基于AVR的“三電”測量儀表設計

這個電路不同國家和地區(qū)很多人制作過，測量精度高，測量范圍大，有用不同語言寫的程序，本人作了一個BASCOM-AVR版本的，并增加了對電解電容器測量。
電感測量范圍：0.1μH~2H
電容測量范圍：1pF~2.5μF
電解電容測量范圍：0.1μF~30000μF
一、電容、電感測量原理：
電路是一個由LM393（U3A）組成的LC振蕩器。由單片機測量LC震蕩回路的頻率F1，然后控制繼電器K2將標準電容C2與C1并聯，測出振蕩器頻率F2，再用下列式子計算出電容C1電感L1的值。

這里電容器C2的容量的精確程度，基本上決定了整個測量過程的精度。應該選用穩(wěn)定性好精度高的電容器，這個制作選用了1800pF的云母電容器。
上述過程可稱作為一個校準過程，由M8控制每次開機時自動完成。開機后延時1500ms，測量由U1A、L1、C1組成振蕩器頻率F1；Portd.3 = 0，K2吸合，C2接入延時1500ms，測量振蕩器頻率F2，Portd.3 = 1，K2斷開。M8計算C1、L1完成后按S1進入電容Cx的測量狀態(tài)。
電容Cx、電感Lx的值，分別用下列式子計算：

二、電解電容測量原理：
電解電容的測量是基于對RC電路的時間常數的計算，由脈沖電路原理可知，電容的充電速度與R和C的大小有關，R與C的乘積越大，過渡時間就越長。這個RC的乘積就叫做RC電路的時間常數τ，即τ=R?C。若R的單位用歐姆，C的單位用法拉，則τ的單位為秒。

圖示曲線可以得到充電過程的一般規(guī)律：Uc是按指數規(guī)律上升的，Uc開始變化較快，以后逐漸減慢，并緩慢地趨近其最終值，當t=τ時，Uc=0.632E；本測量儀就是利用單片機測量Uc=0到0.632E這段時間，用下列式子計算計算被測電容值：

電路由比較器U3B,放電晶體管Q等組成。設定比較器正輸入端為Uc，（Uc=0.632E=0.632?5=3.16V，調節(jié)RP1獲得），反向輸入端接被測電容CEx，當D端為高電平時,Q導通電路處于放電狀態(tài),這時CEx被放電，比較器U3B輸出高電平。當D為低電平時Q截止電容CEx通過R9（R10）充電,CEx兩端電壓逐步升高,當CEx兩端電壓>Uc時,比較器U3B輸出低電平，產生INT0中斷（INT0中斷設置為下降沿觸發(fā)）,中斷服務程序讀取定時器值，并計算、顯示CEx的值。然后置位PD6為高電平,Q導通,CEx放電，延時100mS是為了保證CEx充分放電，中斷返回開始下一個測量周期。為了提高測量精度電解電容測量分兩檔，由繼電器K2切換，R9接入時測量0.1μF~500μF電容，R10接入時測量500μF~20000μF電容。R9（R10）的精度和電壓Uc的精度基本上決定了測量結果精度。
這個設計原本加入了一個電解電容漏電流測試功能，由于測量時間太長而放棄，圖中的R13、R9（R10）與adc0等組成漏電流測量電路。