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本帖最后由 qg2007 于 2012-11-2 15:04 编辑
大小通吃的电感表，精度还很好
----许剑伟 莆田十中
1、制作
先是试制了网上流行的LM311电路。因手上没有LM311，用LM393代换。虽然只有几个元件，但也焊接了几个小时。
原电路出现以下问题：
1、频率稳定性不好，跳得比较历害
2、测量大电感误差非常大，可达20%
3、测量更大的电感，如10H以上的电感，很多无法测量，不起振。
解决方法：
用示波器观察，谐振器上面的波形非常差，说明电路Q值太低。
原电路使用33k电阻反馈（就是那3个100k电阻的并联值），测大电感时，频率低，阻抗大比33k电阻还大， Q值严重下降，造成电路不起振，就算起振了，测值误差也大得惊人。所以改用1兆欧高阻耦合。
改了之后，可以测到1000H以上的大电感，而且很准。
2、性能
为了与电桥比对，所以上限频率只做到200kHz，辅助电感是220uH
零点缓慢漂移，得经常清零，比较讨厌。这是谐振元件温漂害的。
不过，秒一级的稳定性比较好，读数不会乱跳，因为频率只会跳1个计数值（1计数对应2Hz，计数时间采用0.5秒），所以清零后，及时测量，还是可以准确测量0.x uH电感的。
从几uH到1H之间实测来看，误差小于1%，1H到几百H，误差可以5%左右估算，一般是偏大。因为本电路测量大电感的电压比较高，不易与电桥比对。铁芯电感的电感量随测量电压升高，电感量略有增加。
3、校准
通过修改程序中的这一句校准：
c0 = 3.12e-9 * c2c(f);
其中3.12e-9表示谐振电容在1kHz频率下是3.12nF。
实测700uH空芯线圈，根据误差大小，调整3.12的值，重新下载，使得测量准确。
本表测量的结果实际上是等效并联电感。
4、电容容量修正
•谐振器的极限谐振频率是200kHz。
•涤纶电容随频率变大而变小，所以程序内建修正表，改正电容的容量误差。
以下是3.12nF电容的真值修正表，其中b数组是容量的修正系数
code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 200000 }; //频率
code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975, 0.973 }; //修正量(涤纶原真修正表)
•修正值改进
那个1M欧的耦合电阻，在超声波范围内并不是存阻的。当频率较高时，电阻两端的分布电容及LM393内的信号耦合是不可以忽略的。虽然是电容耦合量很小，但在密勒效应的作用下，会被成百上升倍放大，有效谐振电容变小。频率比较高时，谐振器的阻抗很小，所以反馈系数非常弱，这就造成密勒效应的影响严重，可影响2%以上，为此高频率下，有效谐振电容仅修正系数仅为0.973是不够的。
此外，LM393的延迟也会造成振荡频率变小，引起测值变大。如果谐振器高Q，则影响小。整个回路的Q值只有20左右，所以频率高时，这个影响也是不能忽略的。用排除法证明：表笔接20R电阻测量电路中的那个功率电感，结果输电感量变大了2%，并联串联关系的转换远没有2%变化，谐振电压的变化也远不足以造成2%的变化，而接电阻后谐振阻抗变低，密勒效应更大，应造成电感量测值变小才对。显然，这2%的增加是LM393引起的。
以上因素，结合起来，修正表变为
code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 150000 }; //频率
code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960, 0.950 }; //修正量(综合修正表)
•测量100uH以下的电感的改正
测量这种电感，频率大约在150kHz至200kHz
这个范围内频率变化，产生如下效果：
功率电感约有0.5uH的变化，电感量随频率变大而变小，引起电感测值变小。
涤纶电容随频率增加，容量变小，引起电感测值变大。
以及其它方面因素影响，相互补偿，最后结果150kHz以后的电容修正值与200kHz的修正值是一样的。所以电容修正表上限只要做到150kHz即可，大于150kHz的使用150kH的修正值。- //==========================================================================
- // LC表驱动程序 V1.0
- // 许剑伟 于莆田 2012.10
- //==========================================================================
- //==========================================================================
- #define uchar unsigned char
- #define uint unsigned int
- #define ulong unsigned long
- #include <reg52.h>
- //==========================================================================
- // 项目：LCD1602 四线驱动程序
- // 设计要点：
- // LCD1602 的运行速度慢，而单片机运行的速度快，因此容易因为速度不
- // 匹配造成调试失败。因此，调试之前应准确测试lcd_delay() 延时函数
- // 准确的延时量，如果不能满足注释中的要求，则应调整循次数。每步操
- // 作所需的延时量，按照数据手册指标指行，同时留下足够的时间余量。
- // 硬件连接：
- // 至少需要9条线，电源线2条，7条信号线。信号线详见程序中的接口定义。
- // 清注意对LCD1602比对的调节，否则无显示。
- // 设计：许剑伟,于莆田,2010.12
- //==========================================================================
- sbit lcd_RS = P0^1; //数据命令控制位,0命令1数据
- sbit lcd_RW = P0^2; //读写位,0写1读
- sbit lcd_EN = P0^3; //使能位,下降沿触发
- sbit lcd_D4 = P0^7; //数据端口D4
- sbit lcd_D5 = P0^6; //数据端口D5
- sbit lcd_D6 = P0^5; //数据端口D6
- sbit lcd_D7 = P0^4; //数据端口D7
- //==========================================================================
- void lcd_delay(int n){ //LCD专用延时函数
- //32MHz钟频下，约循环3000次延迟1毫秒
- int i,j;
