專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電容、電阻、電感－數(shù)字轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子電路尤其涉及一種將電容量、電阻值、電感量轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電路，以采用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)將電容電阻電感值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，增加測(cè)量通道而基本不增加電路即可進(jìn)行測(cè)量。
在科技生產(chǎn)生活中，經(jīng)常需要將電子元件中電容器值、電阻值、電感量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，如溫度傳感器，濕度傳感器，壓力傳感器，位置傳感器等。常規(guī)變換方法是通過(guò)變換電路和放大電路將其變換放大為電壓值，再由模/數(shù)電路變換成數(shù)字量，如果需要多路同時(shí)測(cè)量，則需要多個(gè)變換器、放大器和換路開(kāi)關(guān)，這樣電路就比較復(fù)雜，元器件比較多，成本也較高。
本發(fā)明目的在于提供一種將電容量、電阻值、電感量轉(zhuǎn)換為數(shù)字的低復(fù)雜度和低成本的通過(guò)數(shù)字電路直接實(shí)現(xiàn)的電路。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種電容、電阻、電感數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，由電容、電感、電阻、比較器、計(jì)時(shí)器、控制器、電控開(kāi)關(guān)組成，其中每個(gè)電容、電阻都與控制器控制的電控開(kāi)關(guān)相連，控制器可通過(guò)電控開(kāi)關(guān)控制電容選通電阻組成阻容充放電回路，可測(cè)電阻和電容，電容與電阻相連的一端與比較器相連，比較器的參考電壓與比較器相連，比較器輸出與計(jì)時(shí)器相連，電控開(kāi)關(guān)控制信號(hào)與計(jì)時(shí)器相連，計(jì)時(shí)器計(jì)量充放電時(shí)間；上述電阻可換成電感組成感容充放電回路來(lái)測(cè)量電感和電容；所述的電控開(kāi)關(guān)，其電控開(kāi)關(guān)多個(gè)串聯(lián)可測(cè)量傳感器矩陣。
本發(fā)明是通過(guò)電容-電阻或電容-電感充(放)電過(guò)程將對(duì)元件值的計(jì)量轉(zhuǎn)換為對(duì)時(shí)間的計(jì)量。本發(fā)明包括一組電容-電阻或電容-電感通過(guò)控制器控制的電控開(kāi)關(guān)連接起來(lái)的充(放)電回路，電容器上電壓與比較器參考電壓(即標(biāo)準(zhǔn)電壓)比較，比較器輸出電壓由計(jì)時(shí)器轉(zhuǎn)換為時(shí)間計(jì)時(shí)。充(放)電中，電容值、電阻值、電感量均與時(shí)間成正比，通過(guò)充(放)電到參考電壓的時(shí)間來(lái)計(jì)量電容、電阻、電感的值。本發(fā)明與通常技術(shù)比具有以下優(yōu)點(diǎn)該電路總成本小于10元，小于AD0809 A/D芯片的價(jià)格。
該電路實(shí)現(xiàn)綜合精度優(yōu)于0.5％。
常規(guī)方法是通過(guò)變換器及放大器將其變換放大為電壓再通過(guò)A/D電路進(jìn)行變換，如需要多路測(cè)量，則需要多個(gè)變換器、放大器及相應(yīng)換路開(kāi)關(guān)，這樣電路就比較復(fù)雜，元器件比較多，成本也較高。本發(fā)明采用簡(jiǎn)單的數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)將電容、電阻、電感值轉(zhuǎn)換為數(shù)字，增加測(cè)量通道而基本不增加電路即可進(jìn)行變換。常規(guī)方法接線無(wú)法共用，測(cè)試線路至少需2n條，而本發(fā)明可共用一條線，測(cè)試線路只須n+1條，從而節(jié)省了線路費(fèi)用。(n為被測(cè)元件個(gè)數(shù))常規(guī)方法通常模/數(shù)電路在微處理器外，需要接口電路才能將測(cè)試數(shù)據(jù)送入微處理器，而本方法可以使用微處理器的計(jì)時(shí)器，省去接口電路，從而節(jié)約了處理器有限的外部接口和引線，可以使電路更加小巧。
本發(fā)明能識(shí)別傳感器是否短路或開(kāi)路。
本發(fā)明所使用電路均采用數(shù)字電路，避免了采用模擬，數(shù)字兩種電路所提高的成本。下面結(jié)合附圖及實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
附

