PIC單片機(jī)在電容測(cè)量模塊中的應(yīng)用

3 系統(tǒng)硬件連接
本測(cè)量電路需要控制器件來控制數(shù)據(jù)的讀取和寫入，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874單片機(jī)。由于PS02l的外圍接口是SPI，因此單片機(jī)能很好的控制PS02l工作，同時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)可以通過USART串行接口送入到上位機(jī)中。單片機(jī)的連接如圖2所示，PS02l的連接圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件功能的實(shí)現(xiàn)
基于PS021設(shè)計(jì)的應(yīng)用軟件包括檢測(cè)、控制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)界面等程序。在程序運(yùn)行速度和存儲(chǔ)容量許可的條件下，盡量用軟件實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器系統(tǒng)的硬件功能，簡(jiǎn)化硬件配置。此外，界面是測(cè)試系統(tǒng)和虛擬儀器的“窗口”，是系統(tǒng)顯示功能信息的主要途徑。軟件設(shè)計(jì)不僅要實(shí)現(xiàn)功能，而且要界面美觀。在確定測(cè)試系統(tǒng)的硬件平臺(tái)后，關(guān)鍵是選擇合適的軟件開發(fā)工具編寫相應(yīng)的應(yīng)用軟件。以圖形化編程語言開發(fā)該測(cè)試模塊。該開發(fā)環(huán)境能提供一個(gè)集成的開發(fā)環(huán)境，與儀器硬件連接方便，具有良好的用戶界面。根據(jù)上位機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的原理，得到測(cè)試系統(tǒng)的軟件，通過在軟件的主界面設(shè)置一些參數(shù)，硬件電路和上位機(jī)相連，就能顯示測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果在數(shù)據(jù)顯示界面顯示，如圖4所示。

5 試驗(yàn)與結(jié)果
運(yùn)用上述軟件測(cè)量。在測(cè)量之前，必須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定時(shí)PS02l要求參考電容Cref與被測(cè)電容Cmeas在同一電容值范圍，即確保Cmeas／Cref比率不會(huì)超過25％(PS02l的極限值)。參考電容是一個(gè)非常重要的部分，對(duì)于測(cè)量的質(zhì)量以及測(cè)量的溫度穩(wěn)定性有直接的影響。推薦的電容材料：CFCAP(太陽誘電Taiyo Yuden公司的多層陶瓷電容)系列，COG或者NPO陶瓷電容。放電電阻Rdis與放電時(shí)間密切相關(guān)，放電時(shí)間τ=0．7R(C+20 pF)，時(shí)間常數(shù)τ范圍為2～10μs(推薦5μs)。根據(jù)公式計(jì)算之放電電阻阻值。
試驗(yàn)中，分別選取1、2、3、5.1、6.8、8.2、9.1、12、13、15、16.5、18 pF的固定電容作為被測(cè)電容。根據(jù)被測(cè)電容的范圍確定參考電容的大小，然后根據(jù)被測(cè)電容和參考電容值，并結(jié)合放電時(shí)間來確定放電電阻阻值，最后選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量模式進(jìn)行測(cè)量。在標(biāo)定好的系統(tǒng)下，在參考端和被測(cè)端分別接一只參考電容，此時(shí)在數(shù)據(jù)顯示界面顯示的值為參考電容值以及寄生電容值的和(圖3中Sensor l顯示的數(shù)據(jù))；然后在被測(cè)端參考電容的基礎(chǔ)上再并聯(lián)被測(cè)電容，此時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)為被測(cè)電容值、參考電容值以及寄生電容值的總和，以上兩步所測(cè)值相減就是被測(cè)的電容值，最后得到的被測(cè)電容值統(tǒng)計(jì)如表l所示。

表1反映了被測(cè)電容測(cè)量值和標(biāo)稱值之間的相對(duì)誤差，同時(shí)也得知被測(cè)電容電容值越大，測(cè)量值和標(biāo)稱值相對(duì)誤差越小。由于被測(cè)電容受到環(huán)境溫度、焊錫量多少以及被測(cè)電容質(zhì)量等因素的影響，存在一定的誤差。通過多次測(cè)量進(jìn)行平均，以獲取更穩(wěn)定的電容值。在標(biāo)定好的系統(tǒng)下，對(duì)固定電容進(jìn)行測(cè)量來驗(yàn)證測(cè)量模塊的精確度，測(cè)量值和標(biāo)稱值非常接近，可認(rèn)為被測(cè)電容標(biāo)稱值誤差較小，進(jìn)一步得知電容測(cè)量模塊測(cè)量精度較高。

6 結(jié)束語
PlCl6LF874單片機(jī)能夠很好的控制電容測(cè)量模塊，對(duì)研究電容式傳感器有很好的促進(jìn)作用，該單片機(jī)簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)，使測(cè)量結(jié)果達(dá)到較高的精度；同時(shí)這種測(cè)量模塊可以減小電路板的體積，從而減小整個(gè)裝置的體積；大大簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)過程、降低產(chǎn)品的開發(fā)難度、對(duì)加速產(chǎn)品的研制、降低生產(chǎn)成本具有非常重要的意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，此測(cè)量模塊具有較好的實(shí)用性。