微控制器电容电容表。方案、说明

微控制器电容器电容表。无线电电子电气工程百科全书

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该设备的操作基于一种众所周知的方法，该方法用于测量通过已知电阻的电阻器从电压源对电容器进行充电和放电的持续时间。测得的电容值范围为 1 nF 至 12000 uF。它分为两个子范围，通常称为“nF”和“μF”。要在不将电容器焊接到电路板外的情况下测量电容器的电容，需要在电容器上施加小幅度的电压，以便半导体器件的 p-n 结不会干扰此过程，因此参考源的电压为 0,5 V .

该装置的方案如图所示。一。

微控制器电容电容表
图。 1

主要的“工作”由微控制器 DD1 执行。其节点操作的同步是通过带有外部石英谐振器 ZQ1 的内置发生器进行的。 DD1单片机有一个模拟比较器，用来控制被测电容的充放电电压。该比较器的输入连接到 PBO、PB1 端口。被测电容连接到插座XS1、XS2，来自RVZ端口的高电压或低电压通过电阻分压器R1-R3R7R10对其进行充电和放电。开关触点 SA1.1 分流电阻 R2 在“uF”极限，增加充电和放电电流的值。子范围“nF”上的开关触点 SA1.2 通过电阻器 R1 连接线 PD3 和 PD19，电阻器 R1 由 DD9 微控制器固定作为该子范围的设置。电阻分压器 R6R2 在线 PB6 上的高电平电压在电阻 R0,316 上产生 1 V 的参考电压，用于内置比较器（线 PBXNUMX）的反相输入，这是对被测电容器充电的阈值。

当 PB2 线转换为高阻抗状态时，示例电压关闭，比较器输入将通过电阻器 R6 和插座 XS2 连接到被测电容器 - 这是电容器的“公共”输出，它确保在电容器放电时零电压固定在电容器上。来自电容器的电压通过电阻器 R4 馈送到比较器的另一个输入端（PBO 线）。与比较器输入并联的 C3R5 电路有助于降低“数字”噪声。 R8VD5 电路将“帮助”DD1 微控制器确定电容器是否连接到 XS1、XS2 插座或它们是否闭合。

另一个示例性电压源，相对于其进行测量，组装在运算放大器 DA2 上。分压器 R27R29 产生约 2,5 V 的电压，它进入作为缓冲放大器的 DA2 运算放大器。

微控制器以动态模式将测量结果输出到 LED 七元素指示器 HG1-HG3，频率约为 20 ms。指示器的阳极由晶体管VT1、VT3、VT4切换，相应代码中的信号通过电阻R0-R6从PD12-PD18线送到它们的阴极。代码存储在微控制器 DD1 的存储器中，并在编程阶段输入。小数点指示器上的“点火”是通过PB4线和电阻R11、R21进行的。

同一条线路用于产生脉冲信号34，这些脉冲信号通过电阻器R1馈送到声压电辐射器HA24。

该设备由一个电池供电，该电池由两节 AA Ni-Cd 电池组成，总电压为 2,4 V，DA1 转换器将其提高到稳定的 5 V，为 DD1 微控制器和 DA2 op- 上的示例电压源供电放大器。电容器 C7 - 平滑电阻分压器 R23R25 设置电池电压下限。当它下降到 2 ... 2,1 V 时，在 DA2 转换器的 LBO 输出（引脚 1）处形成低电平电压，该电压通过电阻器 R33 和 R12 馈送到 DD0 的 PD2 线（引脚 1）微控制器。在该行的下一次轮询中，DD1 微控制器检测到低电平，停止主程序，关闭 LED 指示灯，产生一个到达声发射器 HA1 的长信号，并进入“睡眠”经济模式，只有当电源电压关闭并随后连接时，它才会从中退出。

