STC15F104W單片機利用RC充放電使用IO口測量外部電壓

ID:245767 · 發表于 2018-12-21 15:00

宏晶科技STC15F系列單片機
用RC充放電實現檢測外部電壓

對于沒有ADC的MCU，而又要測量外部的一個電壓時，使用RC充放電的方式是比較容易實現并且低成本的方法。

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個IO口配合一個定時器實現RC充放電來測量外部未知電壓。如果沒有空余的定時器，也可以使用指令循環的方式實現。本例使用定時器。

本范例使用P3.2（INT0）來做RC測量，電路和波形示意圖如下：

操作流程：

初始化程序將P3.2設置成OPEN-DRAIN模式，并將P3.2輸出0給電容放電。INT0設置成上升沿中斷。Timer 0設置成16位自動重裝定時器模式，時鐘源為12T，允許中斷。
測量時，先清Timer 0的TH0、TL0，然后將P3.2輸出1開始對電容充電，接著設置TR0 = 1來啟動Timer 0，然后在INT0中斷里設置TR0 = 0來停止計數，并將P3.2輸出0對電容放電。讀出TH0、TL0的值就是RC充電時間。

由于MCU工作在5V時，IO口讀到“1”的門限電壓大約為2V，所以要求輸入的電壓高于2V，本例的測試數據從4~12.4V，測試結果參考后面的附錄1。

假設輸入電壓為Ux，IO口門限電壓為2V，則RC充電時間為：

T = - R * C * ln ( 1 – 2 / Ux )

按圖示參數，當輸入為10V時，RC時間大約為446uS，附錄1中實測為447uS。

由于RC時間跟R和C有關，而R的溫漂一般較小，但普通電容的溫漂較大，所以要使用溫漂小并且漏電也小的電容。

由充電公式或曲線圖可知，Ux和RC值的關系是非線性的，所以實際項目使用時，要根據自己的實際電路做一些標定，這樣可以得到比較準確的值。

本方法適用于對測量精度要求不是很高的場合。

附錄1：測量結果和曲線

輸入電壓（V）	Timer 0讀數	時間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

附錄2：C語言程序

/*
功能描述: 使用STC15F系列C版本做的RC測量電壓的例子.
*/
#include "reg51.h"
#define MAIN_Fosc 22118400L //定義主時鐘
#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; //定義模擬串口發送腳，打印信息用
sbit P_RC = P3^2; //RC port
uchar SampleCnt; //發送結果的采樣間隔計數
uchar LineCnt; //每行顯示結果計數
bit B_Over; //超時標志
bit B_ADC_OK; //檢測完成標志
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); //放電時間
B_ADC_OK = 0; //清除ADC結束標志
B_Over = 0; //清除超量程標志
RC_start(); //RC charge-decharge
while(!B_ADC_OK && !B_Over) ; //等待ADC結束或超時
if(B_ADC_OK)
{
if(++SampleCnt >= 100) //1秒鐘發一個結果給串口
{
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個結果后換行
{
LineCnt = 0;
Tx1Send(0x0d); //send CR
Tx1Send(0x0a);
}
}
}
}
}
///////////////////////////////////////////////////////////
//============================================================
// 函數: void delay_ms(unsigned char ms)
// 描述: 延時函數。
// 參數: ms,要延時的ms數.
// 返回: none.
// 版本: VER1.0
// 日期: 2010-12-15
// 備注:
//============================================================
void delay_ms(unsigned char ms)
{
unsigned int i;
do
{
i = MAIN_Fosc / 14000L; //1T
while(--i) ; //13T per loop
}while(--ms);
}
/**************** RC啟動函數 ******************************/
void RC_start(void)
{
//使用Timer 0 計時
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,下降沿中斷
}
/********************* INT0中斷函數 *************************/
void INT0_int (void) interrupt 0 //
{
if(INT0 && !B_Over) //上升沿中斷,無超時
{
TR0 = 0; //deable Timer 0
P_RC = 0; //decharge
adc = TH0; //read the RC time
adc = (adc << 8) + TL0;
B_ADC_OK = 1; //標志ADC結束
}
}
/**************** Timer初始化函數 ******************************/
void InitTimer(void)
{
TMOD = 0; //for STC15Fxxx系列 Timer0 as 16bit reload timer.
TH0 = 0;
TL0 = 0;
ET0 = 1; //允許Timer0中斷
TR0 = 0;
EA = 1; //允許總中斷
}
/********************** Timer0中斷函數************************/
void timer0 (void) interrupt 1
{
TR0 = 0; //超量程關閉
B_Over = 1; //標志超量程
}
/********************** 模擬串口相關函數************************/
void BitTime(void) //位時間函數
{
uint i;
i = ((MAIN_Fosc / 100) * 104) / 130000L - 1; //根據主時鐘來計算位時間
while(--i);
}
//模擬串口發送
void Tx1Send(uchar dat) //9600，N，8，1 發送一個字節
{
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();
}

復制代碼

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

STC15F104W利用RC充放電使用IO口測量外部電壓.DOC (99.5 KB, 下載次數: 40)

ID:424598 · 發表于 2018-12-21 18:31

有實物圖嗎?

ID:67274 · 發表于 2020-4-2 19:56

本帖最后由 a461624201 于 2020-4-2 20:18 編輯

圖為5v電壓，然后取最大位的時間數，判定為5V.循環指令，一個nop，就是一個指令時間，1us/次,對于STC15F104,

ID:67274 · 發表于 2020-4-2 20:14

這個代碼，連接1637后，就會死機，貼上不使用定時器和中斷，循環指令RC測量代碼，
while(1){ dianrong_jiao = 0;
   delay_ms(5);

           sj=0    ;


         dianrong_jiao = 1;

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

ID:67274 · 發表于 2020-4-2 20:27

其實，無論是定時器中斷還是循環nop，另一方面，測量瓷片電容，還是能粗略判斷電容的容量的，有種簡單電容表的感覺。

ID:67274 · 發表于 2020-4-3 00:08

不用STC15F104中斷的，可以接TM1637數碼管的while程序。
while (1)
{ P_RC= 0;

Delay1us(5);
B_ADC_OK= 0; //清除ADC結束標志


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

P_RC= 1;          //RC charge
      TR0 = 1;
ET0 = 1; //允許Timer0中斷
      EA  = 1; //允許總中斷
   while( P_RC==0 ){ };

   if( B_Over==0){
   TR0 = 0;          //關閉定時器
   ET0 = 0;
      EA  = 0;

     adc = TH0;          //取數據
adc = (adc << 8) + TL0;
B_ADC_OK= 1; //標志ADC結束
   }

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