基于89C51放電法測高阻數據的采集與處理

摘要：對大學物理實驗中放電法測高阻的傳統(tǒng)實驗，采用單片機一計算機接口技術和模數變換技術，用計算機對數據進行處理得出結果。它既可以作為自動化測量設備，也可以作為高年級大學生課程設計或畢業(yè)設計題目，對于拓寬大學生知識面，提高實際動手能力和解決問題能力有一定的價值。
關鍵詞：單片機；A／D轉換器；串口通信；數據采集

高阻，一般指106 Ω以上的電阻，也有人把108～1017Ω的電阻稱之為超高阻。由于電阻值較高，一般測量電阻儀器受量程和靈敏度的限制，準確測量高阻有一定的困難。在工業(yè)中，常采用放電法測量高阻。放電法測高阻原理是將待測高阻與已知電容組成回路，在電容放電時測量電容上的電量(或電壓)隨時間的變化關系，從而確定高阻的阻值。
單片機自20世紀70年代問世以來，以極其高的性能價格比受到人們的重視和關注，發(fā)展速度很快。單片機有體積小，重量輕，抗干擾能力強等優(yōu)點，對環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，開發(fā)較為容易，在實時測量和新型測量儀器方面已得到了廣泛的應用。利用單片機89C51和數字電路技術，將采集到電容上的模擬電壓，經過模數轉換，在單片機89C51的控制下，經串行通信接口送入計算機，由計算機處理后給出測量結果。從而減少人工操作，提高了測量的速度和精確度，使測量高阻實現全自動化。

1 測量原理
圖1是RC放電原理圖。

當開關K扳向A時，電源E給電容C充電，當開關K由A扳向B時，電容C通過電阻R放電。設放電時間為t，則在t時刻電容C上的電量Q、電壓U和RC回路中的電流I之間滿足：

其中負號表示隨著放電時間的增加，電容器極板上的電荷Q隨之減少。注意：Q、U、I 3個量都是時間的函數設初始條件為：t=0時，Q=Q0，則電容上電量隨時間的關系：

式中RC稱為時間常數，一般用τ表示，其物理意義為：當t=τ=RC時，電容上的電量由t=0時的Q0下降到0．368Q0。τ決定放電過程的快慢，τ越大，放電越慢；反之，τ越小，放電越快。當t=5，τ=5RC時，Q=0．005Q0，可以認為放電基本結束。對上式取自然對數有：

若用沖擊電流計測量電容兩端電量時，由于通過電流計的電量Q與電流計光標的第一次最大偏轉距離d成正比(Q∝d)，因此(1)、(2)式可改寫為：