PlCl6LF874单片机的电容测试电路设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 PlCl6LF874单片机的电容测试电路设计 本文用到美国 Micmchip公司PICl6LF874单片机，该单片机采用RISC精简指令集、哈佛总线构造、流水线指令方式，具有抗干扰能力强、功耗低、高性能、价格低等特性。 1 PICl6LF874单片机 PICl6系列单片机采用精简指令集(Reduced InstrucTIon Set Computer，RISC)构造，突破了传统单片机对PC机在构造上存在的自然依赖性；加上哈佛总线的存储器构造、两级流水线指令构造、单周期指令等技术，从而在单片机硬件构造上独辟蹊径，大大提高了系统运行的效率。除此之外，针对单片机机应用

2、的特点，从功耗、驱动能力、外围模块设计等方面，PIC单片机也有一些独到之处，从而使得PIC成为一款方便实用的高性价比的单片机。 PICl6LF874系列单片机包括一系列不同型号的器件。主要特点有： 1)精简指令集技术 PIC指令系统是专门根据小型机特点设计的，力求每一条指令到达更高的效率，减少指令功能的重复。高中低档的门PIC单片机指令数分别为58条、35条和 33条。这就带来了两方面的好处，一方面可以使代码的利用率大大提高，有利于提高执行速度。另一方面给用户学习、记忆和应用带来了极大的好处，编程和调试相对就更加容易，而且同样的功能所需的编码减少，节约了开发时间。 2)哈佛(Harvard)总

3、线构造 哈佛构造是程序存储器和数据存储器独立编址，即两者位于不同的物理空间。PIC系列单片机不仅采用哈佛体系构造，而且采用哈佛总线构造，从而充分发挥了哈佛构造的潜在优势。大大提升了系统的运行效率和数据可靠性。 3)单字节指令 单字节指令对单片机系统是革新性的变化。高中低档的PIC单片机的指令位数分别为16位、14位、12位。ROM和RAM的寻址相对独立，所有的指令实现了单字节化，不仅使数据的存取更加安全，其运行速度也得到了显著的提高。 4)两级流水线指令构造 由于采用了哈佛总线构造，在器件内部将数据总线和指令总线分离，并且采用了不同的总线宽度。当一条指令被执行时，下一条指令同时被取出，使得在每

4、个时钟周期可以获得更高的效率。 5)存放器组构造 PIC的所有存放器，包括IO端口、定时器和程序计数器等都采用RAM构造形式，并且只需要一个指令周期就可以完成访问和操作。 6)性可编程(OTP)技术 OTP可以实现产品上市零等待(Zero time to market)，并且可以根据用户定制，满足特定需要。产品定制可以显著提高产品的生命周期，增强产品的市场竞争力。 7)功耗低 供电电压为2.05.5V，当使用4 MHz晶振，供电电压为3V时，耗电电流典型值不超过6 mA：当用32 kHz晶振，供电电压力3 V时，耗电电流典型值为20 mA，睡眠模式耗电电流更是低于lA。 8)品种齐全、方便选择

5、 PIC系列单片机目前已形成具有高、中、低3档共50多种型号的庞大家族，功能灵活多样，能适应多种应用场合的不同需要。 2 电容测量模块工作原理 电容测量模块总体设计原理框图如图l所示，包括电源管理电路、PICl6LF874单片机、电容式传感器、信号调理电路、PS021电容数字转化器以及与计算机连接的接口电路。 电容测量模块工作原理为：电容式传感器输出微弱的电容信号，电容信号通过信号调理电路。进入PS02l型电容数字转换器，该器件的测量电容测量范嗣从0到几十nF(无限制)，经过器件内部转换，通过对PS02l内部存放器的设置，得到需要的值；通过SPI把数据传送到PICl6LF-874单片机，测得的

6、数据再通过单片机异步串行通信接口USART送到上位机(计算机)，由上位机应用程序来显示测量结果以及保存测试数据。 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，选用构造简单，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

7、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，必须对测量系统开展标定，标定时PS02l要求参考电容Cref与

8、被测电容Cmeas在同一电容值范围，即确保 CmeasCref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=0.7R(C+20 pF)，时间常数范围为210s(推荐5s)。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

9、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，选择适当的测量模式开展测量。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根底上再并联被测电容，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，得到的被测电容值统计如下表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。通过多次测量开展平均，以获取更稳定的电容值。在标定好的系统下，对固定电容开展测量来验证测量模块的度，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