使用一个 I/0 口实现 A/D 转换输入
使用一个 I/O 口实现 A/D 转换输入
档编码:HA0128T
简介
在某些特定的场合,主要是在位电子应用方面,需要一个比信号输入做一些基本的 模拟的测或者是提供可控制的方式使用外部电位器.当然,像这样的需求,由一个内 置 A/D 转换的 MCU 就能极好地实现,但是也可以使用一些经济的外部器件,由一个标准的 字 I/O 口实现一个简单的模拟转换功能.此篇应用将以 HOLTEK 系 MCU 为物件,介 绍如何使用标准的史密特输入口或 CMOS IO 口做为基本的 A/D 转换口使用,为对 A/D 转 换精要求高的应用提供一种超低成本的 A/D 转换实用方案.
功能明
这种模拟转换的原就是通过对某一电容充电达到某个固定的电压值,然后以恒定电进 放电,我们可以通过测放电时间获得当前输入信号的强弱.通过设置 I/O 口为输出高 准位可以迅速对电容进充电,在输出口与电容之间建议接一个 100 欧姆的小电阻限 ,防止大电损坏.电容充电的表达公式如下: Vc = Vo (1-e-t/RC) 此处 Vc 是电容电压,Vo 是 IO 口输出电压(与 MCU 实际工作电压有关) ,将输出口置高 开始对电容充电后仅需短时间的延时,充电电压即可达到 Vo 的 98%,此案中需要的时间大 约为 39μs.完成充电过程后即可将控制口设置为输入态,因为其输入态为高准位,此 时电容就只能通过三极管的发射极对地以恒定的电放电,电大小与发射极上的电 阻有关.改变放电电的大小即会改变放电斜.
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使用一个 I/0 口实现 A/D 转换输入
电大小与电容电之间的关系式如下:
I=C
dV dt
此处 C 是元件的电容,单位是法.dV/dt 是电容上电压变化,单位是伏特/每秒.I 是 过电容的电,单位为安培.如下图所示,如果经电容的电是恒定的,那麼充电时电 容电压上升的速也是恒定的,实际上也就是对电容的充放电斜坡的斜是由电容 值和充放电电值决定的,电压的变化
dV dt
等於
I C
.
Capacitor Charged Quickly Via Output Line Vc 5V Slope Proportional to Discharge Current I/O Input Switching Threshold
0V Timer On Timer Off
Time
PA.0 Mode
Output Mode CLR PAC.0 Input Mode SET PAC.0
0V
Time
在放电时,如果电容与与一个 CMOS 输入端相接,随著电容电压幅的减小,当其幅 低到 CMOS 输入的开关极限值,CMOS 输入端将从高准位变为低准位.使用内部定时/计 器从放电周期开始对输入端进监测.当输入端出现下缘时,如果定时计器停止计 ,计时器暂存器的剩余值是与放电电成比的,放电电大小是由发射极的个电阻 决定的,其中一个电阻是电位器.
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硬体部分
硬体电很简单,由极少的标准元器件组成.用一个红色的 LED 提供一个大约 1.8V 的考 电压,它还具有提供电源指示的功能.当然,同颜色的 LED 或几个低功的二极体, 如 IN4148,也可以作为选择.这个 LED 的正向电压,与 Q1 基极到射极之间的电压相减, 得出电阻 R2 和 R3 上的电压,从而在 Q1 的发射极产生一个恒源.这将在三极管的 集电极产生一个恒定的电,该电即为放电电.三极管的集电极电同基极电的关 系,是由三极管的 hfe 值决定的,与外部电的精确无关.几乎所有的 NPN 型三极管都可 以应用到该电中.一个 I/O 引脚经一个 100 欧姆的电阻与电容接,当充电时,这个电阻 对电容具有限保护作用.在放电期间,I/O 口具有高输入阻抗,所以会影响 A/D 转换的 精确.R2 的作用是当 R3 电位计在最小值时,确保三极管工作在非饱和区,并维持电 源工作.如果选择 R2 为 1.2K,提供的电源的值大约为 1mA,选取较小的电阻值以於 计算.选取 R3 为 10K 是有作用的,当其在较大值时可减少功耗,并且可以防止外界干扰.
该使用 HT48F06E Flash I/O 型微控制器,事实上任何一款带有史密特触发,CMOS I/O 结 构的 Holtek 微控制器都可以使用.注意,NMOS 型 I/O 引脚适合於该应用.如果电容放电 电压的下缘下相对比较缓慢,非史密特型的 CMOS 输入也适用於该应用,因为缓慢 的下缘输入在电压到门限电压时能产生一个明确的辑转换.

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