專利名稱：利用一個(gè)i/o口實(shí)現(xiàn)a/d轉(zhuǎn)換的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)模轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，特別涉及一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法和裝置。

背景技術(shù)：
在某些特定的場合，主要是數(shù)字電子應(yīng)用方面，需要一個(gè)模擬信號輸入來做一些基本的模擬量的測量，并通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
但是A/D轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也很高。對于A/D轉(zhuǎn)換精度要求不高的測量，則可以利用成本低的A/D轉(zhuǎn)換裝置來充當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，旨在降低A/D轉(zhuǎn)換的使用成本。
本發(fā)明利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，與被測部件連接，用于將被測部件的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，包括I/O口、電容、計(jì)數(shù)器及運(yùn)算器，其中， 上述電容，與I/O口連接，根據(jù)I/O口的輸入或者輸出呈充電或放電狀態(tài)；該電容與上述被測部件并聯(lián)； 上述計(jì)數(shù)器，用于測量電容的放電時(shí)間； 上述運(yùn)算器，根據(jù)所述計(jì)數(shù)器測量的放電時(shí)間計(jì)算被測部件的數(shù)字值。
優(yōu)選地，上述電容的放電過程為恒定電流放電。
優(yōu)選地，上述計(jì)數(shù)器在I/O口由輸出轉(zhuǎn)為輸入時(shí)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測I/O口的電壓等于低電平門限電壓時(shí)，停止計(jì)數(shù)。
優(yōu)選地，上述運(yùn)算器通過采用預(yù)存的運(yùn)算公式來計(jì)算被測部件的數(shù)字值，其中運(yùn)算公式為 ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值；其中G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件兩端的電壓。
優(yōu)選地，上述裝置還包括電源、固定電阻、三極管、LED燈及限流電阻，其中， 上述固定電阻的一端與所述被測部件連接，另一端與三極管的發(fā)射極連接； 上述三極管的基極與LED燈的正極連接，集電極與所述電容連接； 上述LED燈的正極還與限流電阻連接，負(fù)極接地； 所述限流電阻還與電源連接。
本發(fā)明還提供了一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，該方法包括以下步驟 當(dāng)I/O口為輸出狀態(tài)時(shí)，對電容進(jìn)行充電； 待電容充電達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，I/O口轉(zhuǎn)換為輸入狀態(tài)； 計(jì)算電容通過被測部件的放電時(shí)間； 根據(jù)電容的放電時(shí)間，計(jì)算被測部件的數(shù)字值。
優(yōu)選地，上述計(jì)算電容通過被測部件的放電時(shí)間的步驟包括 計(jì)數(shù)器開啟； 待I/O口檢測到低電平電壓時(shí)，計(jì)數(shù)器關(guān)閉，獲得電容的放電時(shí)間。
優(yōu)選地，上述根據(jù)放電時(shí)間，計(jì)算被測部件的數(shù)字值的步驟包括 根據(jù)放電時(shí)間，通過運(yùn)算公式做運(yùn)算處理，獲得被測部件的數(shù)字值，所述運(yùn)算公式為 ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值；其中G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件兩端的電壓。
優(yōu)選地，上述電容的放電過程為恒電流放電。
本發(fā)明的一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法和裝置，通過計(jì)數(shù)器測量電容的放電時(shí)間，運(yùn)算器根據(jù)放電時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算處理，即可得出被測部件的數(shù)字值，因而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。而且，該裝置只是利用了一個(gè)I/O口及電容、電阻等低成本的器件，大大降低了A/D轉(zhuǎn)換的成本。



圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施例中利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是上述實(shí)施例中電容放電過程的示意圖； 圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例中利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明第三實(shí)施例中利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法的流程示意圖。
本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施例方式 應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
參照圖1，提出第一實(shí)施例的一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，與被測部件10連接，用于將被測部件10的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。該裝置包括I/O口、電容C1，計(jì)數(shù)器20和運(yùn)算器30。電容C1與I/O口連接。電容C1與被測部件10并聯(lián)連接且形成充、放電回路。被測部件10一端與電源V連接，另一端接地。
