ;
  mov ad_old_l,a    ;低8位存放在temp_l中
  mov a,r     ;高4位存放在temp_h中
  mov ad_old_h,a    ;
////////////////////////////////////////////////////////;把旧值赋给新值，这里是为平均那里作准备
  mov  a,ad_old_l
  mov  ad_new_l,a 
  mov  a,ad_old_h
  mov  ad_new_h,a
  mov  a,ad_old_tab
  mov  ad_new_tab,a                
////////////////////////////////////////////////////////
 cjne_  AD_Data_high, ad_new_h, ad_change10;判断高位是否相等，不等跳转到 ad_change10 继续查找
 cjne_  AD_Data_low, ad_new_l, ad_change10;如果高位相等，那比较低位，如果不等，跳转到ad_change10    
 mov_ b_room_temp, ad_new_tab    
 jmp ad_change_exit    ;如果刚好 等于 则把 b_ad_tab 给 b_room_temp, 然后跳出程序
/////////////////////////////////////////////////////////  ;如果不等
ad_change10:
 cjae2 AD_Data_High,AD_Data_Low,ad_new_h,ad_new_l,ad_change30
///////////////////////////////////////////////////////// 当小              
ad_change20:       
 incms ad_old_tab         
 jmp check_tab
///////////////////////////////////////////////////////// 当大
ad_change30:      ;先判断是否超出范围（00-99）,如果在的话查出上一次的值
 cjae2 AD_Data_High,AD_Data_Low,#0x0f,#0x17,ad_change70 ;0度的 AD 值为0xf16，防止下于 0度
 cjbe2 AD_Data_High,AD_Data_Low,#0x3,#0xd2,ad_change80 ;100 度的AD 值为0x3d3，防止超过 99度

 decms ad_old_tab
 b0mov y,#temp_tab$m    ;
 b0mov z,#temp_tab$l    ;
 mov a,ad_old_tab    ;查表的地址给A（如 0 1 2 74 99 105之类的，比如99就对应的是99度）
 b0add z,a     ;
 b0bts0 fc     ;
 incms y     ;
 nop      ;
 movc      ;
 mov ad_old_l,a    ;低8位存放在temp_l中
 mov a,r     ;高4位存放在temp_h中
 mov ad_old_h,a
/////////////////////////////////////////////////////////上次(大)的减去这次（小）的值，得的值再平均一下，再加上现在 Ad 的低位
 mov a,ad_old_h  ;平均值的高位
 sub a,ad_new_h
 mov x,a 
 b0bclr fc    
  rrcm  x
 add_ x,ad_new_h                     
 mov_ ad_mean_h, x
 
 mov a,ad_old_l  ;平均值的低位
 sub a,ad_new_l
 mov x,a 
 b0bclr fc    
 rrcm  x
 add_ x,ad_new_l                     
 mov_ ad_mean_l,x
/////////////////////////////////////////////////////////看采样的 AD 值更靠那一边，那个距离短 就取那个值
 cjae2 AD_Data_High,AD_Data_Low,ad_mean_h,ad_mean_l,ad_change60 
/////////////////////////////////////////////////////////取新值,,比如一个AD为86，80和90的平均值为85，86>85,则选择90
ad_change50:      ;（AD大的,温度小的）
 mov_ b_room_temp, ad_new_tab     
 jmp ad_change_exit                                             
/////////////////////////////////////////////////////////取旧值
ad_change60:      ;（AD大的,温度小的）
 mov_ b_room_temp, ad_old_tab    
 jmp ad_change_exit
/////////////////////////////////////////////////////////// 小于 00
ad_change70:
 mov_ b_room_temp, #0    
 jmp ad_change_exit
///////////////////////////////////////////////////////////  大于 99
ad_change80:
 mov_ b_room_temp, #99    
 jmp ad_change_exit
/////////////////////////////////////////////////////////
ad_change_exit:
  ret

MCU芯片中时常碰到口线不够用的时候，我们会采用口线复用的方法，将io口同时既作为输入口驱动led灯，同时又作驱动数码管，又将按键也复用下面看下这个图

   当我们需要同时点亮led灯，数码管，同时需要判断按键的时候我们就必需合理处理它们之间的关系，在扫描led灯的时候我们可以设定扫描周期为1ms扫描一次，每次扫描led灯的时候，需要初始化led灯的口线状态，扫描完led灯再扫描数码管，设定数码管的扫描周期为3ms，同时需要初始化数码管的口线，为输出模式同时为输出为1。最后是扫描按键，在扫描按键的时候我们设定按键为输入上拉电阻模式。扫描的周期为5ms，由于程序运行时间即短，所以它们之间不会相互影响。

     上面的按键公共端接地，连接单片机的这端必需接个10k的上拉电阻，这样按键按下或按键长按的时候不会影响数码管的亮度，或者可以将数码管的公共接地端改为直接接单片机的io口，扫描按键的时候io口输出为0，扫描数码管的时候设定为输入模式，按键按下或长按时，这样不会影响数码管的亮度。