单片机实例分享，自制电感和电容测量仪

电子爱好者进行制作时经常需要绕制电感，而一般的数字万用表通常又没有电感测量挡，所以无法测量绕好的电感的电感量。本文介绍一种用单片机制作的电感和电容测量仪(见图23.1)，可以有效地解决这一问题。

测量原理

本测量仪采用谐振法测量电感和电容，其方法是用谐振回路的谐振特性来进行测量，其测量原理可用如图23.2所示的电路进行说明。

图23.1 电感和电容测量仪

测量电感Lx时，配用标准电容C1，用Lx和C1组成谐振回路，测量出回路的谐振频率f即可计算出Lx的电感量;测量电容Cx时，配用标准电感L1，用L1和Cx组成谐振回路，测量出回路的谐振频率f即可计算出Cx的电容量。

上述测量方法也有一个缺陷：当Lx或Cx很小时，谐振频率f会很大，测量比较困难，为此我们可以采用如图23.2所示的改进型电路，分别用L1和C1作“垫底”，降低了测量时的谐振频率。

假设由 L1和C1 组成的谐振回路谐振频率为f1，测量Lx时，Lx和L1串联，测得(L1+Lx)和C1组成的谐振回路谐振频率为f2，则根据下式可计算出Lx的电感量：

Lx=[(f1/f2)2-1]L1

测量Cx时，Cx和C1并联，测得L1和(C1+Cx)组成的谐振回路谐振频率为f2，则可根据下式可计算出Cx的电容量：

Cx=[(f1/f2)2-1]C1

硬件电路

测量仪电路如图23.2所示。电路由LC振荡电路、单片机电路、显示电路等部分组成。

CD4069是6非门CMOS集成电路，其中非门F1、F2和C2、R1、R2等组成两级放大电路。第一级放大电路中，R2是负反馈偏置电阻，将F1输出端的直流电位钳制在VCC/2，使F1工作在线性放大区域。第二级放大电路没有加反馈电阻，直接用第一级放大电路输出的直流电压作偏置电压，以提高放大器的增益。放大电路通过正反馈回路R3、C3与L1、C1谐振电路一起组成正弦波振荡电路，非门F3用于信号整形，把F2输出的正弦波转换成矩形波输入到单片机ATmega8的T1脚，由单片机进行脉冲计数，从而测出LC回路的谐振频率。通过单片机对数据进行计算处理后，由LCD1602液晶屏显示测量结果。

图23.2 测量仪电路原理图

S1为测量转换开关，当S1转向L时测量电感，转向C时测量电容。S2是归0按钮。

LCD1602采用4线制传递数据，只使用了数据端口D4～D7。

当开关S1在电容挡但没有测量电容Cx，或在电感挡并且用短路线代替Lx时，电路的振荡频率约为503kHz，我们把这个频率称为基准频率。测试电容或电感时，被测试元件的电容量或电感量越大，对应的振荡频率越低。当被测电容的电容量为10μF(或电感的电感量为1H)时，对应的振荡频率约为5.03kHz。

电阻R5的阻值控制LCD1602液晶屏的对比度，R5阻值越小，液晶屏对比度越大。LED和LED+是液晶屏背光发光二极管的供电端口。

程序设计

测量仪的电路比较简单，而功能的实现更重要地依赖于程序的设计。程序的设计和优化需要花费更多的精力。

程序由频率测量、测试数据的计算处理、LCD1602液晶屏驱动显示三大部分组成。频率测量部分用定时器T/C1作脉冲计数，定时器T/C2产生测量脉冲频率的闸门时间。这里闸门时间选择0.5s，定时器T/C1累计的脉冲数乘以2即得脉冲频率。闸门时间选择0.5s是为了提高LCD1602显示数据刷新速度，如果闸门时间选1s，则刷新速度偏慢。