當(dāng)I/O口作為輸出時(shí)，電源V對電容C1進(jìn)行充電，將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的值，即此時(shí)電容C1兩端的電壓為Vdd。此時(shí)，將I/O口由輸出轉(zhuǎn)為輸入，則電容C1將通過被測部件10進(jìn)行放電，開啟計(jì)數(shù)器20開始計(jì)數(shù)。待電容C1放電至I/O口的低電平門限電壓Vth時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)器20。將計(jì)數(shù)器20所計(jì)的數(shù)與計(jì)數(shù)周期相乘，即可獲得電容C1的放電時(shí)間ΔT。
運(yùn)算器30根據(jù)該放電時(shí)間ΔT，計(jì)算出被測部件10的值。該運(yùn)算器30采用的公式為ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值。其中，G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件10兩端的電壓。
上述被測部件10可以為溫度傳感器、壓力傳感器等。
下面將詳細(xì)敘述該公式的原理，其中，為了更方便地說明，以下將被測部件的數(shù)字值用電阻R來代替 (1)、電流大小與電容電量之間的關(guān)系式如下 I/C＝dv/dt.................................................公式(1) (2)如果經(jīng)過電容的電流是恒定的，那么充電時(shí)電容電壓上升的速率也是恒定的，實(shí)際上也就是說對電容的充放電斜坡的斜率是由電容參數(shù)值和充放電電流值決定的。如圖2所示。
ΔT＝ΔV*C/I...............................................公式(2) ΔT為電容放完一次電用的時(shí)間，ΔV為電容放完一次電后的電壓差。
(3)假設(shè)放電電流是恒定的，那么公式(2)中可以用V/R代替這個(gè)恒定的I(被測電阻的大小決定放電電流的大小，電容電壓以恒定電流從Vdd放電到Vth。)，因此得到 ΔT＝ΔV*RC/V..............................................公式(3) (4)假設(shè)公式(3)中ΔV，V，C的值是恒定的，那么ΔT與R就存在一個(gè)線性的對應(yīng)關(guān)系。即， ΔT＝G*R...............................................公式(4) 其中，G＝(Vdd-Vth)*C/Ve，而且可知G為常量。
因此，只要獲得ΔT(電容的放電時(shí)間)，再由公式(4)就可得出R的值，即上述被測部件10的數(shù)字值。
本實(shí)施例的一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，通過計(jì)數(shù)器測量電容的放電時(shí)間，運(yùn)算器根據(jù)放電時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算處理，即可得出被測部件的數(shù)字值，因而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。而且，該裝置只是利用了I/O口及電容、電阻等低成本的器件，大大降低了A/D轉(zhuǎn)換的成本。
參照圖3，提出了第二實(shí)施例的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置。該裝置與第一實(shí)施例中的裝置的區(qū)別在于，還包括固定電阻R2，三極管T1，限流電阻R1及LED燈D1。限流電阻R1的一端與電源V連接，另一端與LED燈D1的正極連接。LED燈D1的負(fù)極與地連接。三極管T1的基極與LED燈D1的正極連接，集電極與電容C1的一端連接，發(fā)射極與固定電阻R2的一端連接。固定電阻R2的另一端與上述被測部件10連接。LED燈D1可以為三極管T1的基極提供一個(gè)恒定的電壓，使得三極管T1一致處于導(dǎo)通狀態(tài)，則此時(shí)的Ve為三極管T1的基極電壓減去三極管T1的導(dǎo)通電壓。通過LED燈D1的狀態(tài)可以檢查該裝置是否正常工作。
上述第二實(shí)施例中，運(yùn)算器30采用的公式相應(yīng)地修改為 ΔT＝G*(R2+被測部件的數(shù)字值)..................................公式(5) 公式(5)中G＝(Vdd-Vth)*C/Ve，且G為常量。當(dāng)不知道G的值時(shí)，可以將被測部件的數(shù)字值設(shè)置為零，通過計(jì)數(shù)器測量電容C1的放電時(shí)間ΔT，R2為固定值，根據(jù)公式(5)即可求出G的值。
本實(shí)施例通過增加限流電阻R1、LED燈D1、固定電阻R2和三極管T1，使得整個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的精度更高。
參照圖4，提出了第三實(shí)施例的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，應(yīng)用于上述第一例的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置。該方法包括以下步驟 S10、當(dāng)I/O口為輸出狀態(tài)，對電容進(jìn)行充電； I/O口既可以作輸入口，也可以作輸出口。當(dāng)I/O口作為輸出口時(shí)，則+5V的電源將對電容進(jìn)行充電。
S11、待電容達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，I/O口轉(zhuǎn)換為輸入狀態(tài)； 當(dāng)電容充電并達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，即Vdd。
S12、計(jì)算電容對被測部件的放電時(shí)間； 當(dāng)電容的電壓達(dá)到穩(wěn)定值Vdd時(shí)，I/O口由為輸入口，則電容通過被測部件進(jìn)行放電，并且控制計(jì)數(shù)器開啟，開始計(jì)數(shù)。當(dāng)電容放電后的電壓等于I/O口的低電平門限電壓Vth時(shí)，控制計(jì)數(shù)器關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。再將計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)與計(jì)數(shù)周期相乘，即可計(jì)算出電容對被測部件的放電時(shí)間ΔT。
