專利名稱：無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置及其采樣方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號(hào)采樣領(lǐng)域，具體地說是一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置及其采樣方法。
背景技術(shù)：
目前凡是用單片機(jī)采集模擬信號(hào)時(shí)，必須在模擬信號(hào)和單片機(jī)之間加上一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)只能對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。雖然有些單片機(jī)把模數(shù)轉(zhuǎn)換器集成到芯片一起，但是事實(shí)上還是沒有免去模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器價(jià)格比較昂貴，尤其是對(duì)于精度比較高的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器來說尤其明顯，有時(shí)甚至大于單片機(jī)本身的價(jià)格。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了克服目前的單片機(jī)信號(hào)采樣時(shí)存在的上述缺點(diǎn)而提供的一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置及其采樣方法。采用該方法及裝置不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器，就能夠用單片機(jī)的輸入腳直接采樣模擬信號(hào)而進(jìn)行處理，這樣使產(chǎn)品成本降低，而精度卻可以做得很高。
本發(fā)明采取的技術(shù)方案是無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，包括單片機(jī)，其特征在于，還包括一比較器、一開關(guān)電路以及一RC充放電路；所述的開關(guān)電路的輸出端分別與RC充放電路和單片機(jī)的輸入端連接；所述的比較器的一輸入端與待測(cè)電壓連接，該比較器的另一輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)的另一輸入端連接。
上述無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其中，所述的單片機(jī)為帶有捕捉單元的單片機(jī)，其包括計(jì)數(shù)器、捕捉單元、計(jì)算單元、RC指數(shù)表和儲(chǔ)存單元；所述的計(jì)數(shù)器、捕捉單元、計(jì)算單元、RC指數(shù)表和儲(chǔ)存單元順序連接；所述的比較器的輸出端與單片機(jī)中捕捉單元連接。
上述無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其中，所述的開關(guān)電路由一開關(guān)管構(gòu)成，該開關(guān)管的集電極與比較器的負(fù)輸入端連接，該開關(guān)管的發(fā)射極與RC充放電路的接地端連接，該開關(guān)管的基極與單片機(jī)的輸出端連接。
上述無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其中，所述的比較器由一運(yùn)算放大器構(gòu)成；該運(yùn)算放大器的正輸入端與待測(cè)電壓連接，該比較器的負(fù)輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)捕捉單元連接。
一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其特點(diǎn)是，包括以下步驟a、建立一個(gè)RC指數(shù)表，表中預(yù)先存放著每個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的電壓值；b、進(jìn)行采樣時(shí)，打開電源開關(guān)，RC充電電路開始充電，電壓逐漸升高，同時(shí)計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)；c、當(dāng)RC充電電路充電電壓超過待測(cè)電壓時(shí)，比較器的輸出發(fā)生跳變；d、捕捉單元將這個(gè)時(shí)刻的計(jì)數(shù)器值捕捉下來，并送到計(jì)算單元；e、計(jì)算單元根據(jù)計(jì)數(shù)頻率和捕捉下來的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出計(jì)數(shù)時(shí)間；f、根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出來的時(shí)間，與RC指數(shù)表中存放著每個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的電壓值進(jìn)行對(duì)照，得到待測(cè)電壓的電壓值；g、將步驟f得到的采樣電壓的電壓值送到存儲(chǔ)單元存放起來；一次采樣結(jié)束。
上述一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其中，步驟e所述的計(jì)數(shù)時(shí)間是置指RC充電電路從零開始充電一直充到與待測(cè)電壓相等時(shí)所需要的時(shí)間。
上述一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其中，一次采樣結(jié)束后關(guān)閉電源開關(guān)，RC充電電路電壓歸零，重新計(jì)數(shù)。
由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，采用一個(gè)比較器，再加上大多數(shù)單片機(jī)都擁有的中斷捕捉功能就可以完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。比較器的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此本方法的成本低于傳統(tǒng)的方法，但采樣精度普通的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度還高。


