使用PIC16F628制作一个高精度的电容测试仪

                                                                                                                  网友：Roman Black

 

1、作品简介

    贴片电容，不像贴片电阻那样上面还有数字标识，所以如果多个贴片电容不小心混在一起，是很难区分开来的，原因主要是一般的万用表没那么高分辨率的电容测试功能，为此本期，我们编辑组特意给大家介绍一款来自老外的电子制作，该制作属于开源，具有硬件简洁，但又不失高精度测量的特点，作者也提供了HEX源码，烧录完成后即可工作！该老外的大名是：Roman Black，他的网站是：http://www.romanblack.com， 顺此声明，该文章的版权归属：Roman Black, 我们这里只是转载和翻译，如翻译有所偏差，请以作者原文为准）。

 

2、作品亮点

   ① 具有很高的分辨率：达6~7位！（一般的仪器或制作，只有有3或4位）

   ② 测量范围较宽：0pF到50uF。

   ③ 硬件简洁，性价比高，使用到一个低成本的PIC单片机16F628。

   ④ 不需要校准！（其他需要校准的一个特殊的测试帽）

   ⑤ 类似电子秤的去皮功能，可自动归零，或相对值设置为零

   此外，亮点还包括：

      该电容测量仪，有三种显示格式，根据测量值大小有所差异，具体如下：

    0pF to about 18000 pF, format; "PPPPP.DD pF"

      18nF to 999nF, format; "NNN.DDD nF"

      1uF to 50uF, format; "UU.DDDD uF"

  显示精度：

    在pF级测量显示时，显示精度可达 +/- 0.02pF;

    而在nF和uF级测量显示时，显示精度可达 +/- 最后1位数字

3、原理图

   备注说明：以上电路中，最关键的是这个部分，这里特别提取出来分析一下：

     该电路是一个RC震荡电路，其中比较器直接使用了PIC16F628内部自带的比较器。该电路的震荡输出频率 Fout由RT和CT决定，基本不受供电电压影响，当RT固定时，这个电路可以作为一个高精度测量电容的电路（通过测量Fout的值，就可以计算出CT的值）。在这个电路中，R1和R2起的作用，是分压的作用，B点电压在1/3VDD或2/3VDD之间变换。

    单片机PIC16F628通过定时器精确地测量到Fout 值后，通过一个算法把待测电容器CT的值，显示在LCD显示屏上。需要指出的是，为了获得更好的精度效果，RT需要使用高精度的金属膜电阻，阻值为: 10.00K。

4、软件部分的描述

    软件部分，很可惜该作者没有给出源码，只是给出了最终可烧录的HEX文件。

    下面，我们来看看该作者实现这个电容测量仪的一些构思。（在此之前，我们建议大家先看该作者的另外一个设计技巧和思路：Zero-error 1 second Timer 零误差产生1HZ 的定时器，该高精度电容测量电路的算法核心就是用这个方法来设计的。）

    本电路中，单片机PIC16F628使用内置的CCP1硬件单元来捕获RC振荡器的频率，PIC定时器的运行时钟为4MHZ（16MHz/4=4 )。单片机累加连续捕获到的周期数(值)，直到累加到的周期数超过两百万次(即>0.5 second)，仅仅误差只是最初和最后1次的捕获到的周期值，所以的误差值被限制在每次最后一次捕获的两百万次的多余部分，从而最终达到1PPM的精度。现在，通过总周期数除以捕获到的周期数，就可以得到一个精确的平均捕获值，接着把该平均值再放大1000倍，即可获得除数后包含了多个数字的最终值（分辨率）。 

  例如;

    "10nF" 的电容，测量到的振荡数是 435Hz

    218个连续的振荡值被累计，对应得到的总和值是：2004597

    从而有：(2004597*1000)/218 = 2004597000/218 = 9195399

    所以平均得到的周期数是：9195.399

  接着，第二步的处理是： 将平均得到的周期数转换为pF

     (9195399*100)/scale = 919539900/919 = 1000587

    1000587 最终被显示在LCD屏上的数字是：10005.87 pF

 

  类似地，再比如：

    "100pF" osc PIC单片机测量到的振荡数是 43500 Hz

    累计值首次超过2百万次，即实际达到2000091时，对应的振荡周期数是：21751

    从而有： 2000091000/21751 = 91953

    比例格式化： 91953000/919 = 100057

    最终， 100057 被处理和显示在LCD屏上的值是100.05 pF

5、材料清单（BOM列表)

