關(guān)于51單片機(jī)的電容、電感、頻率測(cè)量?jī)x（LCF表）的測(cè)量方法

基于STC89C52/AT89S52的電感、電容、頻率測(cè)量表

大體測(cè)量范圍電感測(cè)量范圍： 0.1μH-----1H小電容測(cè)量范圍： 1pF----2.2μF（非電解電容）頻率測(cè)量范圍： 50Hz---400KHz（可測(cè)小信號(hào)）電解電容測(cè)量范圍： 0.5μF--12000μF（電解電容、非電解電容均可）一、測(cè)量原理1、小電容、電感測(cè)量原理： 電路是一個(gè)由LM393（U3A）組成的LC振蕩器。由單片機(jī)測(cè)量LC震蕩回路的頻率F1，然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)電容C1【原理圖中的Cref】出電感L1的值。

這里電容器C1的容量的精確程度，基本上決定了整個(gè)測(cè)量過(guò)程的精度。應(yīng)該選用穩(wěn)定性好精度高的電容器，網(wǎng)上一般推薦使用云母電容器，買不到的話，獨(dú)石或CBB的也都可以將就用。 電容Cx、電感Lx的值，分別用下列式子計(jì)算：

其中，F(xiàn)1是固有頻率，F(xiàn)2是接入測(cè)試電容、電感后的頻率。2、電解電容測(cè)量原理： 電解電容的測(cè)量是基于對(duì)RC電路的時(shí)間常數(shù)的計(jì)算，電容的充電速度與R和C的大小有關(guān)，R與C的乘積越大，充電時(shí)間就越長(zhǎng)。這個(gè)RC的乘積就叫做RC電路的時(shí)間常數(shù)τ，即τ=R?C。若R的單位用歐姆，C的單位用法拉，則τ的單位為秒。

圖示曲線可以得到充電過(guò)程的一般規(guī)律：Uc是按指數(shù)規(guī)律上升的，Uc開(kāi)始變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當(dāng)t=τ時(shí)，Uc=0.632E (E為電源電壓)；本測(cè)量?jī)x就是利用單片機(jī)測(cè)量Uc=0到0.632E這段時(shí)間，用下列式子計(jì)算計(jì)算被測(cè)電容值：?? ???電路由比較器U1B,放電晶體管Q1、Q2等組成。設(shè)定比較器正輸入端為Uc，（Uc=0.632E，調(diào)節(jié)Rref獲得），反向輸入端接被測(cè)電容CEx，當(dāng)單片機(jī)P15引腳為低電平時(shí),電容放電。注意51單片機(jī)引腳的拉電流很小，不能直接驅(qū)動(dòng)Q1，否則放電時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。當(dāng)單片機(jī)P15引腳為高電平時(shí),電容充電，當(dāng)充電到Uc時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單片機(jī)外部中斷0，通過(guò)測(cè)得的充電時(shí)間和充電電阻的大小可以計(jì)算出電容大小。二、原理圖

上圖中（請(qǐng)參照PDF原理圖），Btn1是單片機(jī)復(fù)位按鈕；Btn2是校準(zhǔn)按鈕，在測(cè)量小電容時(shí)候可以隨時(shí)按下清零顯示；Btn3是功能切換按鈕，用來(lái)在測(cè)量LCF(頻率、小電容、電感)和測(cè)量電解電容之間切換。 圖中的三個(gè)雙刀雙擲開(kāi)關(guān)用來(lái)切換測(cè)量，S1在L、C（小電容）之間切換，S2在頻率與LC之間切換，S3在大電解和小電解之間切換；單片機(jī)能夠根據(jù)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和按鈕Btn3自動(dòng)判斷測(cè)量的類型。 另外，F(xiàn)x、Cx、Lx共用了一個(gè)GND端子，電路板上四個(gè)端子緊挨在一起，也可以多加GND端子，不共用，布線時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活處理。三、電路板 比較器周邊元器件比較多，布線可能不太方便，給大家提供一個(gè)LM393周邊元器件位置的參考，這樣的布局飛線不會(huì)太多。我電路板上的飛線多是因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/analog/" target="_blank">模擬電源和數(shù)字電源進(jìn)行了比較嚴(yán)格的隔離，實(shí)際上并沒(méi)有太大必要，但是LC振蕩電路附近的電源和地一定要注意隔離，否則可能小電容讀數(shù)很不穩(wěn)定！ 標(biāo)準(zhǔn)電容Cref最好使用2200pF云母電容，該電容的精確程度直接決定了小電容和電感的測(cè)量精度?。ú贿^(guò)不會(huì)影響頻率和電解電容測(cè)量精度。）

Rref調(diào)試方法，上文原理中已經(jīng)講到，比較器同相輸入端電壓Uc=0.632E（電源電壓）。四、使用方法 測(cè)小電容、電感、頻率是一組功能，具體測(cè)哪個(gè)由S1/S2的狀態(tài)決定，單片機(jī)能根據(jù)S1/S2的狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別測(cè)量哪一種。測(cè)大電解電容和小電解電容是一組，具體測(cè)大電解還是小電解由S3狀態(tài)決定，單片機(jī)能根據(jù)S3的狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別測(cè)量大電解還是小電解。在這兩組功能之間需要功能切換按鈕(原理圖中Btn3)來(lái)切換。1、上電開(kāi)機(jī)界面 顯示中國(guó)電子DIY之家網(wǎng)址和大道必成會(huì)員號(hào)。

