自制电容表

自制电容表

   很多贴片电容都没有标明电容值，而我又舍不得扔了它们；自己做电路玩
时，经常看到一些废电路板上有很多贴片电容，可以拆下来用，但是却看不到
容量，很郁闷。所以我决定做一个电容表来测试它们的容量。

   我用单片机8952和电压比较器339做了一个简单的电容容量测量表，参数大
致如下：

   电容测量范围为1pF-9999.99uF，最小分辨力为1pF。分为5个量程，可以自
动切换量程，也可手动切换。

   另外，有简单的频率计功能，能测量0-60MHz的数字信号频率（TTL电平）；
还可以产生几个单点频率的方波信号（比如1KHz）。

   采用1602LCD作为显示器；4个按键控制；使用24C01保存当前设置值，不用
每次开机重新设置。可单5V供电，也可9V交流供电。
   
    电容测试原理简介：根据电容的充电公式，可以计算出电容在充电到
1/nVcc(其中n>1，Vcc为充电电源电压)电压时充电时间跟电容的容量和电阻成
正比，跟充电电源电压无关。(通过一个微分方程即可求得，具体的计算步骤这
里省略，一般的电路教材上都有讲解)。

   工作过程如下：首先，通过单片机选通放电三极管Q9，将电容上的电放掉，
放电完毕之后，选通Q1-Q5中的一个三极管，经过一定的电阻，对电容进行充电；
同时，打开单片机的计数器0，开始计数。然后单片机等待外部中断0的发生。当
电容充电达到参考电压值时，比较器翻转，发出充电完成信号到中断0端口，单
片机响应中断，停止计数器0，并关闭充电电路，接通放电电路。接着读出计数
器0的值，进行计算，适当的调整后，输出到LCD上显示。然后又开始一次新的
测试，如此循环。

   本电路通过一个电压比较器(LM339)来检测电容充电的终止。由电阻R31，
R32及RW1构成一个分压器，产生一个基准电压。当电容两端电压超过比较电压时，
比较器翻转，产生一个低电平到单片机的中断0(INT0)引脚，通知单片机电容充电
完成。
    RW1是精密可调电阻，用来调整电压比较器的参考电压。调整RW1，使P点电压
为电源电压的0.632倍(理论值，实际值可能有点不一样，见调试部分)。
    C0是并联在测量端的一个小电容(30pF)，用来减少电路分布电容的影响。因为
在单片机内部做了软件调零，所以有一个固定的偏移量，对结果的显示不会造成
影响。
    Q8和Q10是用来平衡电路和温度补偿。作用不是很大，如果觉得麻烦，可以
省掉这个两个三极管，把集电极和发射极直接连接起来，基极那个位置悬空就行了。
    U4是一个计数器，测量频率时，先做一个预分频。因为52的计数器频率不够高。

   调试：
         先把HEX文件烧入到单片机中，然后将全部零件装好，检查确认无误后，
接通电源。调整RW1，使P点电压约为电源电压的0.632倍。然后进入主菜单，选择
校准0点，确定，等待校准完成。然后退回到主菜单，选择电容测量，自动模式。
用几个质量比较好的电容(或者用另一块电容表先测量出来)，检查电容值是否显示
正确。如果不正确，可适当微调RW1，使其正确。然后依次检查其它量程，是否正确。
如果各个量程不能同时调准，则需要适当微调一下R11、R13、R15、R18、R20等
量程电阻的阻值(可以通过采用并联电阻等方式，不过一般要求不严格的情况下，
这些电阻都是可以满足要求的)。当调试完成后，可用热熔胶将RW1固定下来，避免
使用时不小心改变了它的阻值。

  使用方法：
       板上总共有四个按键：MENU键，UP键，DOWN键和ENTER键。可以使用MENU键，
退回到主菜单或者上一级菜单。使用ENTER键，来确认选用的功能。UP和DOWN键用来
移动菜单和切换量程用。

      主菜单包括以下几项：1. Capacity 电容测量；2. Frequency 频率测量；
3. Square Wave 方波发生；4. Settings 设置。1.0版本的Settings里边只有一个
选项——调整电容测试0点。5. Help 帮助选项。

      在电容测量的手动模式下，按动MENU键，将返回到主菜单；按动UP键，将增大
量程；按动DOWN键，将减少量程；按动ENTER键，将保存当前量程状态，下次进入电容
测试时，将会自动选择该量程。
      
       在频率测量模式下，按下MENU键，返回主菜单。其它按键无效。
      
       在方波发生模式下，按下MENU键，返回主菜单；UP键，升高输出频率；DOWN键，
降低输出频率；ENTER键，保存当前频率值，下次再进入方波发生模式时，会自动选则
该频率值。

  注意：上边的按动，指的均为短按键。短按键——按键时间大于20ms，小于1S。
                                    长按键——按住按键大于1S。
      在1.0版本中，未使用长按键功能。如果您长按键，系统则会忽略本次按键。

下边是我测试的几个电容的值，供参考：

  电容编号         1         2       3          4           5  
     
   标称值         3.3pF      30pF    250pF      2200pF     47000pF

         量程1  000004pF  000029pF  000249pF   00222*pF  0405**pF
          量程2  --------  --------  --------  0002.22nF  0048.8*nF
   实测值量程3  --------  --------  --------  00002.2nF  00049.1nF
          量程4  --------  --------  --------  000.002uF  000.048uF
          量程5  --------  --------  --------  ---------  0000.04uF

  电容编号         6         7          8        9          10
        
   标称值         0.1uF      0.47uF      1uF      22uF       47uF

         量程1   0926**pF  --------   --------   --------- --------
          量程2  0110.**nF  0458.1*nF  1014.**nF  ---------  --------
   实测值量程3  00114.4nF  00491.0nF  01080.*nF  2224*.*nF  6451*.*nF
          量程4  000.112uF  000.482uF  001.057uF  021.886uF  056.6**uF
          量程5  0000.10uF  0000.43uF  0000.96uF  0021.31uF  0048.52uF

  电容编号         11         12       13        14         15
        
   标称值          100uF      220uF     470uF     1000uF     1500uF

         量程1  ---------  --------   --------   --------- --------
          量程2  ---------  --------   --------   --------- --------
   实测值量程3  ---------  --------   --------   --------- --------
          量程4  115.8**uF  231.8**uF  482.***uF  ---------  --------
          量程5  0111.65uF  0228.9*uF  0476.**uF  1045.**uF  1484.**uF

注：“--------”表示量程不适合，未做测试。“*”表示读数不稳定。

         测量示波器探头，容量为140pF

通过上面的测试可以看出，基本上可以确定出电容的容量了。比如测得的值为22uF
左右，那么我就知道这是一个标称为22uF的电容。

补充几点：

       系统最好接地（大地），否则，在pF挡，将会导致数据跳动。如果不好接地，
用手握住测量端的地，也会稳定得多。

         另外，调零的时候，要把探头接上，否则调好后再接探头，会使底数增加。
我用的这个探头，接上去，底数会增加大概28pF。

          在U6(74HC00)的①脚上接一个100K的电阻到地，在R40与频率测试输入之间，

接一个0.1uF的电容，可大大提高频率测试的灵敏度。

           另外，当测试频率不高时，会发生振荡现象。在U6(74HC00)的⑥脚与U4(74HC393)

的①脚间，串联一个10K的电阻，即可解决这问题。