为了保护微控制器和设备的其他元件免受充电测量电容器的电压影响，使用了一个有源保护单元，由一个二极管桥 VD6、一个晶体管 VT2 和一个 LED HL1 组成。当连接充电电容器时，其电压超过 4 ... 5 V，电流流过 HL1 LED，从而打开晶体管 VT1。在这种情况下，大部分电容器电压施加到电阻器 R3、R7 - 该电容器已放电。二极管 VD1、VD3 和电阻器 R4 用作 DD10 微控制器的 RVZ 线的附加保护，VD1、VD2 和 R4 用于 RVO 线。要对微控制器进行编程，需要将编程器连接到 XP1 插头。

该设备使用容差不超过 5% 的电阻器 MLT、OMLT、氧化物电容器 - K53-16，其余 - K10-17、KM、KD，石英谐振器 - NS-49，扼流圈 L1、L2 - ELC06D松下。 XP1 插头是 YUS-10 插座的对应物。这种插头以尺子的形式在无线电零件商店出售，所需的触点数量与它们分开。 SA1开关是任何两个方向和两个位置的小型滑动开关，最好在金属外壳中，例如B1561，这样您就可以通过焊接将其固定在板上。压电发射器 HA1 - 压电陶瓷 FML-15T-7.9F1-50，谐振频率约为 8 kHz。与 XS1-XS3 一样，从拆卸的 RG1,5T 连接器中使用内径为 4 mm 的触点（它们焊接到板上的接触垫上）。对于单个电容器的测量，使用鳄鱼夹，将其焊接到连接到插座 XS1、XS2 "Cx" 的插头上，对于测量焊接电容器，使用连接屏蔽线，其屏蔽连接到连接到插座的插头XS3“普通”。必须记住，在测量具有小电容的电容器时，测量电缆会引入额外的误差。

对于该设备，使用了 BZ-26 计算器的塑料外壳，其电源隔间被缩小以容纳两节电池。在内部，外壳上贴有由薄铝箔制成的屏幕。为了与此屏幕接触，使用了弹性镀银板，将其焊接到板上的公共电线上。计算器的常规电源开关用于打开设备电源，电源插座用于连接充电器。计算器的电源单元 BP2-1M 已转换为电池充电器。为此，在正极电源线上安装了两个电阻器和一个 LED（图 2）。通过这个LED的亮度，可以判断电池的充电程度。

微控制器电容电容表
图。 2

由双面箔玻璃纤维制成的印刷电路板的图纸如图 3 所示。 5-4。不使用过孔是不可能的，尤其是在数字指示器附近。因此，在安装时，首先应安装跳线并将其焊接到过孔中，然后再安装其余元件。有些元件的管脚也用作过渡跳线，所以需要将它们焊接在板子的两面。在大多数元件的安装侧（图 4），一片箔片与公共导线相连，这使元件的焊接复杂化，但增加了设备的可靠性。未连接到公共导线的元件引线孔在本节中进行了埋头孔（图 XNUMX 中未显示埋头孔）。

微控制器电容电容表
图。 3

微控制器电容电容表
图。 4

微控制器电容电容表

元件 R4、C3、VD1、VD2 和微控制器 DD12 的输出 1 的连接必须通过表面安装来完成。在板上安装单片机时，该引脚应弯曲，电阻R4应垂直于板安装，从XS1插座的安装侧焊接其引脚，将镀锡跳线焊接到电阻的另一个引脚上连接到 DD12 微控制器的引脚 1，然后才将元件的引脚焊接到跳线 C3、VD1 和 VD2。

为了测量，电容器连接到插座“Cx”。微控制器检测到连接的电容器后，将开始测量其电容，同时 HG3 指示灯上的小数点将亮起。在过程结束时，结果显示在 LED 指示灯上，然后显示测量单位的符号。连接电容器后，将定期重复测量过程。为了节省电池在指示结果时消耗到最大的能量，需要及时关闭被测电容。如果在设备开机或运行过程中发出一声长哔声，但没有打开指示，则需要给电池充电。

符号用于显示测量单位：“nF”——纳法； “nF” - 微法； “nnF” - 数千微法拉。

为了显示需要执行任何动作的各种情况，以下符号与声音指示一起使用：
“cc”——被测电容器有剩余电荷，必须断开并完全放电后才能重新测量；
“ygg”——测量电路短路，必须确保测量插座（线）没有意外短路或检查被测电容器是否击穿；
“ppp” - 电容器的电容超出测量范围，需要选择另一个子范围或确保被测电容器的预期电容与设备的测量能力相对应；
“---” - 修正系数值丢失，需要重新加载。

