自动量程电容表
一、实验目的
了解容抗法测量电容容量的原理，学习用DDS方法产生稳定正弦波作为激励源，练习430单片机内部SD16模块的使用。学会运用485接口进行通讯，了解MODBUS协议的实现方法。
二、实验参考资料
该模块大部分信号处理电路都已集成在430芯片上，只有很少的外围电路，基本原理如下：430单片机内部的DAC12模块按CPU指令，通过12位DAC产生稳定度优于1/1000，失真度小于1/1000的稳定正弦波，作为测量的激励源。待测电容在该交流激励源作用下呈现出固定的容抗Z。1/Z 的大小正比于电容值的大小。通过一个1/容抗-电压变换电路即可得到与电容值成正比的电压信号。该电压信号被430内部的16位ADC采样后，计算出电容值。
测量的数据会在液晶上显示，也可通过485接口，按Modbus-RTU协议被其他设备读取。
硬件电路及原理：
本模块的核心是一片MSP430F4270混合信号处理器，它内部集成有16位RISC处理器、32K代码存储器、12位DAC、16位ADC、精密基准源、液晶驱动器、液晶偏压发生器、看门狗等大量资源。如下图所示，只需要很少的外围器件。
精密电容模块硬件电路
利用4270单片机的12位DAC，在中断中以查表DDS的方式产生1KHz的正弦波（图中Vsin）作为测量电路的激励源。测量结果（图中VCAP）被4270单片机的16位ADC采样后换算成电容值。最终的测量结果显示在段码液晶上。由于内部集成液晶控制器和偏压发生电路，硬件上只需要将液晶和段码控制脚直连即可。液晶的对比度由内部电荷泵寄存器控制，硬件上只需要一只4.7uF外接电容（C10）即可。转换结果也可通过485接口被2410主系统读取。4270单片机没有串口，只能用软件模拟实现串口。
正弦波表ROM内存有点的正弦波表，在1KHz正弦波的输出下，中断频率达000次／秒；加之模拟串口的工作对CPU开销都很大，因此系统工作在8MHz时钟下（4270允许的最大值）。4270的手册推荐用32K外部晶体，倍频得到CPU时钟。但考虑到内部倍频的锁频环（FLL）存在频率抖动，会造成DDS输出正弦波的噪音，故倍频率应尽量低。本系统选4MHz外晶体，2倍频（FLL最低倍频值）得到8MHz系统时钟。
保持DDS频率不变，将波表峰值提高10倍，量程可缩小10倍；改变正弦波表的点数为0点，即可得到100Hz正弦，量程则扩大10倍。因此可以通过纯软件的方法切换量程。
测量电路方框内的电路如下：
电容测量电路（模拟部分）
DDS产生的Vsin是电压范围0－1.2V的正弦波，即直流0.6V，峰峰值1.2V的正弦波。首先被C5隔除直流分量，再被运放U3A放大10倍，变成正负对称，峰峰值12V的正弦波。DDS产生的正弦波还残留有高频分量，C15和R3构成低通滤波器，转折频率3KHz，保留激励正弦波，滤除残余高频分量。放大后的正弦电压加在被测电容Cx上，在此激励之下流过Cx的电流被U3B转换成电压值。U3B输出的是输幅度正比于Cx的大小的正弦电压，且与屏蔽引线长度无关。C18用于进一步滤除残余高频。U3C和U3D构成精密检波电路，将U3B的输出交流电压转化成直流电压。精密检波电路的二极管选用做在同一硅片上的双二极管BAV99（Q2），两只二极管具有几乎完全一致的特性。
PCB图：
三、实验要求
1. 利用DAC产生一个电压，并能通过程序改变电压大小。
2. 利用计算器或PC机生成点SIN表；利用430单片机定时中断来产生1KHz正弦波。 3. 调试并编写16位ADC模块的软件，接入被测电容，看转换结果的变化。 4. 推导采样值与被测电容之间的换算关系，计算电容值并将电容值显示出来。
四、实验注意事项
1. 注意该电路容易受干扰，接入电容时，如果引线较长，请参考下面的电路：
五、实验结果
该实验要求写出完整的实验报告，要求如下：
1.实验方法分析：对实验要求的理解和认识、与实验有关的硬件电路分析、所采用的程序设计方法 2.流程图：按实验要求给出程序流程图。
3.控制方法分析：对控制方法进行必要的说明和分析。 4.程序清单：给出注释不少于50%的程序清单。 六、发挥部分
1.通过改变正弦波的频率和幅度，实现量程切换，并加入自动量程功能。
2.4250没有串口，尝试软件实现串口收发，调通485接口，并参考MODBUS协议或自定协议，实现通讯。
