[发明专利]一种利用嵌入式处理器数字端口测量电阻的方法及电路

说明书

本发明一种利用嵌入式处理器数字端口测量电阻的方法及电路，具体步骤：先通过参考电阻R0给参考电容C1充放电，使用定时器分别测量充电和放电时间，进而求得充放电时间平均值T_R0；然后通过Rx给C1充放电，使用定时器分别测量充电和放电时间，进而求得充放电时间平均值T_Rx，根据参考电阻R0和计算得到的T_R0和T_Rx代入以下公式，求出测试电阻的阻值Rx,公式如下：Rx=R0*T_Rx/T_R0。该方法既测量给电容充电过程的时间常数，也测量电容放电过程的时间常数，从而降低极化效应，提高测量精度和可靠性。此外，还增加参考电阻，使得可以实时测量电容数值，降低因为电容参数不一致、老化导致数值变化等带来的误差。

技术领域

本发明涉及一种测量电阻的方法，尤其是一种利用嵌入式处理器数字端口测量电阻的方法及电路。

背景技术

目前，电阻测量最经典的方法是伏安法，即设法给被测体通入电流I，测量被测体两端的电压V，则电阻R=V/I。这种方法需要测量电流I、电压V，即电路中至少需要2路ADC、电流产生电路，这种方法使用资源较多，是一种模拟和数字电路混合使用的方法。

有人借助嵌入式处理器，设计了使用数字电路测量电阻的方法，这种用法是借助了嵌入式处理器的如下特性:（1）普通数字端口可以设置为输入或输出模式，输入模式下端口为高阻态，流入端口的电流几乎可以忽略，自带比较器，在端口输入电压高于一定值时判断为输入0，高于一定电压时判断为输入1，而输出模式下则可以流入流出一定的电流值（通常不大10mA）；（2）嵌入式处理器内部有定时器。这种方法的电路为：

其原理是利用了RC充电法，电路见图1，GPIO_1设置为输入模式，呈高阻态，GPIO_2设置为输出模式，步骤如下：

（1）GPIO_2输出0，将电容C1存储的电荷释放完毕，即C1两端电压为0；

（2）从T1时刻，GPIO_2输出1，给电容C1充电，随着充电进行，C1两端电压逐渐上升；

（3）到T2时刻，C1两端电压上升到一定数值，使得GPIO_1的状态被处理器判断为输入1；

（4）T1、T2时刻之间的时间差Tx由嵌入式处理器内部定时器测量，此时间差为Rx*C1，即此电路的时间常数，由于C1数值已知，据此可以求出Rx。

这种方法在很多应用中效果良好，如热敏电阻测温等。然而，这种电路在测量计时过程中，Rx中电流方向单一，即给电容单向充电，在某些应用中，如测量离子构成的电流通道物体时（如测量液体的电导率、岩石电导率），容易形成极化效应，带来较大的测量误差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种在测量过程中使得被测物体和电容中的电流正反方向流动的方法，既测量给电容充电过程的时间常数，也测量电容放电过程的时间常数，从而降低极化效应，提高测量精度和可靠性。此外，还增加参考电阻，使得可以实时测量电容数值，降低因为电容参数不一致、老化导致数值变化等带来的误差。

本发明的技术方案是：一种利用嵌入式处理器数字端口测量电阻的方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：通过参考电阻R0给参考电容C1充放电，使用定时器分别测量充电和放电时间，进而求得充放电时间平均值T_R0；

步骤2：通过Rx给C1充放电，使用定时器分别测量充电和放电时间，进而求得充放电时间平均值T_Rx，根据参考电阻R0和得到T_R0和T_Rx代入以下公式，求出测试电阻的阻值Rx,公式如下：

Rx=R0* T_Rx /T_R0。