1、原理分析实现测量的电路原理如图1所示，其完整的测量过程是：单片机控制模拟开关K1，K2断路，标准电容Cl和待测电容C2由相同的两个恒流源I1和I2进行充电；在相同的时间T1内，电容C1、C2的充电电压为U1、U2。 图1 实现测量的电路原理图令△U=U1-U2，则电压差△U经过放大后，通过MSP430单片机的AD转换模块进行转换，数据存储的同时，单片机控制K1、K2闭合，在T2时间内，使C1，C2两端的短路，两电容两端电压降到零，此时完成放电过程。 至此，一次完整的采样过程结束，充放电时序见图2。图2 充放电时序图 在整个过程中，单片机要产生一个频率为100 kHz，占空比为90％的PWM波，用以控制K1、K2的通断，还要以（T1+T2）的周期完成AD变换和数据存储。其中，T1的最大值小于充电时间，T2的最小值大于放电时间。
2、硬件设计2.1 恒流源的设计 恒流源是整个测量系统模拟部分的重要组成部分，其稳定性直接决定了系统测量的精度。本设计中的两个恒流源要求输出电流相等，具体设计如图3。 图3 恒流源原理图 2.2 放大电路的设计 放大电路采用以仪表放大器INA128为核心的仪表放大器。该放大器在放大100倍时带宽可达200 kHz，完全满足了设计的要求。 C1和C2两个电容由相应的恒流源在相同的时间内进行充电，两电容充电电压差由INA128进行放大，并送入单片机进行采样存储。图4为充放电标准信号与INA128放大后的结果。 图4 标题信号与输出放大
3、软件设计 为实现低功耗，系统接入电源后进入低功耗状态，需要外部电平信号才能唤醒。为了避免系统的误开始测量，当需要测量电容信号时，将触发信号置高，如果20 s内触发信号一直置高，则系统进入循环采集存储状态。为得到包括触发前和触发后的完整电容信号曲线，一旦电容信号达到预设的触发值，系统便进入触发态，将电容信号存储到闪存，闪存存满后，将RAM中的FIFO数据导入闪存预留地址。之后，系统进入待读数态，此时插上USB接口，接收到计算机的读数命令之后即可将数据发送至计算机，并且在第一次读取数据之后和掉电以后再上电可重复无数次读取并显示测量结果。系统的状态设计如图5。 图5 系统的状态设计
4、测量结果 传感器的标定就是通过实验确定传感器的输入量和输出量之间的关系，用以确定传感器系统的线性度、灵敏度和重复性等静态性能指标。 表1为测量0～5pF电容的数据。由最小二乘法相关计算公式可得，拟合直线为y=0.993x+0.049，重复性误差为1.77％，非线性误差为0.84％，基本误差为2.61％。
