PlCl6LF874單片機的電容測試電路設計

1、【Word版本下載可任意編輯】 PlCl6LF874單片機的電容測試電路設計 本文用到美國 Micmchip公司PICl6LF874單片機，該單片機采用RISC精簡指令集、哈佛總線構造、流水線指令方式，具有抗干擾能力強、功耗低、高性能、價格低等特性。 1 PICl6LF874單片機 PICl6系列單片機采用精簡指令集(Reduced InstrucTIon Set Computer，RISC)構造，突破了傳統(tǒng)單片機對PC機在構造上存在的自然依賴性；加上哈佛總線的存儲器構造、兩級流水線指令構造、單周期指令等技術，從而在單片機硬件構造上獨辟蹊徑，大大提高了系統(tǒng)運行的效率。除此之外，針對單片機機應用

2、的特點，從功耗、驅動能力、外圍模塊設計等方面，PIC單片機也有一些獨到之處，從而使得PIC成為一款方便實用的高性價比的單片機。 PICl6LF874系列單片機包括一系列不同型號的器件。主要特點有： 1)精簡指令集技術 PIC指令系統(tǒng)是專門根據(jù)小型機特點設計的，力求每一條指令到達更高的效率，減少指令功能的重復。高中低檔的門PIC單片機指令數(shù)分別為58條、35條和 33條。這就帶來了兩方面的好處，一方面可以使代碼的利用率大大提高，有利于提高執(zhí)行速度。另一方面給用戶學習、記憶和應用帶來了極大的好處，編程和調試相對就更加容易，而且同樣的功能所需的編碼減少，節(jié)約了開發(fā)時間。 2)哈佛(Harvard)總

3、線構造 哈佛構造是程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨立編址，即兩者位于不同的物理空間。PIC系列單片機不僅采用哈佛體系構造，而且采用哈佛總線構造，從而充分發(fā)揮了哈佛構造的潛在優(yōu)勢。大大提升了系統(tǒng)的運行效率和數(shù)據(jù)可靠性。 3)單字節(jié)指令 單字節(jié)指令對單片機系統(tǒng)是革新性的變化。高中低檔的PIC單片機的指令位數(shù)分別為16位、14位、12位。ROM和RAM的尋址相對獨立，所有的指令實現(xiàn)了單字節(jié)化，不僅使數(shù)據(jù)的存取更加安全，其運行速度也得到了顯著的提高。 4)兩級流水線指令構造 由于采用了哈佛總線構造，在器件內部將數(shù)據(jù)總線和指令總線分離，并且采用了不同的總線寬度。當一條指令被執(zhí)行時，下一條指令同時被取出，使得在每

4、個時鐘周期可以獲得更高的效率。 5)存放器組構造 PIC的所有存放器，包括IO端口、定時器和程序計數(shù)器等都采用RAM構造形式，并且只需要一個指令周期就可以完成訪問和操作。 6)性可編程(OTP)技術 OTP可以實現(xiàn)產品上市零等待(Zero time to market)，并且可以根據(jù)用戶定制，滿足特定需要。產品定制可以顯著提高產品的生命周期，增強產品的市場競爭力。 7)功耗低 供電電壓為2.05.5V，當使用4 MHz晶振，供電電壓為3V時，耗電電流典型值不超過6 mA：當用32 kHz晶振，供電電壓力3 V時，耗電電流典型值為20 mA，睡眠模式耗電電流更是低于lA。 8)品種齊全、方便選擇

5、 PIC系列單片機目前已形成具有高、中、低3檔共50多種型號的龐大家族，功能靈活多樣，能適應多種應用場合的不同需要。 2 電容測量模塊工作原理 電容測量模塊總體設計原理框圖如圖l所示，包括電源管理電路、PICl6LF874單片機、電容式傳感器、信號調理電路、PS021電容數(shù)字轉化器以及與計算機連接的接口電路。 電容測量模塊工作原理為：電容式傳感器輸出微弱的電容信號，電容信號通過信號調理電路。進入PS02l型電容數(shù)字轉換器，該器件的測量電容測量范嗣從0到幾十nF(無限制)，經過器件內部轉換，通過對PS02l內部存放器的設置，得到需要的值；通過SPI把數(shù)據(jù)傳送到PICl6LF-874單片機，測得的

