本電路是基于PlCl6LF874單片機的電容測試電路PCB設計，具體內(nèi)容如下。
　　 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(diào)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(diào)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(jīng)過器件內(nèi)部轉換，通過對PS02l內(nèi)部寄存器的設置，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)，最后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，選用結構簡單，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)進行標定，標定時PS02l要求參考電容Cref與被測電容Cmeas在同一電容值范圍，即確保 Cmeas／Cref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τ=0．7R(C+20 pF)，時間常數(shù)τ范圍為2～10μs(推薦5μs)。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，最后選擇適當?shù)臏y量模式進行測量。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基礎上再并聯(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，最后得到的被測電容值統(tǒng)計如表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。通過多次測量進行平均，以獲取更穩(wěn)定的電容值。在標定好的系統(tǒng)下，對固定電容進行測量來驗證測量模塊的精確度，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。
　　PlCl6LF874單片機能夠很好的控制電容測量模塊，對研究電容式傳感器有很好的促進作用，該單片機簡化了電路設計，使測量結果達到較高的精度；同時這種測量模塊可以減小電路板的體積，從而減小整個裝置的體積；大大簡化了電路設計過程、降低產(chǎn)品的開發(fā)難度、對加速產(chǎn)品的研制、降低生產(chǎn)成本具有非常重要的意義。實驗結果證明，此測量模塊具有較好的實用性。