  以下是这个电子制作的BOM列表，大部分器件可采购自立创商城（http://www.szlcsc.com）：

器件名称	器件类型	立创商城编号	备注
10KΩ ±1%	金属膜电阻	C58587
PIC16F628	PIC单片机		商城暂无
7805	7805	C77895	类似型号很多
16MHZ	晶振	C12676	类似型号很多
LCD显示屏 （3选1）	16x2 LCD屏	C83274	黑底白字效果
	16x2 LCD屏	C83275	蓝底白字效果
	16x2 LCD屏	C83276	黄绿底色效果

 

6、PCB实物图

7、调试过程和应用实例

    测试是很简单的，PCBA焊接和组装无误后，上电会显示320pF左右（此时假设是没有接上待测电容CT的），此时该RC振荡器的频率大概是220KHZ左右。接着，轻触按键对该电容测量仪进行归零，LCD显示屏显示"Zero Cal"，随后该装置即可进行待测状态！在测量极小电容的时候，由于精度很高，同时温度影响，出现一些跳过，比如+-0.05的变动，是正常的。另外，如果这个RC振荡器停止震荡，或者待测电容的2端短路，或者超过50uF的电容被插入来测量，那么LCD将会显示"Error" ，并交替性出现"Error" 和 "Large cap"的提示。

 

8、总结

     Roman Black是个大牛，在他的个人网站上有很多他开源的作品，特别是他提出的“Zero-error 1 second Timer 零误差产生1HZ 的定时器”，这个算法在MCU中有很多应用，它可以让单片机即使使用特殊或有误差的晶振，也能产生精确的周期性、频率信号。这个算法，值得大家去学习和参考。另外这个电容测量仪的电路中，如果采用更高速的比较器，可以得到更准确的测量值，特别是在测量pF级微小容量的电容时，也欢迎大家去改进~ 。

附件：

  官方原文：http://www.romanblack.com/onesec/CapMeter.htm

  烧录文件（HEX）：CapMeter.rar

 

 

PIC16F628 -- 商城暂无 

这个PCB验证板，如果是成品，或许会存在商业版权。

后续，我们商城会跟原作者Roman Black沟通，获得它的邮件授权后，我们才开放给网友或第三方来设计这款PCB验证板。

10多块钱一片。。。

这个芯片应该是货源问题，才较贵，毕竟只是8位机。像我们商城上同个原厂的的PIC32MX(32位)百片含17%的价格才7元左右。

这个制作，其实用其他芯片也可以做的，测量原理一样即可。

如果没有记错，628应该是10多年前出的了。这个也算是PIC单片机的一个优势吧，生命周期都比较长，虽然说到后面价格没有优势了，但是对部分不方便改版的老用户来说，买得到才是王道。

对于32位来说，PIC32MM系列是这两年刚出来的，性价比不错，就是商城用的人还不多，非ARM内核的32位芯片厂家也做得很累啊。

其实用STM32也行，电容触摸功能的测量方法也是类似的。

这个可以有，支持下

有现成的PCB吗？那里有购买的！

目前我们商城还没有这款现成的PCB空板，现有的是这大概50款PCB(相关资料正在陆续整理和上线中。。）

 http://www.szlcsc.com/caseCheckBoard.html

不错！感谢分享，自制电容测试仪。

多谢楼主分享这么有价值的东西，我详细看了一下计算公式，为什么scale的值位919，能否指点一下？

商品化要加保护电路，不然电容带电测试，单片机就OVER了！

最简单的保护方法，测试前用导线或镊子对电容器的2端进行放电后测试。

1%精度10K就可以了吧

你其他东西也达不到哇，测量误差弄个5%不是问题

已经制作了一个，使用起来感觉还是挺不错的

    

HEX文件用什么工具下载的？配置字需要另外设置吗？

这个制作所需的元器件，我们商城都有，特别是所需的LCD 1602显示屏，也有，颜色还有多种可选：http://www.szlcsc.com/so/catalog/643.html

1：HEX文件用TOP通用编程器工具下载的

2：配置文字不需要另外设置

3：制作所需的元器件，90%以上的物料均来自LC商城（包括PCB打样样板）

4：感谢LC提供的支持！！

你用下来感觉测量的准么，我也做了一个发现精度没有说的那么高，还目前还没发现问题在哪里

感觉还行啊，你仔细检查一下相关元器件是否有误，我实际测量误差不是很大，我也是偶尔使用一下，不是天天用也许没有发现

mark

 自己尝试做了几个，自己用着感觉还不错哦，精度上都在电容误差范围内，感觉可以出套件了

 

