微控制器已不是新興事物，對(duì)于微控制器，大家或許都有所了解。在往期文章中，小編對(duì)微控制器做過一定介紹。為進(jìn)一步增進(jìn)大家對(duì)微控制器的了解，本文將對(duì)微控制器測(cè)量電容器電容的方法加以講解。
一、微控制器簡(jiǎn)介
微控制器是將微型計(jì)算機(jī)的主要部分集成在一個(gè)芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。微控制器誕生于20世紀(jì)70年代中期，經(jīng)過20多年的發(fā)展，其成本越來越低，而性能越來越強(qiáng)大，這使其應(yīng)用已經(jīng)無處不在，遍及各個(gè)領(lǐng)域。例如電機(jī)控制、條碼閱讀器/掃描器、消費(fèi)類電子、游戲設(shè)備、電話、HVAC、樓宇安全與門禁控制、工業(yè)控制與自動(dòng)化和白色家電(洗衣機(jī)、微波爐)等。
微控制器(Microcontroller Unit，即MCU)可從不同方面進(jìn)行分類：根據(jù)數(shù)據(jù)總線寬度可分為8位、16位和32位機(jī);根據(jù)存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)可分為Harvard結(jié)構(gòu)和Von Neumann結(jié)構(gòu);根據(jù)內(nèi)嵌程序存儲(chǔ)器的類別可分為OTP、掩膜、EPROM/EEPROM和閃存Flash;根據(jù)指令結(jié)構(gòu)又可分為CISC(Complex InstrucTIon Set Computer)和RISC(Reduced InstrucTIon Set Computer)微控制器。
二、微控制器測(cè)電容
微控制器廣泛用于測(cè)量各種物理變量。測(cè)量中涉及的技術(shù)對(duì)于單個(gè)變量類型可能有所不同，并且主要基于要測(cè)量的變量的特性。下面介紹一些使用微控制器測(cè)量電容器電容的方法。該技術(shù)利用電容器本身的特性，因此具有通用性，可以在任何微控制器中輕松實(shí)現(xiàn)。
1.基于RC時(shí)間常數(shù)
我們知道電容器兩端的電壓不是瞬間建立的。電容器的充電和放電以指數(shù)方式發(fā)生，并且取決于電容器所連接的電阻。當(dāng)電容器(C)通過串聯(lián)電阻(R)從電源電壓(Vin)充電時(shí)，電容器兩端的瞬時(shí)電壓由下式給出：
此處，? = RxC，稱為時(shí)間常數(shù)。如果你把t =?在上式中，您得到
vo(t = RC)= 0.63 Vin。因此，在t = RC時(shí)，電容器兩端的電壓約為電源電壓的63%。
現(xiàn)在，如果您能以某種方式測(cè)量電容器兩端的電壓達(dá)到電源電壓的63%之前的時(shí)間，那么只要知道電阻R即可輕松找到電容值。時(shí)間間隔的測(cè)量可以通過使用微控制器的內(nèi)置定時(shí)器模塊來完成。您需要告訴微控制器何時(shí)啟動(dòng)和何時(shí)停止定時(shí)器。定時(shí)器應(yīng)在開關(guān)S閉合后立即啟動(dòng)，并且必須在電容器電壓達(dá)到0.63 Vin時(shí)停止。現(xiàn)代微控制器配備了一個(gè)或多個(gè)模擬比較器模塊。您可以使用電位計(jì)將比較器的參考引腳設(shè)置為0.63 Vin，然后將電容器兩端的電壓饋入比較器的另一個(gè)輸入。當(dāng)電容器電壓超過0.63 Vin時(shí)，比較器輸出翻轉(zhuǎn)，這可以中斷微控制器以停止定時(shí)器。 Noppharat Tawanron在他的網(wǎng)站上已經(jīng)用PIC單片機(jī)演示了該技術(shù)。
2.基于振蕩電路
電容是確定頻率的主要組成部分。許多振蕩電路，例如使用555定時(shí)器IC的不穩(wěn)定多諧振蕩器。下面所示的555定時(shí)器電路的振蕩頻率由下式給出：假設(shè)R1 = R2 = 10K，則得出C = 48000/f，其中f以Hz為單位，C為在nF中。這樣，可以通過測(cè)量555輸出的頻率間接估算電容。您可以在軟件中創(chuàng)建一個(gè)10毫秒的窗口，并使用定時(shí)器模塊(用作計(jì)數(shù)器)在該窗口中計(jì)算輸出脈沖數(shù)。假設(shè)，如果在10 ms的窗口中到達(dá)N個(gè)脈沖，則C = 480/N，nF。如果得到N = 48，則測(cè)得的電容將為10 nF。
請(qǐng)記住，這兩種方法都依賴于所用電阻值的準(zhǔn)確性。