测试数据的计算处理部分主要利用前面给的两个公式计算出测量结果，并经过数据预处理后，输出到显示电路显示读数。

LCD1602的数据传输采用4线制，8位数据分两次传送，先传高4位，后传低4位，因为传递的数据量不大，所以你感觉不到4线制速度传输和8线制有什么区别。

安装调试

制作所需元器件的清单见表23.1。

C1、L1要选用精度比较高的元件，有条件的可用万能电桥进行筛选。L1如买不到成品电感也可自制，磁芯用Φ8×10的工字磁芯，用Φ0.42的漆包线绕55.5圈。

安装前先将程序的目标文件写入单片机ATmega8L，熔丝位的设置如图23.3所示。

图23.3 熔丝位的设置

电路板的装配图如图23.4所示。LCD1602的接口排座焊接在电路板上，排针焊接在LCD1602模块上如图23.5所示。

表23.1 元器件清单

图23.4 电路板装配图

安装完成后，用一根USB线将电源接口连到电脑USB插座上，接通测量仪的电源，将S1置于电容挡，测量端不接电容，这时LCD1602第二行显示的是基准频率f1，如图23.6所示。基准频率如果超出503kHz±5kHz的范围，说明L1、C1中有元件误差较大，需进行相应的调整。如果L1是自绕的，出现误差的可能性相对较大，可适当增减其圈数，直至满足要求。

接通电源后，以电容挡为例，虽然我们在测试端并没有接任何电容，但LCD1602第一行显示的电容量读数并不为零，如图23.6所示，我们称其为初始值，这是由基准频率略有漂移造成的。这时如果测量小容量的电容，误差就比较大，当初始值后有“-”号时，测量值是实际值减去了初始值，即读数比实际容量小了。反之，测量值是实际值加上了初始值，即读数比实际容量大了。

对于上述问题，我在程序中也作了考虑，只要在不接测试电容的情况下按一下S2就可以归0了，其实质就是基准频率作了修正，并把修正结果存入EEPROM，掉电后不会丢失。归0后的显示数据如图23.7所示。

电容挡归0后，电感挡就不需要归0了，因为电容挡归0就相当于在电感挡测试端接了一个短路线，等同于电感挡归0(在S1置于电感挡，S2归0时其测试端必须接短路线)，分析一下电路就明白了。

图23.5 排针的焊接

如果使用中发现测量误差较大，可通过程序进行修正，具体做法如下：找一个精度高的1000pF电容进行测量，假设读数为950pF，则计算1000/950≈1.05，我们将其称为修正系数，将计算公式Cx=[(f1/f2)2-1]C1改为Cx=[(f1/f2)2-1]C1×1.05，用这个公式计算就能减小测量误差了。为了简化程序中的计算，我采取把程序中的语句“unsigned int C1=1000”改为“unsigned int C1=1050”的方法，效果是一样的。

再找一个精度高的100μH电感进行测量，假设读数为94，则计算100/94≈1.06，把程序中的语句“unsigned char L1=100”改为“unsigned char L1=106”，同样也能减小测量误差。

把重新编译好的目标文件烧写到ATmega8L，再进行测量，精度就提高了。

用本测试仪测量电容的实例如图23.8所示(测量对象分别为240pF云母电容和0.47μF安规电容)，测量电感的实例如图23.9所示(测量对象分别为10μH电感和电子节能灯的电感线圈)。

当测量值超过量程时，读数显示“OVE”，测电感时电感测试端不接电感(相当于电感量为无穷大)，读数也显示“OVE”。

图23.6 基准频率的测量结果

图23.7 按S2归0后的显示数据

使用这个电感和电容测量仪时有一个问题需要注意，即电感或电容的参数会受测试频率的影响。例如，具有磁芯的电感，由于受磁芯的频率特性影响，不同的测试频率，其结果可能有所不同，用这个测量仪测的数据和用信号源频率为1000Hz的万能电桥测的数据可能会不一致。笔者认为，用更接近实际工作频率的测试频率可以得到比较符合实际的测试结果。由于本测试仪工作频率比较高，不适合测量电解电容器。笔者测量一个10μF的电解电容器，对应测试频率为6.5kHz，读数为6.26μF，误差很大。

图23.8 电容的测量结果

图23.9 电感的测量结果

51单片机驱动 LCD1602液晶显示 PROTEUS仿真 LCD指令解释

最近后台有小伙伴留言和我说老师给他们留了一个设计作业要用单片机去驱动LCD1602液晶显示任意字符，我利用空闲时间做了一个小实验，希望能帮到他做一个参考，更希望你们看后能有所收获。