本發(fā)明的具體特征性能由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步描述。
圖1是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置的電方框圖。
圖2是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置中單片機(jī)的電路方框圖。
圖3是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置的電路原理圖。
圖4是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
請(qǐng)參閱圖1。本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，包括單片機(jī)1，還包括一比較器2、一開關(guān)電路3以及一RC充放電路4。開關(guān)電路的輸出端分別與RC充放電路和單片機(jī)的輸入端連接；比較器的一輸入端與待測(cè)電壓100連接，該比較器的另一輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)的另一輸入端連接。
請(qǐng)參閱圖2，這是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置單片機(jī)的電路方框圖。所述的單片機(jī)1為帶有寄存器的單片機(jī)，其包括捕捉單元12、計(jì)算單元13、RC指數(shù)表14和儲(chǔ)存單元15以及計(jì)數(shù)器16。計(jì)數(shù)器、捕捉單元、計(jì)算單元、RC指數(shù)表和儲(chǔ)存單元順序連接；比較器的輸出端與單片機(jī)中捕捉單元連接。
請(qǐng)參閱圖3，這是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置的電路原理圖。本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，包括單片機(jī)1，還包括一比較器2和一開關(guān)電路3以及一RC充放電路4。其中比較器由一運(yùn)算放大器K構(gòu)成；該運(yùn)算放大器的正輸入端與待測(cè)電壓100(被采樣的模擬信號(hào))連接，該運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該運(yùn)算放大器的輸出端與單片機(jī)斷捕捉功能端口連接。
開關(guān)電路由一開關(guān)管Q構(gòu)成。該開關(guān)管的集電極與比較器的負(fù)輸入端連接，該開關(guān)管的發(fā)射極與RC充放電路的接地端連接，該開關(guān)管的基極與單片機(jī)的輸出端連接。RC充放電路的電阻R的一端接電源VCC，另一端連接電容C的一端。
平時(shí)單片機(jī)讓開關(guān)管Q導(dǎo)通，電容C被短路，運(yùn)算放大器K的輸出總是為高。當(dāng)需要采樣時(shí)，截止開關(guān)管Q，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，RC充放電路開始充電。當(dāng)電容C上電壓充到與被測(cè)電壓相等時(shí)，運(yùn)算放大器K的輸出翻轉(zhuǎn)。此時(shí)單片機(jī)將計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)捕捉下來。通過計(jì)算單元的數(shù)據(jù)處理就可以計(jì)算出被測(cè)電壓的值，而且已經(jīng)是數(shù)字信號(hào)了。
本發(fā)明采用的單片機(jī)如果是8位捕捉，那么就可以得到一個(gè)相當(dāng)于8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。如果單片機(jī)有兩個(gè)8位捕捉或者一個(gè)16位捕捉，那么就可以得到一個(gè)相當(dāng)于16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度。
本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法的方法是平時(shí)開關(guān)關(guān)閉，電路不工作。需要進(jìn)行采樣時(shí)，打開開關(guān)，RC充電電路開始充電，電壓逐漸升高，同時(shí)計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)。當(dāng)RC充電電路充電電壓超過待測(cè)電壓時(shí)，比較器的輸出發(fā)生跳變。捕捉單元將這個(gè)時(shí)刻的計(jì)數(shù)器值捕捉下來。計(jì)算單元根據(jù)計(jì)數(shù)頻率和捕捉下來的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出計(jì)數(shù)時(shí)間，也就是RC充電電路從零開始充電一直充到與待測(cè)電壓相等時(shí)所需要的時(shí)間。RC指數(shù)表中存放著每個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的電壓值，根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出來的時(shí)間，就可以得到待測(cè)電壓的電壓值。將這個(gè)電壓值送到儲(chǔ)存單元存放起來。
這樣一次采樣就結(jié)束了。結(jié)束的時(shí)候把開關(guān)關(guān)閉。RC充電電路電壓歸零，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)并數(shù)據(jù)清零。
請(qǐng)參閱圖3，這是本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法的流程圖步驟1截止開關(guān)管Q，打開計(jì)數(shù)器。RC充電電路開始充電，同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)。