当连接电压超过 4 ... 5 V 的充电电容器时，保护系统开启，HL1 LED 闪烁。微控制器将检测充电电容器并通过灯光和声音指示报告它，但有一些延迟。因此，在连接被测电容时，需要监测保护指示灯并立即关断该电容。进行测量时，必须记住，充电至超过 100 V 电压的电容器不能连接到设备。

该设备没有自校准模式。因此，根据作者的说法，使用了一种更耗时但更可靠的程序来设置校正因子. 对于这项工作，您可以使用任何可用的 ATMEL 微控制器编程工具。

首先，例如，使用 WINDOWS 操作系统中的记事本程序，打开 cmetr.eep 文件并确保第三行看起来像

:0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC

这里，第一个字节表示每行的数据字节数。接下来的两个字节是存储行数据的第一个字节的内存单元的地址，第四个字节是服务字节。然后是十二个字节的数据，最后一个字节是校验和。现在您可以使用可用的软件和硬件将 cmetr.hex 和 cmetr.eep 文件加载到微控制器内存中。如果一切都正确完成，当设备打开时，会发出一声短促的哔哔声，数字 LED 指示灯的测试将通过 - 数字 8 在所有数字中的移位。然后指示灯将关闭，仪表将等待电容器连接，发出短促的哔声，重复周期约为 4 秒。

在检查设备的可操作性后，需要确定两个子范围的校正因子。这将需要示例性电容器 (Cobr)。最好是低损耗。例如，对于“uF”子范围，一个 100 uF 的电容器就可以了。如果无法做到这一点，则应选择电容至少为 10 微法的无极性电容器。
假设当连接一个容量为 100 微法的参考电容器时，仪器读数为 106 微法 (Cx)。校正因子的值由公式 K \u106d Cx / (Col - Cx) \u100d 106 / (17,66 - 18) \u71d -73 确定。我们接受值 K = -0,1。在“nF”子范围内，可以使用容量为0,1 μF左右的更实惠的电容K99,7、K99,7作为参考电容。假设设备测得的参考电容（100 μF）的值为99,7 nF，那么修正系数将为：K \u332,3d 332 // (XNUMX - - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX。我们接受 K = XNUMX。

将得到的系数值转换为十六进制形式，分别为 12H 和 14CH。测量误差越小，修正系数越大，这并不矛盾，只是计算修正的算法而已。现在需要回到编程过程的描述，在第三行的文件cmetr.eep中，替换十二字节数据的值，使该行看起来像

:0C0020001200FF1200FF4C01004C010064

数据的前六个字节包含“uF”子范围的重复系数信息，随后是“nF”子范围的六个字节（也是重复的）。而且，前两个字节是系数的数值，第三个字节表示它的符号。例如，在“µF”子范围内接收到负的系数值，因此第三和第六个数据字节包含数字 FF，它“通知”微控制器需要减去校正因子。对于“nF”子范围，系数为正，因此第 00 和第 XNUMX 字节包含数字 XNUMX，这意味着必须添加校正因子。

现在您应该计算这一行中的校验和值。这可以使用专门的程序或十六进制模式下的 WINDOWS 工程计算器来完成。为此，您需要将这个字符串的所有字节相加，包括字符串字节中的数据字节数、单元格地址的两个字节以及所有数据字节，然后确定要添加到这个总和中的数字，以便结果的低字节为零。这个数字将是校验和，在上面的示例中，将获得 64n。然后您应该擦除微控制器内存中的信息并重新加载 cmetr hex 和 cmetr.eep 文件。通过测量示例电容器，确保正确设置校正因子。

测量时必须考虑到，在“nF”子范围内，被测电容的电容量不能超过12 μF，在“μF”子范围内-12000 μF，电容小于1000 pF 是近似值，因为测量电路的电容会影响。

电容表单片机程序可下载故.

作者：A. Dymov，奥伦堡；出版：radioradar.net

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