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基于電容檢測芯片的電容檢測系統設計③

電容

2． 2 MSP430F149 簡介及通信接口設計

系統使用 MSP430F149 集成的 12 位 A／ D 轉換器進行 A／ D 轉換。 MSP430F149 在 1MHz 的時鐘頻率下運行時， 芯片的電流在 200～400μA 左右； 在等待方式下， 耗電僅為O． 7μA； 在節電方式下， 電流可達 0． 1 μA。 集成的 12 位 A／ D 轉換器具有較高的轉換速率， 可達 200 kbps， 能夠滿足大多數數據采集應用， 為系統的單片解決方案提供了極大的方便。MSP430F149 集成的 A／ D 轉換器可采用內部 2． 5 V 參考電壓或外部參考電壓， 但其內部參考電壓準確性較差， 在本系統中將 MS3110 的 2． 25 V 參考電壓輸出作為 A／ D 轉換器的參考電壓。 低功耗單片機與集成 A／ D 轉換器的采用保證了系統擁有較低的功耗。與上位機的通信接口采用 MSP430F149 集成的串行接口， 通過 MAX3232 芯片轉換為三線 RS232 接口與計算機串口直接相連。
3 系統軟件設計
系統軟件包括單片機軟件與上位機軟件兩部分。
3． 1 單片機軟件設計
采用 IAR Assembler for MSP430 集成開發環境， 使用 C 語言編寫了單片機部分的程序，主要包括系統初始化、 測量芯片寄存器初始化、 測量與數據傳輸等。 單片機軟件流程如圖 3所示。單片機初始化包括單片機 I／ O 初始化、 串行口參數初始化、 A／ D 轉換器初始化， 以及與上位機通信接收系統參數等。 MS31lO 初始化是通過單片機 I／ O 對 MS3110 內部寄存器進行初始化， 包括參考電容值、 可調增益、 初始電壓等參數。 采樣開始后， 單片機按照設定采樣率進行采樣； 采樣結束后， 將數據經轉換后傳送給上位機進行處理、 顯示與存儲。
3． 2 上位機軟件設計
采用 VC++6． 0 軟件和 C++語言編寫系統的上位機軟件。 軟件功能主要包括設置參數，與下位機通信， 數據實時圖形化顯示、 存儲和讀取等。 上位機軟件界面如圖 4 所示。


4 精度測試與分析
進行測試前， 首先應對電路的初始輸出進行校準。 方法如下： 將 CSl、 CS2 設置為 O， 使用用高精度電壓表對 MS3110 芯片輸出電壓進行測量， 輸出為 O． 497 192 V， 將式(1)中的VREF 修正為 0． 497192 V。在電路板 CS2IN 位置上焊接一個 1． 8 pF 多層陶瓷電容， 用于模擬外部電容式傳感器；芯片內部可調電容 CS2 由 O 逐步步進到 342 fF， 以模擬傳感器電容的變化， 步進值為 19 fF。具體寄存器參數設置如下： CSl 設為 O， 為 CF 設 9． 728 pF， 可調增益 GAIN 設置為 2，V2P25 設為 2． 25 V， 其他參數均取手冊推薦值。 通過實驗測得， 當 CS2 取 O 時， 測量值為 1． 960 021 pF。 與電容標稱值的差異主要是由電容本身容差與電路的分步電容引起的。由式(1)可得：CS2=(Vout-VREF)CF／ (GAIN×V2P25×1． 14) (2)代入具體數值可得：CS2=(Vout-0． 497 192)×9． 728／ 5． 13 (3)其中， Vout=(A／ D 采樣值／ 4 095)×2． 25。 精度測試實驗結果如表 1 所列(實測容值為10 次測量的均值)。

推薦產品一、麗芯微電4.7pF, ≥100G@100V, 雙面不留邊 單層芯片電容

型號：C11-10-100V-4R7
容值/容差：4.7pF / ±0.5pF
溫度系數：±15%@-55～+125℃
絕緣電阻@電壓：≥100G@100V
損耗@頻率：≤4.0@1KHz
封裝尺寸：0.254*0.254*0.178 mm
性能特點：尺寸小、容值大，結構簡單，電極正面及反面均不留絕緣邊;采用MM結構，產品寄生參數小，使用頻率高至100GHz;表面純金電極，適合金絲、金帶等微組裝工藝;適合Au/Sn、Au/Si、Au/Ge 共晶焊，以及Sn /Pb、導電膠粘接;七專級/ 普軍級可選。

推薦產品二、麗芯微電4700pF, ≥1G@25V, 雙面不留邊 單層芯片電容

型號：C11-60-25V-472
容值/容差：4700pF / ±20%
溫度系數：±15%@-55～+125℃
絕緣電阻@電壓：≥1G@25V
損耗@頻率：≤2.5@1MHz
封裝尺寸：1.524*1.524*0.150 mm
性能特點：尺寸小、容值大，結構簡單，電極正面及反面均不留絕緣邊;采用MM結構，產品寄生參數小，使用頻率高至100GHz;表面純金電極，適合金絲、金帶等微組裝工藝;適合Au/Sn、Au/Si、Au/Ge 共晶焊，以及Sn /Pb、導電膠粘接;七專級/ 普軍級可選。

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