- if(n<0) { for(i=0;i< 20;i++); return; } //10us
- if(n== 0) { for(i=0;i<100;i++); return; } //50us
- for(;n;n--){ for(j=0;j<2000;j++); } //n毫秒
- }
- //==========================================================================
- void lcd_B(char f, uchar c, char t){ //控制四线式接口LCD的7个脚
- //f=0写命令字, f=1写RAM数据, f=2读地址（或读忙）, f=3读RAM数据
- lcd_EN = 0;
- lcd_RS = f%2;
- lcd_RW = f/2%2;
- //移入高四位
- lcd_D4 = c & 16;
- lcd_D5 = c & 32;
- lcd_D6 = c & 64;
- lcd_D7 = c & 128;
- lcd_EN = 1; lcd_delay(-1); lcd_EN = 0; //使能脉冲
- if(f==4) { lcd_delay(t); return; }
- //移入低四位
- lcd_D4 = c & 1;
- lcd_D5 = c & 2;
- lcd_D6 = c & 4;
- lcd_D7 = c & 8;
- lcd_EN = 1; lcd_delay(-1); lcd_EN = 0; //使能脉冲
- lcd_delay(t); //不同的命令,响应时间不同,清零命令需要2ms
- }
- //==========================================================================
- void lcd_init(){ //LCD1602 初始化
- //启动四线模式须势行9个步骤，初始化所须耗时较长，约65ms，时限不可减
- lcd_delay(20); //启动lcd之前须延时大于15ms，直到VDD大于4.5V
- lcd_B(4, 0x30, 9); //置8线模式,须延时大于4.1ms
- lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,须延时大于100us
- lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,手册中未指定延时
- lcd_B(4, 0x20, 5); //进入四线模式
- lcd_B(0, 0x28, 5); //四线模式双行显示
- lcd_B(0, 0x0C, 5); //打开显示器
- lcd_B(0, 0x80, 5); //RAM指针定位
- lcd_B(0, 0x01, 5); //启动清屏命初始化LCD
- }
- //==========================================================================
- //=========================几个功能常用函数=================================
- void lcd_cls() { lcd_B(0, 0x01+0, 2); } //清屏
- void lcd_cur0() { lcd_B(0, 0x0C+0, 0); } //隐藏光标
- void lcd_goto1(uchar x){ lcd_B(0, 0x80+x, 0); } //设置DDRAM地址,第1行x位
- void lcd_goto2(uchar x){ lcd_B(0, 0xC0+x, 0); } //设置DDRAM地址,第2行x位
- void lcd_putc(uchar d) { lcd_B(1, 0x00+d, 0); } //字符输出
- void lcd_puts(uchar *s){ for(; *s; s++) lcd_B(1,*s,0); } //字串输出
- //==============字符显示函数====================
- #define digW 4 //数字显示位数宏
- void lcd_puti(long a,char w){ //定宽显示正整数
- char i=0, s[10]={32,32,32,32,32,32,32,32,32,32};
- if(a<0) { a=-a; lcd_puts("-"); }
- else lcd_puts(" ");
- do{
- s[i++] = a%10+48;
- a /= 10;
- }while(a);
- for(;w;w--) lcd_putc(s[w-1]);
- }
- void lcd_putf(float a,char n,char w){ //浮点输出，n是保留小数的位数,w是数字宽度
- char i,g,fi=0;
- long b,c=1;
- if(a<0) { lcd_putc('-'); a = -a; }
- else { lcd_putc(' '); }
- for(i=0;i<n;i++) a *= 10;
- for(i=1;i<w;i++) c *= 10;
- b = a;
- for(i=0;i<w;i++){
- g = b/c;
- b -= g*c;
- c /= 10;
- if(g>9||g<0) g='*'-48;
- if(i == w-n ) lcd_putc('.');
- if(!g && !fi && i<w-n-1) { lcd_putc(' '); continue; }
- lcd_putc(g+48);
- fi = 1;
- }
- if(!n) lcd_putc(' '); //无小数点的补足显示宽度
- }
- //==========================================================================
- //===============================延时函数===================================
- void delay(uint loop) { uint i; for(i=0;i<loop;i++); } //延时函数
- void delay2(uint k) { for(;k>0;k--) delay(10000); } //长延时,k=100大约对应1秒
- //==========================================================================
- //==================================EEPROW偏程==============================
- sfr IAP_data = 0xC2;
- sfr IAP_addrH = 0xC3;
- sfr IAP_addrL = 0xC4;
- sfr IAP_cmd = 0xC5;