圖1為本發(fā)明將電容、電阻、電感值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的實(shí)施例的原理圖。附圖2為本發(fā)明將電容、電阻、電感值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的應(yīng)用集成元件的電路圖。附圖3為本發(fā)明將電容器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的實(shí)施例的原理圖。附圖4為本發(fā)明將電容器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的應(yīng)用集成元件電路圖。附圖5為本發(fā)明將電阻器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的實(shí)施例的原理圖。附圖6為本發(fā)明將電阻器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的應(yīng)用集成元件的電路圖。附圖7為本發(fā)明將電感量轉(zhuǎn)換為數(shù)字的實(shí)施例的原理圖。附圖8為本發(fā)明將電感量轉(zhuǎn)換為數(shù)字的應(yīng)用集成元件的電路圖。附圖9為控制開(kāi)關(guān)二維矩陣線路的原理圖。
本發(fā)明的工作過(guò)程是參見(jiàn)附圖1，電路原始狀態(tài)電壓24不等于電壓17，參考電壓25(標(biāo)準(zhǔn)電壓)值處于電壓24、17之間且相對(duì)穩(wěn)定，電控開(kāi)關(guān)14、15、16可將電容器1、2、3接到電阻4或電壓17上形成充(放)電回路。開(kāi)始，控制器27控制電控開(kāi)關(guān)14接通電阻4，電控開(kāi)關(guān)18接通電阻4，計(jì)時(shí)器12打開(kāi)，電壓24通過(guò)電控開(kāi)關(guān)18、電阻4、電控開(kāi)關(guān)14、電容器1、電壓13形成充(放)電回路，電容器1上電壓電壓10與比較器26參考電壓25進(jìn)行比較，比較器26輸出電壓11送給計(jì)時(shí)器12轉(zhuǎn)換成時(shí)間計(jì)時(shí)。然后，當(dāng)電壓10升(或降)到與電壓25相等時(shí)，控制器27控制計(jì)時(shí)器12關(guān)閉，同時(shí)控制電控開(kāi)關(guān)18斷開(kāi)，電控開(kāi)關(guān)14接通電壓17，為電容1放(充)電。以此類(lèi)推，可從計(jì)時(shí)器12讀到電容-電阻的充(放)電時(shí)間。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保證電壓24、25、17、13穩(wěn)定。
通過(guò)電阻-電容或電感-電容充(放)電公式可知電容量與充電時(shí)間成正比，電阻-電容震蕩公式τ=-1n[1-Vc/(V1-V2)]RC，即C=τ/-1n[1-Vc/(V1-V2)]R，式中τ為充(放)電時(shí)間單位為秒，C為電容單位為法拉，R為電阻單位為歐姆，Vc為參考電壓25、V1為電壓24、V2為電壓17單位為伏特，從而將充電過(guò)程中電壓與時(shí)間的非線性的關(guān)系變換為電容與時(shí)間的線性關(guān)系，在電阻4、電壓25、24、17、13已知的情況下，電容器值可以求出。同理，電容器已知，其他電壓已知，電阻值也可以求出。電感在充(放)電過(guò)程中作用等效為電阻，由電容-電感充(放)電公式可知，電感量與充(放)電時(shí)間也成正比，故此，可將電容-電感充(放)電過(guò)程中電壓與時(shí)間的非線性的關(guān)系變換為電感與時(shí)間的線性關(guān)系，通過(guò)已知各電容器值、電壓值，可求出電感量，已知電感量，可求出電容器值。利用電阻和電感對(duì)不同大小的電容充(放)電效果有所不同，可求出大小不同的電阻、電感值。充(放)電公式中1n[1-Vc/(V1-V2)]R為常數(shù)，如果電路中電容采用部分標(biāo)準(zhǔn)電容，其數(shù)值已知，通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電容充電(或放電)時(shí)間，計(jì)算出不同電容器值與時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系式，那么，將被測(cè)電容器在剛充(放)電回路中取代標(biāo)準(zhǔn)電容充(放)電到參考電壓，則可通過(guò)計(jì)時(shí)器輸出的時(shí)間直接求得被測(cè)電容器值。用這種方法不必知道電阻4、電壓24、25、17、13具體數(shù)值，只要它們穩(wěn)定。同理，采用部分標(biāo)準(zhǔn)電阻，部分標(biāo)準(zhǔn)電感，可求出其他被測(cè)電阻、電感值。測(cè)試中控制器可控制多組電控開(kāi)關(guān)，從而可以組成測(cè)試矩陣用于測(cè)量更多傳感器。值得說(shuō)明的是上述的電容、電阻、電感均可有若干個(gè)，此實(shí)施例僅對(duì)每種畫(huà)出三個(gè)，另外矩陣可用二維的或二維以上的。附圖2為本發(fā)明的一種應(yīng)用集成元件原理圖，其中，分壓電阻32、33提供比較電壓25,MC4053開(kāi)關(guān)元件29包含電控開(kāi)關(guān)14、15、16，MC4051開(kāi)關(guān)元件30包含電控開(kāi)關(guān)18、19、20、21、22、23，AT89F2051單片機(jī)31內(nèi)含比較器26、計(jì)數(shù)器12、控制器27，單片機(jī)31通過(guò)連接線28、34控制開(kāi)關(guān)元件29和30。