S13、根據(jù)電容的放電時(shí)間，計(jì)算被測部件的數(shù)字值。
計(jì)算被測部件的值時(shí)采用的公式為 ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值......................................公式(6) 其中，G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容C1的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件兩端的電壓。因此，只要獲得ΔT(電容的放電時(shí)間)，再由公式(6)就可得出被測部件的數(shù)字值。
本實(shí)施例的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，通過對電容的放電時(shí)間進(jìn)行測量，再通過計(jì)算可以獲得被測部件的阻值，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，與被測部件連接，用于將被測部件的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值，其特征在于，包括I/O口、電容、計(jì)數(shù)器及運(yùn)算器，其中，
所述電容與I/O口連接，根據(jù)I/O口的輸入或者輸出呈充電或放電狀態(tài)；該電容與所述被測部件并聯(lián)；
所述計(jì)數(shù)器，用于測量電容的放電時(shí)間；
所述運(yùn)算器，根據(jù)所述計(jì)數(shù)器測量的放電時(shí)間計(jì)算被測部件的數(shù)字值。
2.如權(quán)利要求1所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述電容的放電過程為恒定電流放電。
3.如權(quán)利要求2所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器在I/O口由輸出轉(zhuǎn)為輸入時(shí)開始計(jì)數(shù)，當(dāng)檢測I/O口的電壓等于低電平門限電壓時(shí)，停止計(jì)數(shù)。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述運(yùn)算器通過采用預(yù)存的運(yùn)算公式來計(jì)算被測部件的數(shù)字值，所述運(yùn)算公式為
ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值；其中G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件兩端的電壓。
5.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的裝置，其特征在于，所述裝置還包括電源、固定電阻、三極管、LED燈及限流電阻，其中，
所述固定電阻的一端與所述被測部件連接，另一端與三極管的發(fā)射極連接；
所述三極管的基極與LED燈的正極連接，集電極與所述電容連接；
所述LED燈的正極還與限流電阻連接，負(fù)極接地；
所述限流電阻還與電源連接。
6.一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，包括以下步驟
當(dāng)I/O口為輸出狀態(tài)時(shí)，對電容進(jìn)行充電；
待電容充電達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)，I/O口轉(zhuǎn)換為輸入狀態(tài)；
計(jì)算電容通過被測部件的放電時(shí)間；
根據(jù)電容的放電時(shí)間，計(jì)算被測部件的數(shù)字值。
7.如權(quán)利要求5所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述計(jì)算電容通過被測部件的放電時(shí)間的步驟包括
計(jì)數(shù)器開啟；
待I/O口檢測到低電平門限電壓時(shí)，計(jì)數(shù)器關(guān)閉，獲得電容的放電時(shí)間。
8.如權(quán)利要求6所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述根據(jù)放電時(shí)間，計(jì)算被測部件的數(shù)字值的步驟包括
根據(jù)放電時(shí)間，通過運(yùn)算公式做運(yùn)算處理，獲得被測部件的數(shù)字值，所述運(yùn)算公式為
ΔT＝G*被測部件的數(shù)字值；其中G＝(Vdd-Vth)*C/Ve為常量，Vdd為I/O作為輸出時(shí)，電容的充電電壓，Vth為I/O口的低電平門限電壓，Ve為所述被測部件兩端的電壓。
9.如權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，其特征在于，所述電容的放電過程為恒定流放電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法和裝置，用于將被測部件的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。該裝置包括I/O口、電容、計(jì)數(shù)器及運(yùn)算器。其中，電容與I/O口連接，根據(jù)I/O口的輸入或者輸出呈充電或放電狀態(tài)；該電容還與被測部件并聯(lián)。計(jì)數(shù)器用于測量電容的放電時(shí)間。運(yùn)算器可以根據(jù)放電時(shí)間，計(jì)算出被測部件的數(shù)字值。本發(fā)明的一種利用一個(gè)I/O口實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法和裝置，通過計(jì)數(shù)器測量電容的放電時(shí)間，運(yùn)算器根據(jù)放電時(shí)間進(jìn)行運(yùn)算處理，即可得出被測部件的數(shù)字值，因而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。而且，該裝置只是利用了I/O口及電容、電阻等低成本的器件，大大降低了A/D轉(zhuǎn)換的成本。
文檔編號H03M1/12GK101789790SQ20091023901
公開日2010年7月28日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者王超, 劉建偉, 李志娟 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司