在平時(shí)的工作中，有時(shí)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(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)制作過程。
我初步給這個(gè)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(gè)由LM393（U3A）組成的LC振蕩器。由單片機(jī)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(gè)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(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(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。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(shí)，Uc=0.632E （E為電源電壓）；本測量儀就是利用單片機(jī)測量Uc=0到0.632E這段時(shí)間，用下列式子計(jì)算計(jì)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(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。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，通過測得的充電時(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(gè)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(jī)能夠根據(jù)開關(guān)的狀態(tài)和按鈕Btn3自動(dòng)判斷測量的類型。
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。
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制作所需的元器件如下圖所示：
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
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4、裝有機(jī)玻璃板
以下是成品展示圖：
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)槟M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量精度?。ú贿^不會(huì)影響頻率和電解電容測量精度。）
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）。
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使用方法
測小電容、電感、頻率是一組功能，具體測哪個(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(tài)決定，單片機(jī)能根據(jù)S3的狀態(tài)自動(dòng)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(jī)界面
顯示網(wǎng)站網(wǎng)址和大道必成會(huì)員號。
2、開機(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)顯示其它測量界面（頻率Fx或者電感Lx的測量界面）。
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)后才能測小電容和電感。頻率檔和電解電容測量檔不需要校準(zhǔn)，校準(zhǔn)僅僅針對小電容和電感測量。
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測電感即可，不需要重復(fù)校準(zhǔn)。
4、測小電容
S1/S2均在彈起狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)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(zhǔn)后，直接將小電容接在Cx與GND之間即可，下圖所示。第一行顯示測得的電容值，第二行顯示的是當(dāng)前LC振蕩電路的頻率。
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小電容實(shí)際測試：
1000pF
150nF
5、測電感
S1按下、S2彈起狀態(tài)，單片機(jī)會(huì)自動(dòng)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(dāng)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(biāo)稱100uH的電感。
電感實(shí)際測試
標(biāo)稱220uH
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6、測頻率
按下S2（S1何種狀態(tài)無關(guān)）， 單片機(jī)會(huì)自動(dòng)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(nèi)。
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(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(huì)返回到測小電容、電感、頻率的狀態(tài)。這就是功能切換按鈕的作用。除此之外，其它測量檔位單片機(jī)能根據(jù)S1、S2、S3按下還是彈起自動(dòng)識別，無需人為干預(yù)。
S3彈起時(shí)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(dòng)，顯示的測量范圍會(huì)略有差異。
8、測大電解電容
功能切換在測電解電容狀態(tài)，S3按下時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入大電容測量界面。
拍完照片后程序又略有改動(dòng)，測量范圍已經(jīng)增大到12000uF。
電解電容實(shí)際測試
0.47uF，雖然叫電解檔，其實(shí)電解非電解電容都可以測：
470uF
1000uF
至此，整個(gè)DIY已經(jīng)完成了，是不是很強(qiáng)大？趕緊自己動(dòng)手吧！
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