[發明專利]一種利用嵌入式處理器數字端口測量電阻的方法及電路有效

申請號：	201710686249.6	申請日：	2017-08-11
公開（公告）號：	CN107656140B	公開（公告）日：	2019-06-18
發明（設計）人：	楊永友;王自力;底青云;陳文軒;張文秀;孫云濤;鄭健;洪林峰;謝棋軍	申請（專利權）人：	中國科學院地質與地球物理研究所
主分類號：	G01R27/02	分類號：	G01R27/02
代理公司：	北京金智普華知識產權代理有限公司 11401	代理人：	巴曉艷
地址：	100029 ***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種利用嵌入式處理器數字端口測量電阻方法電路
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【說明書】：

本發明一種利用嵌入式處理器數字端口測量電阻的方法及電路，具體步驟：先通過參考電阻R0給參考電容C1充放電，使用定時器分別測量充電和放電時間，進而求得充放電時間平均值T_R0；然后通過Rx給C1充放電，使用定時器分別測量充電和放電時間，進而求得充放電時間平均值T_Rx，根據參考電阻R0和計算得到的T_R0和T_Rx代入以下公式，求出測試電阻的阻值Rx,公式如下：Rx=R0*T_Rx/T_R0。該方法既測量給電容充電過程的時間常數，也測量電容放電過程的時間常數，從而降低極化效應，提高測量精度和可靠性。此外，還增加參考電阻，使得可以實時測量電容數值，降低因為電容參數不一致、老化導致數值變化等帶來的誤差。

技術領域

本發明涉及一種測量電阻的方法，尤其是一種利用嵌入式處理器數字端口測量電阻的方法及電路。

背景技術

目前，電阻測量最經典的方法是伏安法，即設法給被測體通入電流I，測量被測體兩端的電壓V，則電阻R=V/I。這種方法需要測量電流I、電壓V，即電路中至少需要2路ADC、電流產生電路，這種方法使用資源較多，是一種模擬和數字電路混合使用的方法。

有人借助嵌入式處理器，設計了使用數字電路測量電阻的方法，這種用法是借助了嵌入式處理器的如下特性:（1）普通數字端口可以設置為輸入或輸出模式，輸入模式下端口為高阻態，流入端口的電流幾乎可以忽略，自帶比較器，在端口輸入電壓高于一定值時判斷為輸入0，高于一定電壓時判斷為輸入1，而輸出模式下則可以流入流出一定的電流值（通常不大10mA）；（2）嵌入式處理器內部有定時器。這種方法的電路為：

其原理是利用了RC充電法，電路見圖1，GPIO_1設置為輸入模式，呈高阻態，GPIO_2設置為輸出模式，步驟如下：

（1）GPIO_2輸出0，將電容C1存儲的電荷釋放完畢，即C1兩端電壓為0；

（2）從T1時刻，GPIO_2輸出1，給電容C1充電，隨著充電進行，C1兩端電壓逐漸上升；

（3）到T2時刻，C1兩端電壓上升到一定數值，使得GPIO_1的狀態被處理器判斷為輸入1；

（4）T1、T2時刻之間的時間差Tx由嵌入式處理器內部定時器測量，此時間差為Rx*C1，即此電路的時間常數，由于C1數值已知，據此可以求出Rx。

這種方法在很多應用中效果良好，如熱敏電阻測溫等。然而，這種電路在測量計時過程中，Rx中電流方向單一，即給電容單向充電，在某些應用中，如測量離子構成的電流通道物體時（如測量液體的電導率、巖石電導率），容易形成極化效應，帶來較大的測量誤差。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種在測量過程中使得被測物體和電容中的電流正反方向流動的方法，既測量給電容充電過程的時間常數，也測量電容放電過程的時間常數，從而降低極化效應，提高測量精度和可靠性。此外，還增加參考電阻，使得可以實時測量電容數值，降低因為電容參數不一致、老化導致數值變化等帶來的誤差。

本發明的技術方案是：一種利用嵌入式處理器數字端口測量電阻的方法，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：通過參考電阻R0給參考電容C1充放電，使用定時器分別測量充電和放電時間，進而求得充放電時間平均值T_R0；

步驟2：通過Rx給C1充放電，使用定時器分別測量充電和放電時間，進而求得充放電時間平均值T_Rx，根據參考電阻R0和得到T_R0和T_Rx代入以下公式，求出測試電阻的阻值Rx,公式如下：

Rx=R0* T_Rx /T_R0。