本發(fā)明可以組成將電容器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電路。
工作過(guò)程參看附圖3，電路原始狀態(tài)電壓24不等于電壓17，參考電壓25值處于電壓24、17之間且相對(duì)穩(wěn)定，電控開(kāi)關(guān)14、15、16可將電容器1、2、3接到電阻4或電壓17上形成充(放)電回路。開(kāi)始，控制器27控制電控開(kāi)關(guān)14接通電阻4，計(jì)時(shí)器12打開(kāi)，電壓24通過(guò)電阻4、電控開(kāi)關(guān)14、電容器1、電壓1 3為電容器1充(放)電，電容器1上電壓電壓10與比較器26參考電壓25進(jìn)行比較，比較器26輸出電壓11送給計(jì)時(shí)器12轉(zhuǎn)換成時(shí)間計(jì)時(shí)。然后，當(dāng)電壓10升(或降)到與電壓25相等時(shí)，控制器27控制計(jì)時(shí)器12關(guān)閉，電控開(kāi)關(guān)14接通電壓17，為電容1放(充)電。以此類(lèi)推，可從計(jì)時(shí)器12讀到電容器的充(放)電時(shí)間。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保證電壓24、25、17、13穩(wěn)定。同上所述，可求得電容器值。
附圖4為本發(fā)明將電容器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的一種應(yīng)用集成元件原理圖，其中，分壓電阻32、33提供比較電壓25,MC4053開(kāi)關(guān)元件29包含電控開(kāi)關(guān)14、15、16,AT89F2051單片機(jī)31內(nèi)含比較器26、計(jì)數(shù)器12、控制器27，單片機(jī)31通過(guò)連接線28控制開(kāi)關(guān)元件29。
本發(fā)明可以組成將電阻器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電路。
工作過(guò)程參看附圖5，電路原始狀態(tài)電壓24不等于電壓17，參考電壓25(標(biāo)準(zhǔn)電壓)值處于電壓24、17之間且相對(duì)穩(wěn)定，電控開(kāi)關(guān)14可將電容器1接到電壓17上形成充(放)電回路。開(kāi)始，控制器27控制電控開(kāi)關(guān)18接通電阻4、電控開(kāi)關(guān)14斷開(kāi)，計(jì)時(shí)器12打開(kāi)，電壓24通過(guò)電控開(kāi)關(guān)18、電阻4、電容器1、電壓13形成充(放)電回路，電容器1上電壓電壓10與比較器26參考電壓25進(jìn)行比較，比較器26輸出電壓11送給計(jì)時(shí)器12轉(zhuǎn)換成時(shí)間計(jì)時(shí)。然后，當(dāng)電壓10升(或降)到與電壓25相等時(shí)，控制器27控制計(jì)時(shí)器12關(guān)閉，同時(shí)控制電控開(kāi)關(guān)18斷開(kāi)，電控開(kāi)關(guān)14接通電壓17，為電容1放(充)電。以此類(lèi)推，可從計(jì)時(shí)器12讀到電容-電阻的充(放)電時(shí)間。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保證電壓24、25、17、13穩(wěn)定。同上所述，可求得電阻器值。
附圖6為本發(fā)明將電阻器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的一種應(yīng)用集成元件原理圖，其中，分壓電阻32、33提供比較電壓25,MC4051開(kāi)關(guān)元件30包含電控開(kāi)關(guān)18、19、20,AT89F2051單片機(jī)31內(nèi)含比較器26、計(jì)數(shù)器12、控制器27，單片機(jī)31通過(guò)連接線34控制開(kāi)關(guān)元件30。
本發(fā)明可以組成將電感器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的電路。
