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【作品展示】基于51單片機的電容、電感、頻率測量儀(LCF表)【源程序在98樓】

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大道必成 發表于 2012-8-10 05:50:21 | 只看該作者 |只看大圖 |閱讀模式 打印 上一主題 下一主題
本帖最后由 大道必成 于 2015-6-19 16:48 編輯

基于STC89C52/AT89S52的電感、電容、頻率測量表
【源程序在98樓】
大體測量范圍

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)

一、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,然后根據標準電容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。應該選用穩定性好精度高的電容器,網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,F1是固有頻率,F2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電路的時間常數的計算,電容的充電速度與R和C的大小有關,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律:Uc是按指數規律上升的,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。設定比較器正輸入端為Uc,(Uc=0.632E,調節Rref獲得),反向輸入端接被測電容CEx,當單片機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,不能直接驅動Q1,否則放電時間會很長。當單片機P15引腳為高電平時,電容充電,當充電到Uc時,比較器翻轉,觸發單片機外部中斷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。

二、原理圖

    上圖中(請參照PDF原理圖),Btn1是單片機復位按鈕;Btn2是校準按鈕,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;單片機能夠根據開關的狀態和按鈕Btn3自動判斷測量的類型。
    另外,Fx、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,布線時可以根據實際情況靈活處理。

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LM393周邊元器件位置的參考,這樣的布局飛線不會太多。我電路板上的飛線多是因為模擬電源和數字電源進行了比較嚴格的隔離,實際上并沒有太大必要,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很不穩定!
    標準電容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量精度!(不過不會影響頻率和電解電容測量精度。)
         
    Rref調試方法,上文原理中已經講到,比較器同相輸入端電壓Uc=0.632E(電源電壓)。

四、使用方法
    測小電容、電感、頻率是一組功能,具體測哪個由S1/S2的狀態決定,單片機能根據S1/S2的狀態自動識別測量哪一種。測大電解電容和小電解電容是一組,具體測大電解還是小電解由S3狀態決定,單片機能根據S3的狀態自動識別測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)來切換。
1、上電開機界面
    顯示中國電子DIY之家網址和大道必成會員號。

2、開機小電容和電感檔未校準前
    此時S1/S2/S3均處在彈起狀態,S1/S2處在其它狀態時則自動顯示其它測量界面(頻率Fx或者電感Lx的測量界面)。
    圖中的3.7pF是未經校準的誤差,一般這個值會比較大,必須校準后才能測小電容和電感。頻率檔和電解電容測量檔不需要校準,校準僅僅針對小電容和電感測量。

3、小電容、電感檔校準
    校準只需在小電容檔(圖中界面),不接入測量電容時,按一下校準(清零)按鈕(原理圖中Btn2)即可,Cx會自動清零(下圖所示)。
    在電感檔校準需要將測電感的端子Lx與GND短接,然后按一下校準按鈕,因為不方便,所以不提倡在電感檔校準。在小電容檔和電感檔校準是等效的,在小電容檔校準后,按下S1測電感即可,不需要重復校準。


4、測小電容
    S1/S2均在彈起狀態,單片機會自動顯示測小電容界面,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。第一行顯示測得的電容值,第二行顯示的是當前LC振蕩電路的頻率。


5、測電感
    S1按下、S2彈起狀態,單片機會自動顯示測電感界面,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。第一行顯示測得的電感值,第二行顯示的是當前LC振蕩電路的頻率。
    所測電感與電路板上焊的是同一種,標稱100uH的電感。

6、測頻率
    按下S2(S1何種狀態無關), 單片機會自動顯示測頻率界面,除非按下功能切換按鈕(原理圖Btn3)切換到電解電容檔。
    本測量儀可以測幅值比較小的信號,頻率測量范圍50Hz到400KHz,測量精度在0.2%以內。
    這是測20KHz信號的界面。

7、測小電解電容
    在測小電容、電感、頻率的任何一個狀態,按一次功能切換按鈕(原理圖中Btn3)都會切換到測電解電容的狀態,然后根據S3彈起還是按下的狀態自動識別測大電解還是測小電解電容。再次按下功能切換按鈕(原理圖中Btn3)會返回到測小電容、電感、頻率的狀態。這就是功能切換按鈕的作用。除此之外,其它測量檔位單片機能根據S1、S2、S3按下還是彈起自動識別,無需人為干預。
    S3彈起時為測小電解檔,第一行顯示測量范圍,第二行顯示測得的電容值。拍完照片后程序又略有改動,顯示的測量范圍會略有差異。

8、測大電解電容
    功能切換在測電解電容狀態,S3按下時,自動進入大電容測量界面。
    拍完照片后程序又略有改動,測量范圍已經增大到12000uF。


五、其它說明

    本制作可以使用STC89C52或AT89S52制作,提供.HEX文件可以直接燒寫。如果仿制過程中遇到什么問題或者有什么好的改進建議請留言,看到后我會第一時間回復。