2、開(kāi)機(jī)小電容和電感檔未校準(zhǔn)前 此時(shí)S1/S2/S3均處在彈起狀態(tài)，S1/S2處在其它狀態(tài)時(shí)則自動(dòng)顯示其它測(cè)量界面（頻率Fx或者電感Lx的測(cè)量界面）。 圖中的3.7pF是未經(jīng)校準(zhǔn)的誤差，一般這個(gè)值會(huì)比較大，必須校準(zhǔn)后才能測(cè)小電容和電感。頻率檔和電解電容測(cè)量檔不需要校準(zhǔn)，校準(zhǔn)僅僅針對(duì)小電容和電感測(cè)量。

3、小電容、電感檔校準(zhǔn) 校準(zhǔn)只需在小電容檔（圖中界面），不接入測(cè)量電容時(shí)，按一下校準(zhǔn)（清零）按鈕（原理圖中Btn2）即可，Cx會(huì)自動(dòng)清零（下圖所示）。 在電感檔校準(zhǔn)需要將測(cè)電感的端子Lx與GND短接，然后按一下校準(zhǔn)按鈕，因?yàn)椴环奖?，所以不提倡在電感檔校準(zhǔn)。在小電容檔和電感檔校準(zhǔn)是等效的，在小電容檔校準(zhǔn)后，按下S1測(cè)電感即可，不需要重復(fù)校準(zhǔn)。

4、測(cè)小電容 S1/S2均在彈起狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示測(cè)小電容界面，除非按下功能切換按鈕（原理圖Btn3）切換到電解電容檔。 校準(zhǔn)后，直接將小電容接在Cx與GND之間即可，下圖所示。第一行顯示測(cè)得的電容值，第二行顯示的是當(dāng)前LC振蕩電路的頻率。

5、測(cè)電感 S1按下、S2彈起狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示測(cè)電感界面，除非按下功能切換按鈕（原理圖Btn3）切換到電解電容檔。 將電感接在Lx與GND之間即可，下圖所示。第一行顯示測(cè)得的電感值，第二行顯示的是當(dāng)前LC振蕩電路的頻率。 所測(cè)電感與電路板上焊的是同一種，標(biāo)稱100uH的電感。

6、測(cè)頻率 按下S2(S1何種狀態(tài)無(wú)關(guān)), 單片機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示測(cè)頻率界面，除非按下功能切換按鈕（原理圖Btn3）切換到電解電容檔。 本測(cè)量?jī)x可以測(cè)幅值比較小的信號(hào)，頻率測(cè)量范圍50Hz到400KHz，測(cè)量精度在0.2%以內(nèi)。 這是測(cè)20KHz信號(hào)的界面。

7、測(cè)小電解電容 在測(cè)小電容、電感、頻率的任何一個(gè)狀態(tài)，按一次功能切換按鈕(原理圖中Btn3)都會(huì)切換到測(cè)電解電容的狀態(tài)，然后根據(jù)S3彈起還是按下的狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別測(cè)大電解還是測(cè)小電解電容。再次按下功能切換按鈕(原理圖中Btn3)會(huì)返回到測(cè)小電容、電感、頻率的狀態(tài)。這就是功能切換按鈕的作用。除此之外，其它測(cè)量檔位單片機(jī)能根據(jù)S1、S2、S3按下還是彈起自動(dòng)識(shí)別，無(wú)需人為干預(yù)。 S3彈起時(shí)為測(cè)小電解檔，第一行顯示測(cè)量范圍，第二行顯示測(cè)得的電容值。拍完照片后程序又略有改動(dòng)，顯示的測(cè)量范圍會(huì)略有差異。

8、測(cè)大電解電容 功能切換在測(cè)電解電容狀態(tài)，S3按下時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入大電容測(cè)量界面。 拍完照片后程序又略有改動(dòng)，測(cè)量范圍已經(jīng)增大到12000uF。

五、其它說(shuō)明 本制作可以使用STC89C52或AT89S52制作，提供.HEX文件可以直接燒寫(xiě)。如果仿制過(guò)程中遇到什么問(wèn)題或者有什么好的改進(jìn)建議請(qǐng)留言，看到后我會(huì)第一時(shí)間回復(fù)。附：制作過(guò)程展示1、元器件展示

2、焊接完工正面飛線主要是數(shù)字電源和數(shù)字地線，因?yàn)閿?shù)字電源與模擬電源做了嚴(yán)格隔離，所以飛線比較亂。不隔離很多地方可以直接連一起，板子可以做的比較漂亮。

背面的飛線主要是按鍵線、信號(hào)檢測(cè)線、ISP串口下載線等，模擬部分盡量避免了飛線，或者使用了短飛線。

3、裝芯片及1602