DIY集電容、電感和頻率測量為一體的儀器

在平時的工作中，有時候我們需要測試一下電感、電容還有小信號的頻率，為了方便，今天我給大家介紹一個利用單片機STC89C52/AT89S52為主控的，集合以上三種功能的神器。以下是詳細(xì)制作過程。

我初步給這個產(chǎn)品劃定的測量范圍是：

電感測量范圍： 0.1μH--------1H

小電容測量范圍： 1pF-------2.2μF（非電解電容）

頻率測量范圍： 50Hz------400KHz（可測小信號）

電解電容測量范圍： 0.5μF--12000μF（電解電容、非電解電容均可）

在開始制作之前，先給大家講解一下測量原理：

1、小電容、電感測量原理：

電路是一個由LM393（U3A）組成的LC振蕩器。由單片機測量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，基本上決定了整個測量過程的精度。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，分別用下列式子計算：

其中，F(xiàn)1是固有頻率，F(xiàn)2是接入測試電容、電感后的頻率。

2、電解電容測量原理：

電解電容的測量是基于對RC電路的時間常數(shù)的計算，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，充電時間就越長。這個RC的乘積就叫做RC電路的時間常數(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程的一般規(guī)律：Uc是按指數(shù)規(guī)律上升的，Uc開始變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當(dāng)t=τ時，Uc=0.632E （E為電源電壓）；本測量儀就是利用單片機測量Uc=0到0.632E這段時間，用下列式子計算計算被測電容值：

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），反向輸入端接被測電容CEx，當(dāng)單片機P15引腳為低電平時，電容放電。注意51單片機引腳的拉電流很小，不能直接驅(qū)動Q1，否則放電時間會很長。當(dāng)單片機P15引腳為高電平時，電容充電，當(dāng)充電到Uc時，比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單片機外部中斷0，通過測得的充電時間和充電電阻的大小可以計算出電容大小。

原理圖如下圖所示：
 

上圖中，Btn1是單片機復(fù)位按鈕；Btn2是校準(zhǔn)按鈕，在測量小電容時候可以隨時按下清零顯示；Btn3是功能切換按鈕，用來在測量LCF（頻率、小電容、電感）和測量電解電容之間切換。

圖中的三個雙刀雙擲開關(guān)用來切換測量，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；單片機能夠根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)和按鈕Btn3自動判斷測量的類型。

另外，F(xiàn)x、Cx、Lx共用了一個GND端子，電路板上四個端子緊挨在一起，也可以多加GND端子，不共用，布線時可以根據(jù)實際情況靈活處理。