跟着现代工业的飞速发展，对工况参数的实时监测越来越重要。参数的监测分为电量和非电量两大类，关于非电量参数的丈量，丈量成功与否首要取决于传感器的质量和对信号的提取。因为电容传感器具有结构简略、功耗低、丈量规模大、稳定性好、灵敏度高、运用寿命长及能够进行非触摸丈量等特色，十分适合在高湿润、高尘土、强辐射及超低温等恶劣环境下长期运用，因而，关于某些改变缓慢或细小物理，比较适合选用电容传感器进行丈量。
现在用于丈量微电容的办法首要是沟通法，其丈量原理是经过鼓励信号对被测电容接连充放电，构成与被测电容成份额的电压或电流信号，然后测得被测电容值。选用此办法丈量的信号中具有脉动噪声，需求经过滤波器滤除其脉动成分，但滤波器的引进将下降丈量电路信号收集的速度。所以，本文规划了一种依据电荷扩大原理的微电容丈量电路，该电路中运用的模仿开关存在电荷注入效应，此效应影响电路的分辨率。为了处理该问题，本文从微电容丈量电路中的电荷注入效应下手，对模仿开关的电荷注入效应进行剖析，结合单片机对开关时序进行规划，并依据Proteus和Keil软件规划的电路进行仿真，从而查验规划的合理性。
1微电容丈量电路中的电荷注入效应
依据电荷扩大原理的微电容丈量电路如图1所示。
图中Vin为充放电的鼓励电压源，CX为传感器两极板之间的电容即待测电容；S1～S5为模仿开关；运放A1、电容Cf、电阻Rf和开关S3构成电荷扩大器；开关S4和S5及运放A2和A3构成两个采样坚持器，A4为外表扩大器。模仿开关基本上由一个NMOS管和一个PMOS管并联而成，是一种三稳态电路，它能够依据选通端的电平决议输人端与输出端的状况。中选通端处在选通状况时，输出端的状况取决于输入端的状况；中选通端处于截止状况时，则不论输入端电平怎么，输出端都呈高阻状况。
模仿开关的电荷注入效应是影响该电路分辨率的首要因素。电荷注入效应机理首要有两方面：一是由沟道电荷形成的，如图2（a）所示，依据MOS器材的原理，当一个MOS管处于导通状况时，SiO2-Si界面的反型层存储必定电荷量，当开关断开时，电荷经过源端和漏端流出，流入丈量电路；二是由栅源间和栅漏间的寄生电容存储的电荷开释流入丈量电路形成的［3-4］， 如图2（b）所示。由电荷注入效应引起的差错远大于被丈量CX的值，引起电荷注入效应。
2 开关的电荷注入效应剖析
电子开关操控时序规划图如图3所示。
首要断开S3，电路只受S3的电荷注入效应影响。当开关S3断开时，因为电荷注入效应，电荷将流向A1的输出端和反相输入端，流向A1输出端的电荷发生的影响很小，仅引起输出波形的瞬时细小失真，而流向A1反相输入端的电荷对丈量成果发生影响，但A4选用差动式规划较好地处理了这部分的影响。
对开关S1与S2的电荷注入效应。由图3可知S2关断时刻晚于S3，S1关断时刻晚于S2。S2断开时的电荷注入效应引起V1点较小的波形失真，封闭S1，虽然有S2的电荷注入效应，但V1被置为输入电压Vin，因而，被测电容Cx上的电压不受S2的电荷注入效应影响；S1断开时的注入电荷，会沿着已闭合的开关S2流向地，S1不会对被测电容Cx发生影响。所以，S1和S2对输出基本不发生影响。
对开关S4与S5的电荷注入效应。S4与S5在断开时，发生的电荷注入效应会使A2和A3的输出波形有细小失真，但相关于输出值较小，能够疏忽，并且A4选用差动式结构输入会使S4与S5的电荷注入效应彼此抵消，故S4与S5的电荷注入效应不会对终究的输出Vo发生影响。
由以上剖析可知，经过合理规划模仿开关操控时序，处理了其关断时引进的电荷注入效应。
3 完成开关时序的相关软件
3.1 Keil C51简介
Keil是德国Keil公司开发的单片机编译器。Keil C51是现在最盛行的51单片机开发东西，现在Keil公司的编译器有支撑经典80C51和80C51派生产品的版别。新版别μVision2把μVision1用的模仿调试器dScope与集成开发环境无缝地结合起来，界面更友爱，运用更便利，支撑的单片机质量更多。关于运用C言语进行单片机开发的用户，Keil C51已成为必备的开发东西。
Keil C51软件是很多单片机运用开发的优异软件之一，Keil C51供给了一个集成开发环境IDE（Intergrated Development Environment）？滋Vision，包含C51编译器、宏汇编、衔接器、库办理和一个功用强大的仿真调试器，支撑汇编、PLM言语和C言语的程序规划，界面友爱，易学易用。在开发运用软件的进程中，修改、编译、汇编、衔接、调试等各阶段都集成在一个环境中，先用修改器编写程序，再调用编译器进行编译，衔接后即可直接运转［5，6］。