工作過(guò)程參看附圖7，電路原始狀態(tài)電壓24不等于電壓17，參考電壓25(標(biāo)準(zhǔn)電壓)值處于電壓24、17之間且相對(duì)穩(wěn)定，電控開(kāi)關(guān)14可將電容1接到電壓17上形成充(放)電回路。開(kāi)始，控制器27控制電控開(kāi)關(guān)14斷開(kāi)，電控開(kāi)關(guān)21接通電感7，計(jì)時(shí)器12打開(kāi)，電壓24通過(guò)電控開(kāi)關(guān)21、電阻4、電容器1、電壓13形成充(放)電回路，電容器1上電壓電壓10與比較器26參考電壓25進(jìn)行比較，比較器26輸出電壓11送給計(jì)時(shí)器12轉(zhuǎn)換成時(shí)間計(jì)時(shí)。然后，當(dāng)電壓10升(或降)到與電壓25相等時(shí)，控制器27控制計(jì)時(shí)器12關(guān)閉，同時(shí)控制電控開(kāi)關(guān)21斷開(kāi)，電控開(kāi)關(guān)14接通電壓17，為電容1放(充)電。以此類(lèi)推，可從計(jì)時(shí)器12讀到電容-電阻的充(放)電時(shí)間。測(cè)試過(guò)程中應(yīng)保證電壓24、25、17、13穩(wěn)定。同上所述，可求得電感器值。
附圖8為本發(fā)明將電感器值轉(zhuǎn)換為數(shù)字的一種應(yīng)用集成元件原理圖，其中，分壓電阻32、33提供比較電壓25,MC4051開(kāi)關(guān)元件30包含電控開(kāi)關(guān)21、22、23,AT89F2051單片機(jī)31內(nèi)含比較器26、計(jì)數(shù)器12、控制器27，單片機(jī)31通過(guò)連接線34控制開(kāi)關(guān)元件30。
以上各電路圖中開(kāi)關(guān)可由開(kāi)關(guān)的等效電路代替，如MOS開(kāi)關(guān)器件，三極管開(kāi)關(guān)器件等。
利用以上電路還可以判斷元件的某些故障，例如，當(dāng)計(jì)時(shí)為0時(shí)可判斷被測(cè)電容器開(kāi)路，或被測(cè)電阻、電感短路。當(dāng)計(jì)時(shí)為無(wú)窮大時(shí)，可判斷被測(cè)電容器短路或被測(cè)電阻、電感開(kāi)路。
如圖9所示，這是一個(gè)二維矩陣，將四個(gè)電控開(kāi)關(guān)串聯(lián)后，一個(gè)橫向開(kāi)關(guān)和一個(gè)縱向開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi)可以選通一個(gè)電阻，通過(guò)橫向開(kāi)關(guān)和縱向開(kāi)關(guān)組合即可測(cè)此傳感器矩陣。
權(quán)利要求
1．一種電容、電阻、電感數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，由電容、電感、電阻、比較器、計(jì)時(shí)器、控制器、電控開(kāi)關(guān)組成，其特征在于每個(gè)電容、電阻都與控制器控制的電控開(kāi)關(guān)相連，控制器可通過(guò)電控開(kāi)關(guān)控制電容選通電阻組成阻容充放電回路，可測(cè)電阻和電容，電容與電阻相連的一端與比較器相連，比較器的參考電壓與比較器相連，比較器輸出與計(jì)時(shí)器相連，電控開(kāi)關(guān)控制信號(hào)與計(jì)時(shí)器相連，計(jì)時(shí)器計(jì)量充放電時(shí)間，所述的電阻可換成電感組成感容充放電回路來(lái)測(cè)量電感和電容。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電容、電阻、電感數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，其特征在于所述的電控開(kāi)關(guān)，其電控開(kāi)關(guān)多個(gè)串聯(lián)可測(cè)量傳感器矩陣。
全文摘要
一種電容、電阻、電感數(shù)字轉(zhuǎn)換電路。每個(gè)電容、電阻、電感連接控制器控制的電控開(kāi)關(guān),比較器連計(jì)時(shí)器,計(jì)時(shí)器連控制器,電控開(kāi)關(guān)控制電容選通電阻或電感組成阻容或感容充放電回路可測(cè)電阻和電容或電感和電容,電容一端連比較電路,計(jì)時(shí)器計(jì)量充放電時(shí)間,串聯(lián)多個(gè)開(kāi)關(guān)可測(cè)傳感器矩陣,本發(fā)明將元件的測(cè)試問(wèn)題轉(zhuǎn)化為時(shí)序問(wèn)題,采用數(shù)字電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換,簡(jiǎn)化了過(guò)去將元件值轉(zhuǎn)化為模擬電量后進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換的復(fù)雜電路。
文檔編號(hào)H03M1/50GK1289048SQ9911940
公開(kāi)日2001年3月28日 申請(qǐng)日期1999年9月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月21日
發(fā)明者容云 申請(qǐng)人:容云