6、數(shù)據(jù)再通過單片機異步串行通信接口USART送到上位機(計算機)，由上位機應用程序來顯示測量結果以及保存測試數(shù)據(jù)。 3 系統(tǒng)硬件連接 本測量電路需要控制器件來控制數(shù)據(jù)的讀取和寫入，選用構造簡單，功能強大，并且兼容SPI串行接口的PICl6LF874單片機。由于PS02l的外圍接口是SPI，因此單片機能很好的控制PS02l工作，同時測量數(shù)據(jù)可以通過USART串行接口送入到上位機中。單片機的連接如圖2所示，PS02l的連接圖如圖3所示。 4 系統(tǒng)軟件功能的實現(xiàn) 基于PS021設計的應用軟件包括檢測、控制、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)界面等程序。在程序運行速度和存儲容量許可的條件下，盡量用軟件實現(xiàn)傳統(tǒng)儀

7、器系統(tǒng)的硬件功能，簡化硬件配置。此外，界面是測試系統(tǒng)和虛擬儀器的“窗口”，是系統(tǒng)顯示功能信息的主要途徑。軟件設計不僅要實現(xiàn)功能，而且要界面美觀。在確定測試系統(tǒng)的硬件平臺后，關鍵是選擇合適的軟件開發(fā)工具編寫相應的應用軟件。以圖形化編程語言開發(fā)該測試模塊。該開發(fā)環(huán)境能提供一個集成的開發(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)上位機應用程序設計的原理，得到測試系統(tǒng)的軟件，通過在軟件的主界面設置一些參數(shù)，硬件電路和上位機相連，就能顯示測量結果。測量結果在數(shù)據(jù)顯示界面顯示，如圖4所示。 5 試驗與結果 運用上述軟件測量。在測量之前，必須對測量系統(tǒng)開展標定，標定時PS02l要求參考電容Cref與

8、被測電容Cmeas在同一電容值范圍，即確保 CmeasCref比率不會超過25(PS02l的極限值)。參考電容是一個非常重要的部分，對于測量的質量以及測量的溫度穩(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與放電時間密切相關，放電時間=0.7R(C+20 pF)，時間常數(shù)范圍為210s(推薦5s)。根據(jù)公式計算之放電電阻阻值。 試驗中，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電容。根據(jù)被測電容的范圍確定參考電容的大小，然后根據(jù)被

9、測電容和參考電容值，并結合放電時間來確定放電電阻阻值，選擇適當?shù)臏y量模式開展測量。在標定好的系統(tǒng)下，在參考端和被測端分別接一只參考電容，此時在數(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))；然后在被測端參考電容的根底上再并聯(lián)被測電容，此時測得的數(shù)據(jù)為被測電容值、參考電容值以及寄生電容值的總和，以上兩步所測值相減就是被測的電容值，得到的被測電容值統(tǒng)計如下表l所示。 表1反映了被測電容測量值和標稱值之間的相對誤差，同時也得知被測電容電容值越大，測量值和標稱值相對誤差越小。由于被測電容受到環(huán)境溫度、焊錫量多少以及被測電容質量等因素的影響，存在一定的誤差。通過多次測量開展平均，以獲取更穩(wěn)定的電容值。在標定好的系統(tǒng)下，對固定電容開展測量來驗證測量模塊的度，測量值和標稱值非常接近，可認為被測電容標稱值誤差較小，進一步得知電容測量模塊測量精度較高。 6 結束語 PlCl6LF874單片機能夠很好的控制電