PIC单片机在电容测量模块中的应用

3 系统硬件连接
本测量电路需要控制器件来控制数据的读取和写入，选用结构简单，功能强大，并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874单片机。由于PS02l的外围接口是SPI，因此单片机能很好的控制PS02l工作，同时测量数据可以通过USART串行接口送入到上位机中。单片机的连接如图2所示，PS02l的连接图如图3所示。

4 系统软件功能的实现
基于PS021设计的应用软件包括检测、控制、数据处理、数据库管理和系统界面等程序。在程序运行速度和存储容量许可的条件下，尽量用软件实现传统仪器系统的硬件功能，简化硬件配置。此外，界面是测试系统和虚拟仪器的“窗口”，是系统显示功能信息的主要途径。软件设计不仅要实现功能，而且要界面美观。在确定测试系统的硬件平台后，关键是选择合适的软件开发工具编写相应的应用软件。以图形化编程语言开发该测试模块。该开发环境能提供一个集成的开发环境，与仪器硬件连接方便，具有良好的用户界面。根据上位机应用程序设计的原理，得到测试系统的软件，通过在软件的主界面设置一些参数，硬件电路和上位机相连，就能显示测量结果。测量结果在数据显示界面显示，如图4所示。

5 试验与结果
运用上述软件测量。在测量之前，必须对测量系统进行标定，标定时PS02l要求参考电容Cref与被测电容Cmeas在同一电容值范围，即确保Cmeas／Cref比率不会超过25％(PS02l的极限值)。参考电容是一个非常重要的部分，对于测量的质量以及测量的温度稳定性有直接的影响。推荐的电容材料：CFCAP(太阳诱电Taiyo Yuden公司的多层陶瓷电容)系列，COG或者NPO陶瓷电容。放电电阻Rdis与放电时间密切相关，放电时间τ=0．7R(C+20 pF)，时间常数τ范围为2～10μs(推荐5μs)。根据公式计算之放电电阻阻值。
试验中，分别选取1、2、3、5.1、6.8、8.2、9.1、12、13、15、16.5、18 pF的固定电容作为被测电容。根据被测电容的范围确定参考电容的大小，然后根据被测电容和参考电容值，并结合放电时间来确定放电电阻阻值，最后选择适当的测量模式进行测量。在标定好的系统下，在参考端和被测端分别接一只参考电容，此时在数据显示界面显示的值为参考电容值以及寄生电容值的和(图3中Sensor l显示的数据)；然后在被测端参考电容的基础上再并联被测电容，此时测得的数据为被测电容值、参考电容值以及寄生电容值的总和，以上两步所测值相减就是被测的电容值，最后得到的被测电容值统计如表l所示。

表1反映了被测电容测量值和标称值之间的相对误差，同时也得知被测电容电容值越大，测量值和标称值相对误差越小。由于被测电容受到环境温度、焊锡量多少以及被测电容质量等因素的影响，存在一定的误差。通过多次测量进行平均，以获取更稳定的电容值。在标定好的系统下，对固定电容进行测量来验证测量模块的精确度，测量值和标称值非常接近，可认为被测电容标称值误差较小，进一步得知电容测量模块测量精度较高。

6 结束语
PlCl6LF874单片机能够很好的控制电容测量模块，对研究电容式传感器有很好的促进作用，该单片机简化了电路设计，使测量结果达到较高的精度；同时这种测量模块可以减小电路板的体积，从而减小整个装置的体积；大大简化了电路设计过程、降低产品的开发难度、对加速产品的研制、降低生产成本具有非常重要的意义。实验结果证明，此测量模块具有较好的实用性。