本帖最后由 imxuheng 于 2020-12-19 22:17 编辑
前不久看到一篇介绍用PIC 单片机制作的电容表，你们搜“使用PIC16F628制作一个高精度的电容 测试仪”就能搜到，文章介绍说测量精度相当不错，原理也简单，就是利用迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器，该方波发生器的输出频率与RC有关，利用方波频率就能反推电容容值，不过作者没有公布计算公式，更没有公布源码。 既然这个PIC电容表电路简单、精度还高，所以准备试一试，看能不能找到这个震荡电路频率值与电待测电容的关系式。文库里搜了个模电PPT课件，结合上面的分析方法和节点法，基本摸清公式建立流程。
1 原理简介 常见的迟滞比较器和RC负反馈回路构成方波发生器电路如下图所示 图1-1 电容充电时，电容两端电压Uc不断升高，当比较器正端电压U+小于负端电压U-（即电容两端电压Uc）时，比较器输出低电平（单电源供电时输出0，双电源供电时输出负电源电压），此时电容开始放电，电容两端电压不断降低，当比较器正端电压U+大于负端电压U-（即电容两端电压Uc）时，比较器输出高电平（正电源电压），就接下来电容用开始充电。这样电容不断充放电，比较器输出电平变化形成方波 本次使用的电路实际就是由上面的电路演变而来（如图1-2所示），但是方波产生的原理是一样的。
图1-2
2 参数计算 接下来一步一步推导电容与方波频率之间的关系式。 根据前面介绍我们知道，比较器正端输入电压U+和负端输入电压U-大小关系决定了输出高电平还是低电平 - U+>U-，比较器输出正电源电压
- U+<U-，比较器输出负电源电压
现在我们就来计算比较器正端输入电压和负端输入电压。
2.1 正端输入电压计算 我们把正端输入电压部分的电路摘出来分析，如图2-1所示
图2-1
利用节点分析法，可知I3=I2+I1
移项去分母化简得到U+表达式
从前面介绍可知，正端输入电压上限UH等于比较器输出正电源电压VCC时的U+；正端输入电压下限UL等于在比较器输出负电源电压时的U+， 故有
单电源供电时
如果R1=R2=R3，VCC=5V，单电源供电，那么，UH=3.3V，UL=1.7V，说明输出方波电压在1.7v~3.3v之间变化，和介绍PIC电容表时说的一样
2.2 负端输入电压计算 电容充放电曲线图2-2所示
图2-2 其中，充电时间T2=放电时间T1 0~T2这段时间为电容充电时间，电容上的电压满足
R为电容充电电阻，C为待测电容
UC0为0时刻的电容上的电压，等于下门限电压UL，方波出现上跳变，因此
当时间趋于无穷大时，Uc趋于最大输出电压VCC
当t=T2时，Uc等于上门限电压UH，方波出现下跳变，因此有
2.3 电容容值计算 将上式和电容充电方程联立可得
带入各变量表达式：
移项去分母等变换得到T2表达式
方波周期T=2*T2=2*R*C*ln(1+R1/R2)。 假设频率为f，那么频率f与电容C的关系式为
3 电路设计与制作 外地上班，所以手头没有什么元件，只是带了一个最小系统和少许元件，幸好这个电容表元件比较少，还好能够做出来，我使用的 电路图如下图所示
焊好电路后，编写程序，思路就是 1. 定时1s，记录外部中断次数 2. 定时完成1s后，等待触发外部中断，中断发生后中断次数+1，再关闭外部中断和定时器； 3. 1秒+之后定时器在最后一次外部中断前的记录时间，就是所有完整方波个数所用的时间 4. 计算电容值 5. 开启外部中断 6. 等待外部中断到来，外部中断到来后开启定时器，进行下一轮测量 大家有更好的思路，在评论区分享分享。
烧录程序开机测试！！！！！ 测试100nF
测试10uF
测试22uF
手里只有这么几个电容，没法再测其他范围。
“使用PIC16F628制作一个高精度的电容 测试仪”里面提供了几个实测数据 - "10nF" 的电容，测量到的振荡数是 435Hz
- "100pF"的电容，测量到的振荡数是 43500Hz
- 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。
前两条实测数据我不知道如何得来的，用前面的计算公式无法得到这个频率，而对于最后一条数据，当充电电阻R=10K欧姆，电容C=320pF时，利用前面的计算公式可得频率f=225kHz，基本符合。 电阻精度会影响测量精度，大家焊接之前测好那几个电阻的阻值，另外测试座估计也会影响结果，我测那个100nf的电容时，最后一位有跳动，估计是座子引脚太近和有焊渣的原因吧。 坛里有兴趣的朋友可以自己做个试试，应该也花不了多少时间. 就分享这么多，打字真是不易。。。。。
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发表于 2020-12-19 22:18
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