基于89C51放电法测高阻数据的采集与处理

摘要：对大学物理实验中放电法测高阻的传统实验，采用单片机一计算机接口技术和模数变换技术，用计算机对数据进行处理得出结果。它既可以作为自动化测量设备，也可以作为高年级大学生课程设计或毕业设计题目，对于拓宽大学生知识面，提高实际动手能力和解决问题能力有一定的价值。
关键词：单片机；A／D转换器；串口通信；数据采集

高阻，一般指106 Ω以上的电阻，也有人把108～1017Ω的电阻称之为超高阻。由于电阻值较高，一般测量电阻仪器受量程和灵敏度的限制，准确测量高阻有一定的困难。在工业中，常采用放电法测量高阻。放电法测高阻原理是将待测高阻与已知电容组成回路，在电容放电时测量电容上的电量(或电压)随时间的变化关系，从而确定高阻的阻值。
单片机自20世纪70年代问世以来，以极其高的性能价格比受到人们的重视和关注，发展速度很快。单片机有体积小，重量轻，抗干扰能力强等优点，对环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，开发较为容易，在实时测量和新型测量仪器方面已得到了广泛的应用。利用单片机89C51和数字电路技术，将采集到电容上的模拟电压，经过模数转换，在单片机89C51的控制下，经串行通信接口送入计算机，由计算机处理后给出测量结果。从而减少人工操作，提高了测量的速度和精确度，使测量高阻实现全自动化。

1 测量原理
图1是RC放电原理图。

当开关K扳向A时，电源E给电容C充电，当开关K由A扳向B时，电容C通过电阻R放电。设放电时间为t，则在t时刻电容C上的电量Q、电压U和RC回路中的电流I之间满足：

其中负号表示随着放电时间的增加，电容器极板上的电荷Q随之减少。注意：Q、U、I 3个量都是时间的函数设初始条件为：t=0时，Q=Q0，则电容上电量随时间的关系：

式中RC称为时间常数，一般用τ表示，其物理意义为：当t=τ=RC时，电容上的电量由t=0时的Q0下降到0．368Q0。τ决定放电过程的快慢，τ越大，放电越慢；反之，τ越小，放电越快。当t=5，τ=5RC时，Q=0．005Q0，可以认为放电基本结束。对上式取自然对数有：

若用冲击电流计测量电容两端电量时，由于通过电流计的电量Q与电流计光标的第一次最大偏转距离d成正比(Q∝d)，因此(1)、(2)式可改写为：