具有自校准功能的电容式电容表。方案、说明

具有自校准功能的电容器电容表。无线电电子电气工程百科全书

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在业余无线电实践中，经常会遇到测量电容器电容的任务。具有电容测量功能的工业万用表非常昂贵，并不是每个人都可以使用。提出了一种由三个微电路组装而成的简单仪表的设计，它可以测量电容器的电容以及周期信号的频率，并且可以用作具有数字频率控制的发生器。

仪表示意图如图所示。

（点击放大）

该器件包含 PIC1A 型微控制器 DD16.84、K2-0V4 型 AON DD2 数字液晶指示器（或类似产品）和定时器 DA1 NE555 (KR1006VI1)。电容表基于 DA1 定时器上 RC 发生器的输出频率对电容器 Cx 电容值的依赖关系：

fout≈1/kRCx，

其中 K 是某个常数。由于这种依赖性成反比，因此微控制器计算 y=1/fout 的倒数。

为了提高测量的准确性和调节的方便性，根据预先选定的参考电容器（C3、C5、C6）的电容值进行自校准。该仪表具有三个电容测量范围：第一 - 1 .... 10 pF、第二 - 1000 ... 2 pF、第三 - 470 pF ... 4700 μF。在用于自校准的第一个范围中，使用容量为 3 pF 的参考电容器 C4700，在第二个中使用容量为 0,47 pF 的 C5，在第三个中使用容量为 470 nF 的 C6。在将这些电容器安装到设备中之前，必须使用某种电容表根据额定电容值来选择它们。

最好选择电容温度系数最小值的电容器。为了增加定时器中仪表的线性度，在晶体管VT1上使用电流源，通过电阻R9R11设置不同范围内的电流值。切换由微控制器DD1通过将端口B0-B7从输入切换到输出来执行。测量范围和仪表操作模式的选择通过开关 S1 和 S2 进行，如下表所示：

具有自校准功能的电容式电容表

自校准会定期进行，大约每分钟一次。此时，液晶显示屏上显示参考电容器的电容值。在所有三个量程中，电容值均以皮法显示，字母“R.”显示在指示器的左角。在频率计和发生器模式下，这些字母不显示。在自校准期间，参考电容器之一代替 Cx 自动连接到电路并测量其电容。在这种情况下，计算出校正码N0的值，并将其存储在微控制器的RAM中Nout＝N0Nin。

与被测电容器Cx并联连接有小容量的电容器C4。这样做是为了达到更线性的测量部分，并且在 DD4 中自动从测得的电容 Cx 的值中减去电容值 C1。当测量第一个子范围内的小电容（最大 100 pF）时，当被测电容器 Cx 关闭时，指示器上可能会显示非零读数。必须从测量的 CX 值中减去该未补偿的电容值（以皮法为单位）。

在振荡器模式下，可变电阻器R1连接至电流源VT13，通过调节可变电阻器R3来设置自由振荡频率fgen。如果开关S561关断，则微处理器测量生成频率。在输出 fgen 处，信号为脉冲信号。如果您需要具有相同脉冲和暂停持续时间的信号，则必须将输出 fgen 应用于分频器（例如，在 K10IE20 微电路上）。可以从输出“a”获取锯齿信号。如果将输出“a”施加到逻辑元件上的积分器的输入，则可以获得形状接近正弦的信号，发生器的频率范围从几十赫兹到30 ... 13 kHz 。要向低频扩展范围，可以增加电阻器 RXNUMX 的值。

按钮 S4 - 带常闭触点。它用于在从一个测量范围切换到另一个测量范围时通过断开电源电路来重置微控制器。必须按住按钮几秒钟。石英 Q1 - 任何 1 MHz。该器件可以使用 7555 型 MOS 定时器。

您可以按照[1]中描述的方法自行对单片机进行编程。测量外部振荡频率时，开关S3必须关断。

参考文献：

Denisov A. PIC16.84 处理器上的频率计//Radiohobby。 - 2000 年。 - 第一名。 - S.1。

作者：A.M. 萨沃柳克

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