附:制作過程展示
1、元器件展示

2、焊接完工
正面飛線主要是數字電源和數字地線,因為數字電源與模擬電源做了嚴格隔離,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、信號檢測線、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


4、裝有機玻璃板

5、測小電容
1000pF

150nF

0.47uF

1uF

6、測電感
標稱220uH

7、測頻率

8、測電解電容
0.47uF,雖然叫電解檔,其實電解非電解電容都可以測

470uF

1000uF
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xiajiuxing 發表于 2013-3-7 21:00:42 | 只看該作者
成哥。。這個用protues怎么仿真不了啊
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liusongabc 發表于 2016-3-8 18:32:17 來自手機 | 只看該作者
成功了這回敢搞開關電源了

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gyg12321 發表于 2016-3-4 21:54:01 | 只看該作者
想問問大家,那個原理圖左上角那個電路的作用。另外,樓主實際焊板時咋多了電解電容,還有個二極管。
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 樓主| 大道必成 發表于 2012-8-10 06:43:01 | 只看該作者
     PDF教程和上文一樣,重點內容加粗或者用紅字標注了一下,壓縮文件里邊有PDF格式高清原理圖和HEX文件,還有一個頻率比較精確的音頻信號發生器。不要改動電路,完全按照原理圖組裝,HEX文件寫進單片機直接能用。
    源程序采用C語言編寫,完全個人原創,擬定開源,不過為了防止與日后可能出現的同類作品產生版權糾紛,決定暫時保留至DIY大賽臨近結束時公開。



8月12日更新最新版本

LCF測量儀資料,HEX文件更新(V0.1).rar (938.76 KB, 下載次數: 2222)
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 樓主| 大道必成 發表于 2012-10-8 19:11:52 | 只看該作者
diyhome 發表于 2012-8-10 09:46
支持DIY精神

防偽工作做的不錯

壇主,幫忙把源程序傳到2樓吧,要是方便順便在標題里說明下源程序已上傳,不少人想要,比賽也快結束了,提前開源了! 51單片機LCF表全套開源資料(原理圖錯誤已更正).rar (976.06 KB, 下載次數: 1821)

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hanyinfeng218 發表于 2015-5-5 18:05:35 | 只看該作者
樓主你那個是LC振蕩電路嗎?
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tgi8i 發表于 2014-12-26 23:03:00 | 只看該作者
本帖最后由 tgi8i 于 2014-12-27 13:04 編輯

成哥,好好研究了一下你的電路圖,一直沒搞懂U1A震蕩的那里的原理,沒搞懂U1A的作用,如果按您所說的那樣是通過LC來震蕩的話,那么U1A僅僅是一個放大器或者比較器,以此來產生方波信號,我自己做的時候我吧那個U1A接成比較器,但是發現根本不行,LC根本沒起振,然后我再按您的原理圖接,只改變了R3(51K),但是發現LC還是沒起振,相反,把E1之前的斷了后,U1A反而有輸出,這是為什么啊,主要是那個LC沒反應。對了那個Cref我用的是10uf的鉭點解電容。電感用的是220uh的屏蔽電感。我的原理圖如下,按理說基準固有頻率是如下產生的,但是這個根本不工作。
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火種 發表于 2014-4-16 19:47:28 | 只看該作者
樓主能否說一下“電路是一個由LM393(U3A)組成的LC振蕩器”中的振蕩器是怎樣工作的?
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3#
diyhome 發表于 2012-8-10 09:46:32 | 只看該作者
支持DIY精神

防偽工作做的不錯
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4#
高山流水覓知音 發表于 2012-8-10 09:48:35 | 只看該作者
不錯哦,我也得學著做一個!!!希望你提供電技術支持哦!!謝謝啦
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5#
奔跑的蝸牛 發表于 2012-8-10 09:49:15 | 只看該作者
不錯  頂一下
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6#
goodays 發表于 2012-8-10 09:53:15 | 只看該作者
這個不錯,支持原創
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7#
小猛 發表于 2012-8-10 10:10:31 | 只看該作者
動作好快,有準備出個全自動的打算。。。。。。
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8#
88431844 發表于 2012-8-10 10:36:55 | 只看該作者
樓主創意不錯啊 今天真是大開眼界啊 沒想到 51單片機還可以做這個啊!
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9#
sdlcwhg 發表于 2012-8-10 10:50:12 | 只看該作者
實用的測量工具,學習中,謝謝分享的好資料。
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10#
青木小黑 發表于 2012-8-10 10:55:04 | 只看該作者
頂一下~~~~不錯
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