 

感谢这位叫：罗曼?黑 的哥们，我感觉51单片机可以搞定；

Mark

有些问题望楼主能够解答一下，上面例子里，10nf，

"10nF" 的电容，测量到的振荡数是 435Hz

218个连续的振荡值被累计，对应得到的总和值是：2004597

请问这个218个连续振荡值和总和值是怎么计算出来的？

可惜不能测试电感，来个测试nH级的电感测试仪吧

兄弟能给个PCB文件吗

学习学习，学习学习。

大佬们有pcb文件或图片吗，谢谢！

是pic16f628还是pic16f628a?这两款有区别吗?pic16f628a能做吗?

多谢楼主分享这么有价值的东西，

不一定要pic单片机啊，用个高速比较器，然后接单片机采样一样的。现在很多国产单片机都是带比较器的。

其实万用表的电容测试原理也是一样, 不过充放电是程序控制的,不是靠比较器翻转

分辨率和量程有关,量程小分辨率自然容易提上去

因为如果时钟频率高了, 虽然测小容量精度高, 但测大容量电容计数器会溢出; 而时钟频率低了,大容量虽然不会溢出, 测小容量计数值少误差会变大;  而小量程会好很多

由频率算出电容量，这个没看懂。

亲测628A不行，得用628

   试了一下感觉一般吧，精度还可以，pf和nf的还行单片机必须用628的，628A不行，烧录的时候用628A烧录就行，把烧录前检查ID点掉！我把我的小板放上了628电容测试.rar 

这有什么难度？不就是多次采样然后取平均值吗？

http://www.romanblack.com

这个网站登录不了，那个坛友下载了 Zero-error 1 second Timer的资料， 能不能上传下，谢谢

这个用运放搭建测量部分，单片机用其他也行

收藏了，有空我也研究研究

老哥，能不能问你买个现成的，组里测试电容用，想直接把测到的数据拉到excel处理，有意的话加qq：601170559

老哥，能不能问你买个现成的，组里测试电容用，想把测到的数值直接拉进excel处理，有意的话加qq：601170559

这个不错，Mark一下

10K电阻，"10nF" 的电容，测量到的振荡数是 435Hz？和公式计算不一样啊

多点技术，多点沟通，相信我们中国制造会越来越好

出售桌面式烧录，测试机，解决客户交货时效，程序保密，适用于方案公司，芯片设计公司，小批量工作，免接气，静音办公楼无投诉，体积小，价格实惠，使用方便，完美对接。

 

 例子中的频率与计算的频率不一样是因为计算方法不一样。

我现在打算用pic16f88制作一个，

源文件中的2004597这个数是0.5S内的时钟脉冲个数，pic单片机晶振16MHZ，16/4=4MHZ，1/4MHZ=0.25us， 假设10nf，得到的振荡值是435，注意，只要是上升沿触发，也算一个脉冲。435/2=217.5=218。 1/435=0.002298850574S， 0.002298850574*218=0.501149425S，0.501149425/0.00000025=2004597.7。 至于公式里面的919这个数，我也不知道啊。我今天想了半天，只明白这些了，剩下的就看各位大佬了，看看能不能移植其他单片机，51单片机估计不行，最好是单指令周期的单片机，还要有内部比较器与CCp捕捉功能。估计也没人看了，就提前祝大家新年快乐

源文件中的2004597这个数是0.5S内的时钟脉冲个数，pic单片机晶振16MHZ，16/4=4MHZ，1/4MHZ=0.25us， 假设10nf，得到的振荡值是435，注意，只要是上升沿触发，也算一个脉冲。435/2=217.5=218。 1/435=0.002298850574S， 0.002298850574*218=0.501149425S，0.501149425/0.00000025=2004597.7。 至于公式里面的919这个数，我也不知道啊。我今天想了半天，只明白这些了，剩下的就看各位大佬了，看看能不能移植其他单片机，51单片机估计不行，最好是单指令周期的单片机，还要有内部比较器与CCp捕捉功能。估计也没人看了，就提前祝大家新年快乐

不错,太实用了

不错,太实用了