STC15F104W单片机利用RC充放电使用IO口测量外部电压

ID:245767 · 发表于 2018-12-21 15:00

宏晶科技STC15F系列单片机
用RC充放电实现检测外部电压

对于没有ADC的MCU，而又要测量外部的一个电压时，使用RC充放电的方式是比较容易实现并且低成本的方法。

STC15F系列是1T的MCU，其IO口有OPEN-DRAIN模式，此模式可以很容易用一个IO口配合一个定时器实现RC充放电来测量外部未知电压。如果没有空余的定时器，也可以使用指令循环的方式实现。本例使用定时器。

本范例使用P3.2（INT0）来做RC测量，电路和波形示意图如下：

操作流程：

初始化程序将P3.2设置成OPEN-DRAIN模式，并将P3.2输出0给电容放电。INT0设置成上升沿中断。Timer 0设置成16位自动重装定时器模式，时钟源为12T，允许中断。
测量时，先清Timer 0的TH0、TL0，然后将P3.2输出1开始对电容充电，接着设置TR0 = 1来启动Timer 0，然后在INT0中断里设置TR0 = 0来停止计数，并将P3.2输出0对电容放电。读出TH0、TL0的值就是RC充电时间。

由于MCU工作在5V时，IO口读到“1”的门限电压大约为2V，所以要求输入的电压高于2V，本例的测试数据从4~12.4V，测试结果参考后面的附录1。

假设输入电压为Ux，IO口门限电压为2V，则RC充电时间为：

T = - R * C * ln ( 1 – 2 / Ux )

按图示参数，当输入为10V时，RC时间大约为446uS，附录1中实测为447uS。

由于RC时间跟R和C有关，而R的温漂一般较小，但普通电容的温漂较大，所以要使用温漂小并且漏电也小的电容。

由充电公式或曲线图可知，Ux和RC值的关系是非线性的，所以实际项目使用时，要根据自己的实际电路做一些标定，这样可以得到比较准确的值。

本方法适用于对测量精度要求不是很高的场合。

附录1：测量结果和曲线

输入电压（V）	Timer 0读数	时间uS(18.432MHZ)
4	2100	1367
4.2	1966	1280
4.4	1846	1202
4.6	1740	1133
4.8	1646	1072
5	1560	1016
5.2	1487	968
5.4	1416	922
5.6	1354	882
5.8	1297	844
6	1245	811
6.2	1196	779
6.4	1150	749
6.6	1110	723
6.8	1070	697
7	1033	673
7.2	1000	651
7.4	968	630
7.6	938	611
7.8	910	592
8	884	576
8.2	860	560
8.4	836	544
8.6	814	530
8.8	793	516
9	772	503
9.2	754	491
9.4	736	479
9.6	718	467
9.8	702	457
10	686	447
10.2	671	437
10.4	656	427
10.6	642	418
10.8	629	410
11	616	401
11.2	604	393
11.4	592	385
11.6	581	378
11.8	570	371
12	560	365
12.2	550	358
12.4	540	352

