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基于单片机系统液体介电常数的测量 摘要：设计和开发的基于89c51为微控制器用来测量液体的电介质常数的系统。它所依据的原理是当用一个微控制器测量液体形式的电介质的介电常数时，在XR - 2206函数发生器中的频率会发生变化。 Atmel的AT89C51单片机用于本研究。此外，液晶模块与微控制器只需4位控制模式，从而降低了硬件的复杂性。软件的开发利用C语言编译器。该仪器系统涵盖了大范围的在各种不同浓度和不同温度下液体的介电常数。该系统在测量液体介电常数的测量精度成功达到了0.2％。这篇论文详细的介绍了本系统的硬件和软件设计。 关键词：介电常数，XR - 2206函数信号发生器，频率测量， C语言编译器与89C51单片机 简介 介电常数是了解不同溶剂酸碱特性的主要属性。一个“介质”是一种物质，可以作为绝缘体维持一个电场。有些液体和气体可以作为良好的介电材料，在电磁场中具有存储和耗散的电能的特殊属性。干燥的空气是一个很好的电介质。介电测量在检测炸药，塑料和金属武器，毒品，化学剂和生物制剂是有很用的。液体的介电常数1是定义为在一定温度下一定的液体电介质（）的电容量与空气电介质（）的电容量之比，公式如下： (1) 电介质单元由两个平行的金属板作为电极板。液体作为电介质，则这个单元就是一个电容器。该单元作为第一个标准来测量未知溶液的介电常数。这是通过考虑一种纯净的液体作为参考液体来实现的，如苯。一种不明液体的介电常数可通过测量该单元在空气中电容量，在参考液体中的电容量，如苯，和在已被测量出介电常数的液体中的电容量，关系式如下： (2) 哪个是参考液体的介电常数。材料的介电常数包含有关的物理和化学组成和结构的详细信息。[1]如今，微控制器越来越普及，原因是，他们被所有类型的仪器和嵌入式系统所使用。在本研究中，利用微控制器作为一种工具测定频率来测量电容，而传统的技术是使用最桥测量电容。 工作原理 IC XR - 2206是一个函数发生器芯片。它是一个RC振荡器。振荡频率取决于定时电阻R和定时电容C。R值是常数。电介质单元作为一个电容C随不同的电介质而变化。因此，振荡器的频率也会改变。该振荡器频率的测量能使人测量单元的电容值，从而，得到介质的介电常数。在本研究中，与用89C51单片机合适的振荡器接口电路，对振荡器的频率进行了测量。介质的介电常数是使用公式（2）计算，并显示在液晶显示屏上。 仪表 硬件设计  微控制器在测量液体的常数的系统框图如图1所示。图包含着更多的细节图2。所设计的XR - 2206使用一个BNC连接器连接在引脚5和6之间。电介质作为一个电容C，其容量可以在频率来衡量。2中的A处组成XR - 2206函数发生器。对RC振荡器输出（方波输出（引脚11）是一个集电极开路，因此，它需要一个上拉电阻到VCC。引脚和Vcc之间连接一个10 K电阻器表，使输出为方波TTL兼容。在本研究中XR - 2206函数发生器一般1 MHz的频率。但是，8051微控制器可以精确测量频率可达几百千赫。因此，分块计数器显示在图2B处。RC振荡器的输出是74LS90集成电路[3]十计数器的时钟输入;。（它充当分裂计数器（410，412，和一个4位二进制计数器）的划分10倍振荡器输出。在微控制器（端口3）可用74LS90输出外部定时器0输入。振荡器的频率单片机74LS90输出的时钟脉冲。图C座2。LM335作为一个传感器来测量溶液的温度。  微控制器测量液体介质常数的系统框图它还包括了硬件温度传感器信号放大。温度到模数转换器（0809），在图2D处。IC 0809是一款单芯片的CMOS 8位模数转换器，8通道多路复用器和控制逻辑器件微处理器兼容。[5] 8位逐次逼近A / D转换器，它可以120千赫每微秒转换100。08095 V单电源输入范围0至5 V。它是模拟转换成数字的温度ATMEL公司的AT89C51单片机。[6]这是一个低功耗，高性能CMOS 8位微机4K可擦除可编程只读存储器（PEROM）。它有四个，两个16位定时器/计数器，6个中断源，具有低功耗和可编程串口，它具有三个程序存储器锁定设施。 基于微控制器测量液体系统 图2 附 片上闪存程序存储器可以系统或由传统的非易失性存储器编程编程。所有端口被使用（端口1用于液晶显示器，端口2AD转换器，端口0控制信号（即显示器的RS，RW和，和ADCSC，ALE和），3用于频率测量图2F处是两排16个字符液晶显