DIY集電容、電感和頻率測(cè)量為一體的儀器

在平時(shí)的工作中，有時(shí)候我們需要測(cè)試一下電感、電容還有小信號(hào)的頻率，為了方便，今天我給大家介紹一個(gè)利用單片機(jī)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(guò)程。

我初步給這個(gè)產(chǎn)品劃定的測(cè)量范圍是：

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）

在開(kāi)始制作之前，先給大家講解一下測(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(mǎi)不到的話(huà)，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(xiàn)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。

原理圖如下圖所示：
 

上圖中，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(lèi)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(xiàn)時(shí)可以根據(jù)實(shí)際情況靈活處理。