本软件选用Keil C51进行开发，程序可读性强。
3.2 Proteus简介
Proteus嵌入式体系仿真与开发渠道是由英国Labcenter Electronics公司开发的，是现在世界上最先进、最完好的嵌入式体系规划与仿真渠道，是现在仅有能够对各种微处理器进行实时仿真、调试与测验的EDA东西。Proteus除了具有和其他EDA东西相同的原理布图、PCB主动或人工布线及电路仿真的功用外，最大的特色在于其电路仿真是互动的，针对微处理器的运用还能够直接在依据原理图的虚拟原型上编程，真实完成了没有硬件方针原形的状况下对体系的调试、测验、验证，并完成软件源码级的实时调试，如有显现及输出，还能看到运转后输入输出的作用，合作体系配置的虚拟仪器如示波器、逻辑剖析仪等，建立了一个齐备的电子规划开发环境。Proteus产品系列能够对依据微操控器的规划连同一切的外围电子器材仪器仿真，用户乃至能够实时选用比如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对规划进行交互仿真。
Proteus是一款电路剖析与什物仿真软件，运转于Windows操作体系上，具有试验资源丰富、试验周期短、硬件投入少、试验进程损耗小、与实践规划挨近程度大等特色。
4 开关时序的规划与仿真
开关时序规划原理图如图4所示，图中选用80C51芯片，其间管脚XTAL1、XTAL2接时钟操控器，RST端上电，5个输出管脚P1.0～P1.4别离操控开关S1、S2、S3、S4和S5，电源VCC为+5 V的直流电源。
4.1 程序规划
在Keil渠道进行如图5所示的程序编译。
程序代码如下：
#include《reg51.h》
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit s1=P1^0; //操控开关1
sbit s2=P1^1; //操控开关2
sbit s3=P1^2; //操控开关3
sbit s4=P1^3; //操控开关4
sbit s5=P1^4; //操控开关5
bit flag，flag1，flag2，flag3;
uchar ds，ds1，ds2，ds3;
uint jishi;
void InitializaTIon（） //初始化函数
{
EA=1;
ET0=1;
TMOD=0X02; //守时器工作方式为2
TH0=0x06; //守时250 ？滋s
TL0=0x06;
TR0=1;
s1=0;
s2=1;
s3=1;
s4=1;
s5=1;
flag1=1;flag2=0;flag3=0;
}
void inte（） interrupt 1 using 3 //1s中止处理函数
{
if（++jishi==40） //时刻距离4000×250 ？滋s=1 s
{
jishi=0;
if（flag1）{ds1++;}
if（flag2）{ds2++;}
if（flag3）{ds3++;}
}
}
void main （）
{
IniTIalizaTIon（）;
while（1）
{
if（flag1）
{
if（ds1==4）{s3=0;}
if（ds1==11）{s5=0;}
if（ds1==12）{s2=0;}
if（ds1==13）{s1=1;}
if（ds1==20）{s4=0;flag1=0;flag2=1;}
}
if（flag2）
{
if（ds2==1）{s3=1;}
if（ds2==2）{s5=1;}
if（ds2==9）{s2=1;}
if（ds2==10）{s1=0;}
if（ds2==17）{s4=1;flag2=0;flag3=1;ds2=0;}
}
if（flag3）
{
if（ds3==7）{s3=0;}
if（ds3==14）{s5=0;}
if（ds3==15）{s2=0;}
if（ds3==16）{s1=1;}
if（ds3==23）{s4=0;flag2=1;flag3=0;ds3=0;}
}
}
}
4.2 仿真
编写好程序代码后将该程序文件加载到当时项目中进行编译，编译经过后进行仿真。单击Debug菜单下的Go菜单项接连运转程序，再切换至Proteus界面，可看到电路开端仿真运转，成果如图6所示，完成了预期功用。
经过对仿真成果和LED实时动作状况的剖析，验证了整个体系的程序与外围电路规划的正确性，进步了调试功率。选用该仿真规划办法能够大大简化硬件电路测验和体系调试进程，并且运用该办法进行体系虚拟开发成功后再进行实践制造，能够进步开发功率，下降开发本钱，提高开发速度。