附录2：C语言程序

/*
功能描述: 使用STC15F系列C版本做的RC测量电压的例子.
*/
#include "reg51.h"
#define MAIN_Fosc 22118400L //定义主时钟
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sfr AUXR = 0x8e; //Auxiliary register
sfr P3M1 = 0xB1; //P3M1.N,P3M0.N =00--->Standard, 01--->push-pull
sfr P3M0 = 0xB2; // =10--->pure input, 11--->open drain
sbit P_TXD1 = P3^1; //定义模拟串口发送脚，打印信息用
sbit P_RC = P3^2; //RC port
uchar SampleCnt; //发送结果的采样间隔计数
uchar LineCnt; //每行显示结果计数
bit B_Over; //超时标志
bit B_ADC_OK; //检测完成标志
uint adc; //RC做的ADC值
void RC_start(void);
void Tx1Send(uchar dat);
void InitTimer(void);
void delay_ms(unsigned char ms);
///////////////////////////////////////////////////////////
void main(void)
{
InitTimer(); //初始化Timer
P3M1 |= 1 << 2; //P3.2 config as Open-Drain
P3M0 |= 1 << 2;
P_RC = 0; //Clear RC port to 0
// TMOD |= 0x00; //T0 as 16 bits timer, auto reload
while (1)
{
delay_ms(5); //放电时间
B_ADC_OK = 0; //清除ADC结束标志
B_Over = 0; //清除超量程标志
RC_start(); //RC charge-decharge
while(!B_ADC_OK && !B_Over) ; //等待ADC结束或超时
if(B_ADC_OK)
{
if(++SampleCnt >= 100) //1秒钟发一个结果给串口
{
SampleCnt = 0;
Tx1Send(adc / 10000 + '0'); //send to PC from the UART
Tx1Send(adc % 10000 / 1000 + '0');
Tx1Send(adc % 1000 / 100 + '0');
Tx1Send(adc % 100 / 10 + '0');
Tx1Send(adc % 10 + '0');
Tx1Send(' ');
Tx1Send(' ');
if(++LineCnt >= 10) //10个结果后换行
{
LineCnt = 0;
Tx1Send(0x0d); //send CR
Tx1Send(0x0a);
}
}
}
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////
//============================================================
// 函数: void delay_ms(unsigned char ms)
// 描述: 延时函数。
// 参数: ms,要延时的ms数.
// 返回: none.
// 版本: VER1.0
// 日期: 2010-12-15
// 备注:
//============================================================
void delay_ms(unsigned char ms)
{
unsigned int i;
do
{
i = MAIN_Fosc / 14000L; //1T
while(--i) ; //13T per loop
}while(--ms);
}
/**************** RC启动函数 ******************************/
void RC_start(void)
{
//使用Timer 0 计时
TH0 = 0; //clear Timer 0
TL0 = 0;
B_Over = 0; //Clear Over flag
P_RC = 1; //RC charge
TR0 = 1; //enable Timer 0
IE0 = 0; //Clear INT0 flag
EX0 = 1; //INT0 Enable
IT0 = 0; //INT0 上升,下降沿中断
}
/********************* INT0中断函数 *************************/
void INT0_int (void) interrupt 0 //
{
if(INT0 && !B_Over) //上升沿中断,无超时
{
TR0 = 0; //deable Timer 0
P_RC = 0; //decharge
adc = TH0; //read the RC time
adc = (adc << 8) + TL0;
B_ADC_OK = 1; //标志ADC结束
}
}
/**************** Timer初始化函数 ******************************/
void InitTimer(void)
{
TMOD = 0; //for STC15Fxxx系列 Timer0 as 16bit reload timer.
TH0 = 0;
TL0 = 0;
ET0 = 1; //允许Timer0中断
TR0 = 0;
EA = 1; //允许总中断
}
/********************** Timer0中断函数************************/
void timer0 (void) interrupt 1
{
TR0 = 0; //超量程关闭
B_Over = 1; //标志超量程
}
/********************** 模拟串口相关函数************************/
void BitTime(void) //位时间函数
{
uint i;
i = ((MAIN_Fosc / 100) * 104) / 130000L - 1; //根据主时钟来计算位时间
while(--i);
}
//模拟串口发送
void Tx1Send(uchar dat) //9600，N，8，1 发送一个字节
{
uchar i;
EA = 0;
P_TXD1 = 0;
BitTime();
for(i=0; i<8; i++)
{
if(dat & 1) P_TXD1 = 1;
else P_TXD1 = 0;
dat >>= 1;
BitTime();
}
P_TXD1 = 1;
EA = 1;
BitTime();
BitTime();
}

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ID:424598 · 发表于 2018-12-21 18:31

有实物图吗?

ID:67274 · 发表于 2020-4-2 19:56

本帖最后由 a461624201 于 2020-4-2 20:18 编辑

图为5v电压，然后取最大位的时间数，判定为5V.循环指令，一个nop，就是一个指令时间，1us/次,对于STC15F104,

ID:67274 · 发表于 2020-4-2 20:14

这个代码，连接1637后，就会死机，贴上不使用定时器和中断，循环指令RC测量代码，
while(1){ dianrong_jiao = 0;
   delay_ms(5);

           sj=0    ;


         dianrong_jiao = 1;

while(dianrong_jiao==0){    _nop_(); sj++; }
｝

ID:67274 · 发表于 2020-4-2 20:27

其实，无论是定时器中断还是循环nop，另一方面，测量瓷片电容，还是能粗略判断电容的容量的，有种简单电容表的感觉。

ID:67274 · 发表于 2020-4-3 00:08

不用STC15F104中断的，可以接TM1637数码管的while程序。
while (1)
{ P_RC= 0;

Delay1us(5);
B_ADC_OK= 0; //清除ADC结束标志


TH0 = 0;          //clear Timer 0
      TL0 = 0;
     B_Over= 0; //Clear Over flag

P_RC= 1;          //RC charge
      TR0 = 1;
ET0 = 1; //允许Timer0中断
      EA  = 1; //允许总中断
   while( P_RC==0 ){ };

   if( B_Over==0){
   TR0 = 0;          //关闭定时器
   ET0 = 0;
      EA  = 0;

     adc = TH0;          //取数据
adc = (adc << 8) + TL0;
B_ADC_OK= 1; //标志ADC结束
   }

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