51单片机驱动 LCD1602液晶显示系统 PROTEUS仿真及源代码设计

废话不多说先上实物图

LCD1602+51单片机最小系统应用仿真及制作

好了，接下来正式进入制作环节：

第一步：仿真

绘制好原理图，仿真时单片机最小系统只放一个单片机就可以了，但实际电路中需要加上电源模块、复位模块。如下图：

原理图文件请在附件中找。

原理图绘制好后，编写代码并生成hex文件。参考代码如下：

/*************************功能************************/

/*使用外部中断INTO改变LED状态，并且用1602显示出其状态*/

#include<reg51.h>

#include <intrins.h>

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar code table[]=" HELLO 1602 ";

uchar code table0[]="1602 TEST ";

uchar code table1[]="RESULT: "; //空格是写到LCD了，即空格也是内容

uchar code table2[]="OK!";

uchar code table3[]="liang";

uchar code table4[]="mie";

uchar num;

sbit led=P1^7;

sbit lcden=P2^0; //液晶使能端

sbit lcdrs=P2^2; //液晶数据命令选择端选择写数据还是写命令

void delay(uint z) // 延时函数

{

uint i,j;

for(i=z;i>0;i--)

for(j=110;j>0;j--);

}

void write_com(uchar com) //写入

{

lcdrs=0; //LCD 选择输入命令

P0=com; //向P0 口输入命令 39-32端口

delay(5); //延时

lcden=1; //打开LCD 使能

delay(5); //一个高脉冲

lcden=0; //关闭LCD 使能

}

void write_data(uchar date)

{

lcdrs=1; //设置为输入数据

P0=date; //将数据赋给P0 口

delay(5); //延时

lcden=1; //置高

delay(5); //高脉冲

lcden=0; //置低完成高脉冲

}

void init() //LED 初始化

{

lcden=0;

write_com(0x38);//设置16x2 显示5x7 点阵，8 位数据接口

write_com(0x0c); //设置开始显示不显示光标 （指令4）

write_com(0x06); //写一个字符后地址指针加1 （指令3）

write_com(0x01); //显示清零数据指针清零 （指令1）

}

void display(unsigned char *p)//按指针 地址写入数据

{

while(*p!='\0')

{

write_data(*p); //写数据

p++;

delay(1);

}

}

void main()

{

TCON=0x01; //设置中断为INTO

IE=0x81;

led=0;

init();

write_com(0x80); //将数据指针第一行第一个字处，

display(table); //调用函数的方式写入数据

delay(800);

write_com(0x80); //将数据指针第一行第一个字处，

display(table0); //调用函数的方式写入数据

write_com(0x80+0x40); //定义指针位置 将数据指针第二行第一个字处

for(num=0;num<7;num++)

{

write_data(table1[num]);

delay(5);

}

write_com(0x80+0x4c); //按1602的地址单个写入数据

write_data(table2[0]);

write_com(0x80+0x4d); //按1602的地址单个写入数据

write_data(table2[1]);

write_com(0x80+0x4e); //按1602的地址单个写入数据

write_data(table2[2]);

while(1);

}

void key_can() interrupt 0

{

delay(20); // 消除按键抖动

if(P3^3==0)

{

if(P3^3==0)

{

led=!led;

}

if(led==1)

{

write_com(0x80+0x4b);

display(table3);

}

else if(led==0)

{

write_com(0x80+0x4b); //按1602的地址单个写入数据

display(table4);

write_com(0x80+0x4f);

write_data(table1[8]); //按1602的地址单个写入数据

write_com(0x80+0x4e);

write_data(table1[8]);

}

}

}

原理图和代码都有了，仿真的准备工作就完了，现在正式进入仿真。

将代码加载进单片机中，仿真结果如下图：

元器件清单

原件布局及效果图如下：

最后按照要求全部焊接好，上电烧程序测试就可以了。

应该写得够详细了吧，最后，如果有什么意见或者建议欢迎直接给我留言，让我们共同学习一起进步，如果需要完整的代码或设计文件，请在下方留言或者私信我，看到后会第一时间回复。

谢谢！

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