首先我们了解一下介电常数的测量方法。测量介电常数的方法很多，常用的有比较法，替代法，电桥法，谐振法，Q表法，直流测量法和微波测量法等。各种方法各有特点和适用范围，因而要根据材料的性能，样品的形状和尺寸大小及所需测量的频率范围等选择适当的测量方法。论文网

本次设计由AT89C51单片机和555定时器等构成的检测系统间接测量介电常数的方法来测量介电常数的大小，采用的是谐振法。通过这种方法可以检测出介电常数的值，并同时把结果用数字显示出来，且测量精度比较准确。

介电常数测量仪是最新一代通用、多量程的测试仪器。它以单片机作为仪器的控制、测量核心,采用特制介质损耗测试装置和单位计算可以精确的计算出介电常数，并在显示屏上显示出来。采用DDS数字直接合成方式的内部信号源，具有信号失真小，频率精确、信号幅度稳定的优点，更保证了测量精度的精确性。

介电常数测量仪的出现对于电子工业，半导体材料业提供了巨大的推动作用。介电常数的研究不但在电解质材料中的应用上具有重要意义，而且也是了解电解质的分子结构和激化机理的重要分析手段之一。探索高介电常数的电介质材料，对电子工业元器件的小型化有着重要的意义；探索低介电常数材料是当前半导体行业研究的热门话题。通过降低集成电路中使用的介电材料的介电常数，可以降低集成电路的漏电电流，降低导线之间的电容效应，降低集成电路发热等等。介电常数的重要性由此可知，对于材料学，电子工业，半导体工业的未来拥有无限可能。在未来的时间里，人们也会不遗余力的去升级，去创新介电常数测量仪，让其操作更加简单，结果更加精确。

2 基于单片机的数字化介电常数测量仪的设计

2.1 设计方案

图1为测量系统的结构原理图。图1为一个方形盒子，上端开口，便于存放介质。方形盒子的长×宽×高为40mm×30mm×70mm,左右两侧用金属板构成平行板电容器的两极，其余各面用工程塑料板构成，所用厚度均为1～2mm。方形盒子构成电容传感器两电极的引出线如图所示。我们知道若不考虑平行板电容器的边缘效应，它的电容量可以用以下表达式表示：

C=εr·ε0·S／d    (F)文献综述

式中S--极板相互遮盖面积（cm²）；d—两平行极板间的距离（m）; εr极板间介质的介电常数；ε0真空中介电常数。

如果方形盒中需要测量的介电常数的介质，则εr = d· C／ε0·S。对于确定的d、ε0、S，我们只需测出C的值，即可测出介质的介电常数。对于C，我们采用555定时器与AT89C51单片机等组成的测量系统间接测量，对于555定时器来说，它配合外围电路有多种用途。本系统中基于AT89C51单片机和555定时器构成的多谐振荡电路来测电容。在直接反馈无稳态的状态下，555定时器输出一定频率的方波，被测电容的大小与其频率存在如下关系：

f=0.772/R*C。

当然，我们固定R的大小，就可以将公式简化为：f=k/Cx。只要我们能够测量出555定时器输出的频率，就可以计算出测量的电容,进而我们可以测出介电常数的大小。我们可以利用单片机的计数器T0和中断非INT0配合使用来测量其频率，这种研究方法相当的简单。系统框图见图2。

图中给出了整个系统设计的系统框图，系统主要由四个主要部分组成，单片机和晶振电路设计，555定时器电路设计，显示电路设计，复位电路设计。

2.2硬件任务的设计