参数选择电容C和定时器位数n的选取原则:电容C的最小充电时间为单片机的计数周期T0。设Rmin为被测电阻的最小值,则充电时间最小值为Tmin=RminClnVDDVDD-VthT0(4)定时器位数n的选取原则:电容C的最大充电时间应该小于单片机的最大定时时间2nT0。设Rmax为被测电阻的最大值,则得充电时间最大值为Tmax=RmaxClnVDDVDD-Vth<2nT0(5)将式(4)与(5)比较,可得1Rmin<1T0lnVDDVDD-VthC<2nRmax(6)在选取电容C和定时/计数器的位数n时,需要综合考虑各个参数来满足式(6)的关系。对PIC16CX系列单片机,其定时/计数器的计数脉冲可以设定为机器周期的m分频,每个机器周期又是振荡周期的4倍<1>,因此计数脉冲的周期<1>为T0=4m/f.
应用举例:假设VDD=5V,Vth=3V,f=8MHz,m=6,则T0=18@6@4=3Ls.带入式(6)得1Rmin 误差分析由RM=TATMRA可看出,RM与VDD、C无关,因此VDD、C的不稳定性不会影响测量结果,在一次测量过程中,由于测量时间是毫秒量级的,因此VDD、C的不稳定性可以忽略。另外,由于两次充电中电路参数、环境温度完全相同,由此产生的偏移误差、增益误差、电容精度误差、电源误差、温度误差等线性误差均被抵消,这就是两次充电的优点所在<2>。但校准电阻RA本身的误差不能消除。测量时间的不定性等。测量性能分析明测量精度为1%.
算法设计与实现给出了应用PIC16CX单片机实现上述测量的软件流程,最后给出了汇编源程序。主程序定义为MAIN、放电子程序定义为DSCHRG、测量定时子程序定义为MTIME和寄存器及常量定义。算术运算子程序因比较简单而省略。主程序中只给出与校准和测量相关的程序段,放电子程序的等待时间应大于实际放电时间,程序中设为1ms,测量定时子程序中测得积分定时时间。
结论用PIC16C5X单片机和电阻式感传器实现非电测量的方法,其优点是所需外围元件少、成本低、编程简单、稳定性、可靠性高,且可以用软校准技术消除系统中各种误差。其缺点是测量精度相对较低(1%)、转换速度为中低速,比较适合在民用微电脑控制的电子产品中应用,当然可以应用于转换速度和精度要求不高的数字测控系统中。
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