步驟2是否發(fā)生捕捉？如果沒有，則重復(fù)執(zhí)行步驟2。如果發(fā)生了捕捉，那么向下執(zhí)行步驟3。
步驟3關(guān)閉計(jì)數(shù)器并清零。
步驟4讀出捕捉值，把捕捉到的數(shù)值取出來。
步驟5計(jì)算RC充電電路的充電時(shí)間。根據(jù)單片機(jī)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)頻率和步驟4中讀出的數(shù)值。可以計(jì)算出RC充電電路從開始充電到使得比較器輸出翻轉(zhuǎn)的時(shí)間。
步驟6查對(duì)數(shù)表得到被測(cè)電壓。根據(jù)步驟5得到的時(shí)間，到已經(jīng)建立的對(duì)數(shù)表中查找出對(duì)應(yīng)的被測(cè)電壓值。
步驟7儲(chǔ)存。將步驟6中查得得電壓值儲(chǔ)存到相應(yīng)的儲(chǔ)存器中。
步驟8導(dǎo)通開關(guān)管Q，對(duì)電容C進(jìn)行放電，電路復(fù)位。
步驟9等待下一次采樣。
權(quán)利要求
1.無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，包括單片機(jī)，其特征在于，還包括一比較器、一開關(guān)電路、以及一RC充放電路；所述的開關(guān)電路的輸出端分別與RC充放電路和單片機(jī)的輸入端連接；所述的比較器的一輸入端與待測(cè)電壓連接，該比較器的另一輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)的另一輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其特征在于，所述的單片機(jī)為帶有捕捉單元的單片機(jī)，其包括計(jì)數(shù)器、捕捉單元、計(jì)算單元、RC指數(shù)表和儲(chǔ)存單元；所述的計(jì)數(shù)器、捕捉單元、計(jì)算單元、RC指數(shù)表和儲(chǔ)存單元順序連接；所述的比較器的輸出端與單片機(jī)中捕捉單元連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其特征在于，所述的開關(guān)電路由一開關(guān)管構(gòu)成，該開關(guān)管的集電極與比較器的負(fù)輸入端連接，該開關(guān)管的發(fā)射極與RC充放電路的接地端連接，該開關(guān)管的基極與單片機(jī)的輸出端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置，其特征在于，所述的比較器由一運(yùn)算放大器構(gòu)成；該運(yùn)算放大器的正輸入端與待測(cè)電壓連接，該比較器的負(fù)輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)捕捉單元連接。
5.一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其特征在于，包括以下步驟a、建立一個(gè)RC指數(shù)表，表中預(yù)先存放著每個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的電壓值；b、進(jìn)行采樣時(shí)，打開電源開關(guān)，RC充電電路開始充電，電壓逐漸升高，同時(shí)計(jì)數(shù)器從零開始計(jì)數(shù)；c、當(dāng)RC充電電路充電電壓超過待測(cè)電壓時(shí)，比較器的輸出發(fā)生跳變；d、捕捉單元將這個(gè)時(shí)刻的計(jì)數(shù)器值捕捉下來，并送到計(jì)算單元；e、計(jì)算單元根據(jù)計(jì)數(shù)頻率和捕捉下來的計(jì)數(shù)值可以計(jì)算出計(jì)數(shù)時(shí)間；f、根據(jù)計(jì)算單元計(jì)算出來的時(shí)間，與RC指數(shù)表中存放著每個(gè)時(shí)間對(duì)應(yīng)的電壓值進(jìn)行對(duì)照，得到待測(cè)電壓的電壓值；g、將步驟f得到的采樣電壓的電壓值送到存儲(chǔ)單元存放起來；一次采樣結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其特征在于，步驟e所述的計(jì)數(shù)時(shí)間是置指RC充電電路從零開始充電一直充到與待測(cè)電壓相等時(shí)所需要的時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣方法，其特征在于，一次采樣結(jié)束后關(guān)閉電源開關(guān)，RC充電電路電壓歸零，重新計(jì)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)信號(hào)采樣裝置及其采樣方法，包括單片機(jī)，其特點(diǎn)是，還包括一比較器和一開關(guān)管、以及一RC充放電路；所述的比較器的正輸入端與待測(cè)電壓連接，該比較器的負(fù)輸入端與RC充放電路的輸出端連接，該比較器的輸出端與單片機(jī)中斷捕捉功能端連接；所述的開關(guān)管的集電極與比較器的負(fù)輸入端連接，該開關(guān)管的發(fā)射極與RC充放電路的接地端連接，該開關(guān)管的基極與單片機(jī)的輸出端連接。采用一個(gè)比較器，再加上大多數(shù)單片機(jī)都擁有的中斷捕捉功能就可以完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。比較器的價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因此本裝置的成本低于傳統(tǒng)的裝置，但采樣精度比普通的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度還高。
文檔編號(hào)G01R19/25GK101063693SQ200610026169
公開日2007年10月31日 申請(qǐng)日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月28日
發(fā)明者宣昆 申請(qǐng)人:上海森昌電氣科技有限公司