1、作品简介
贴片电容,不像贴片电阻那样上面还有数字标识,所以如果多个贴片电容不小心混在一起,是很难区分开来的,原因主要是一般的万用表没那么高分辨率的电容测试功能,为此小编特意给大家介绍一款来自老外的电子制作,该制作属于开源,具有硬件简洁,但又不失高精度测量的特点,作者也提供了HEX源码,烧录完成后即可工作!该老外的大名是:RomanBlack,他的网站是:http://www.romanblack.com,顺此声明,该文章的版权归属:RomanBlack,我们这里只是转载和翻译,如翻译有所偏差,请以作者原文为准)。
2、作品亮点
①具有很高的分辨率:达6~7位!(一般的仪器或制作,只有有3或4位)
②测量范围较宽:0pF到50uF。
③硬件简洁,性价比高,使用到一个低成本的PIC单片机16F628。
④不需要校准!(其他需要校准的一个特殊的测试帽)
⑤类似电子秤的去皮功能,可自动归零,或相对值设置为零
此外,亮点还包括:
该电容测量仪,有三种显示格式,根据测量值大小有所差异,具体如下:
0pFtoabout18000pF,format;"PPPPP.DDpF"
18nFto999nF,format;"NNN.DDDnF"
1uFto50uF,format;"UU.DDDDuF"
显示精度:
在pF级测量显示时,显示精度可达+/-0.02pF;
而在nF和uF级测量显示时,显示精度可达+/-最后1位数字
3、原理图
备注说明:以上电路中,最关键的是这个部分,这里特别提取出来分析一下:
该电路是一个RC震荡电路,其中比较器直接使用了PIC16F628内部自带的比较器。该电路的震荡输出频率Fout由RT和CT决定,基本不受供电电压影响,当RT固定时,这个电路可以作为一个高精度测量电容的电路(通过测量Fout的值,就可以计算出CT的值)。在这个电路中,R1和R2起的作用,是分压的作用,B点电压在1/3VDD或2/3VDD之间变换。
单片机PIC16F628通过定时器精确地测量到Fout值后,通过一个算法把待测电容器CT的值,显示在LCD显示屏上。需要指出的是,为了获得更好的精度效果,RT需要使用高精度的金属膜电阻,阻值为:10.00K。
4、软件部分的描述
软件部分,很可惜该作者没有给出源码,只是给出了最终可烧录的HEX文件。
下面,我们来看看该作者实现这个电容测量仪的一些构思。(在此之前,我们建议大家先看该作者的另外一个设计技巧和思路:Zero-error1secondTimer零误差产生1HZ的定时器,该高精度电容测量电路的算法核心就是用这个方法来设计的。)
本电路中,单片机PIC16F628使用内置的CCP1硬件单元来捕获RC振荡器的频率,PIC定时器的运行时钟为4MHZ(16MHz/4=4)。单片机累加连续捕获到的周期数(值),直到累加到的周期数超过两百万次(即>0.5second),仅仅误差只是最初和最后1次的捕获到的周期值,所以的误差值被限制在每次最后一次捕获的两百万次的多余部分,从而最终达到1PPM的精度。现在,通过总周期数除以捕获到的周期数,就可以得到一个精确的平均捕获值,接着把该平均值再放大1000倍,即可获得除数后包含了多个数字的最终值(分辨率)。
例如:
"10nF"的电容,测量到的振荡数是435Hz
218个连续的振荡值被累计,对应得到的总和值是:2004597
从而有:(2004597*1000)/218=2004597000/218=9195399
所以平均得到的周期数是:9195.399
接着,第二步的处理是:将平均得到的周期数转换为pF
(9195399*100)/scale=919539900/919=1000587
1000587最终被显示在LCD屏上的数字是:10005.87pF
类似地,再比如:
"100pF"oscPIC单片机测量到的振荡数是43500Hz
累计值首次超过2百万次,即实际达到2000091时,对应的振荡周期数是:21751
从而有:2000091000/21751=91953
比例格式化:91953000/919=100057
最终,100057被处理和显示在LCD屏上的值是100.05pF
5、材料清单(BOM列表)
以下是这个电子制作的BOM列表,大部分器件可采购自立创商城(WWW.SZLCSC.COM):
6、PCB实物图
7、调试过程和应用实例
测试是很简单的,PCBA焊接和组装无误后,上电会显示320pF左右(此时假设是没有接上待测电容CT的),此时该RC振荡器的频率大概是220KHZ左右。接着,轻触按键对该电容测量仪进行归零,LCD显示屏显示"ZeroCal",随后该装置即可进行待测状态!在测量极小电容的时候,由于精度很高,同时温度影响,出现一些跳过,比如+-0.05的变动,是正常的。另外,如果这个RC振荡器停止震荡,或者待测电容的2端短路,或者超过50uF的电容被插入来测量,那么LCD将会显示"Error",并交替性出现"Error"和"Largecap"的提示。
8、总结
RomanBlack是个大牛,在他的个人网站上有很多他开源的作品,特别是他提出的“Zero-error1secondTimer零误差产生1HZ的定时器”,这个算法在MCU中有很多应用,它可以让单片机即使使用特殊或有误差的晶振,也能产生精确的周期性、频率信号。这个算法,值得大家去学习和参考。另外这个电容测量仪的电路中,如果采用更高速的比较器,可以得到更准确的测量值,特别是在测量pF级微小容量的电容时,也欢迎大家去改进~。
官方原文:http://www.romanblack.com/onesec/CapMeter.htm
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