玩转单片机，DIY可测试电容、电感和频率的仪器

　　在平时的工作中，有时候我们需要测试一下电感、电容还有小信号的频率，为了方便，今天我给大家介绍一个利用单片机STC89C52/AT89S52为主控的，集合以上三种功能的神器。以下是详细制作过程。

　　我初步给这个产品划定的测量范围是：

　　电感测量范围： 0.1μH--------1H

　　小电容测量范围： 1pF-------2.2μF（非电解电容）

　　频率测量范围： 50Hz------400KHz（可测小信号）

　　电解电容测量范围： 0.5μF--12000μF（电解电容、非电解电容均可）

　　在开始制作之前，先给大家讲解一下测量原理：

　　1、小电容、电感测量原理：

　　电路是一个由LM393（U3A）组成的LC振荡器。由单片机测量LC震荡回路的频率F1，然后根据标准电容C1【原理图中的Cref】出电感L1的值。

　　

　　这里电容器C1的容量的精确程度，基本上决定了整个测量过程的精度。应该选用稳定性好精度高的电容器，网上一般推荐使用云母电容器，买不到的话，独石或CBB的也都可以将就用。

　　电容Cx、电感Lx的值，分别用下列式子计算：

　　

　　其中，F1是固有频率，F2是接入测试电容、电感后的频率。

　　2、电解电容测量原理：

　　电解电容的测量是基于对RC电路的时间常数的计算，电容的充电速度与R和C的大小有关，R与C的乘积越大，充电时间就越长。这个RC的乘积就叫做RC电路的时间常数τ，即τ=R?C。若R的单位用欧姆，C的单位用法拉，则τ的单位为秒。

　　

　　图示曲线可以得到充电过程的一般规律：Uc是按指数规律上升的，Uc开始变化较快，以后逐渐减慢，并缓慢地趋近其最终值，当t=τ时，Uc=0.632E （E为电源电压）；本测量仪就是利用单片机测量Uc=0到0.632E这段时间，用下列式子计算计算被测电容值：

　　

　　电路由比较器U1B，放电晶体管Q1、Q2等组成。设定比较器正输入端为Uc，（Uc=0.632E，调节Rref获得），反向输入端接被测电容CEx，当单片机P15引脚为低电平时，电容放电。注意51单片机引脚的拉电流很小，不能直接驱动Q1，否则放电时间会很长。当单片机P15引脚为高电平时，电容充电，当充电到Uc时，比较器翻转，触发单片机外部中断0，通过测得的充电时间和充电电阻的大小可以计算出电容大小。

　　原理图如下图所示：

　　

　　上图中，Btn1是单片机复位按钮；Btn2是校准按钮，在测量小电容时候可以随时按下清零显示；Btn3是功能切换按钮，用来在测量LCF（频率、小电容、电感）和测量电解电容之间切换。

　　图中的三个双刀双掷开关用来切换测量，S1在L、C（小电容）之间切换，S2在频率与LC之间切换，S3在大电解和小电解之间切换；单片机能够根据开关的状态和按钮Btn3自动判断测量的类型。

　　另外，Fx、Cx、Lx共用了一个GND端子，电路板上四个端子紧挨在一起，也可以多加GND端子，不共用，布线时可以根据实际情况灵活处理。