- sfr IAP_trig = 0xC6;
- sfr IAP_contr = 0xC7;
- /********************
- 写字节时，可以将原有数据中的1改为0，无法将0改为1，只能使用擦除命令将0改为1
- 应注意，擦除命令会将整个扇区擦除
- *********************/
- int eepEn = 0;
- void saEEP(){ //触发并EEP保护
- if(eepEn==12345) IAP_trig = 0x5A; //先送5A
- if(eepEn==12345) IAP_trig = 0xA5; //先送5A再送A5立即触发
- IAP_cmd = 0; //关闭令，保护
- IAP_contr = 0; //关EEPROM，保护
- IAP_trig = 0;
- IAP_addrL = 255; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
- IAP_addrH = 255; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
- }
- uchar readEEP(uint k){ //读取
- IAP_addrL = k; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
- IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
- IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
- IAP_cmd = 1; //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
- saEEP(); //触发并保护
- return IAP_data;
- }
- void writeEEP(uint k, uchar da){ //写入
- IAP_data = da; //传入数据
- IAP_addrL = k; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
- IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
- IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
- IAP_cmd = 2; //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
- saEEP(); //触发并保护
- }
- void eraseEEP(uint k){ //擦除
- IAP_addrL = k; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
- IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
- IAP_contr = 0x82; //设置等待时间，1MHz以下取7，2M以下取6，3M取5，6M取4，12M取3，20M取2，24M取1，30M取0，前导1表示许档IAP
- IAP_cmd = 3; //读取值1，写取2，擦除取3，擦除时按所在字节整个扇区撺除
- saEEP(); //触发并保护
- }
- xdata struct Ida{
- float L0;
- float C0;
- } cs;
- void cs_RW(char rw){
- uchar i,*p = &cs;
- const int offs=512;
- if(rw){
- eraseEEP(offs);
- for(i=0;i<sizeof(cs);i++) writeEEP(i+offs,p[i]);
- }else{
- for(i=0;i<sizeof(cs);i++) p[i]=readEEP(i+offs);
- }
- }
- //==========================================================================
- //================================电感表主程序==============================
- //==========================================================================
- sfr P1M1=0x91; //P1端口设置寄存器
- sfr P1M0=0x92; //P1端口设置寄存器
- sfr P0M1=0x93; //P0端口设置寄存器
- sfr P0M0=0x94; //P0端口设置寄存器
- sfr P2M1=0x95; //P2端口设置寄存器
- sfr P2M0=0x96; //P2端口设置寄存器
- sfr P3M1=0xB1; //P3端口设置寄存器
- sfr P3M0=0xB2; //P3端口设置寄存器
- sfr WAKE_CLKO = 0x8F;
- sfr AUXR = 0x8E;
- sfr BRT = 0x9C;
- sbit K1=P3^7; //清零键
- long feq=0;
- char Tk=0,Tkm=12,fa=0;
- void timerInter1(void) interrupt 3 {//T1中断
- fa++;
- }
- void timerInter0(void) interrupt 1 {//T0中断
- uchar a,b,c;
- if(++Tk>=Tkm){ //读取计数值
- Tk = 0;
- TR1 = 0; //暂停计数
- a = fa, b = TH1, c = TL1;
- fa = TH1 = TL1 = 0;
- TR1 = 1;
- feq = (a*256L*256L + b*256L+c) * (24/Tkm);
- if(feq<=5) feq = 0;; //去除本频率(通常有1Hz)
- if(feq<300&&feq>10) Tkm = 24; //低频（小于10视为不起振）
- else Tkm = 12; //频率较高时，闸门时间减小一些，加快测量速度
- }
- }
- void putLx(float L){
- if(L<1e-4) { L*=1e6; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" uH"); return; }
- if(L<1e-3) { L*=1e6; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" uH"); return; }
- if(L<1e-2) { L*=1e3; lcd_putf(L,3,4); lcd_puts(" mH"); return; }
- if(L<1e-1) { L*=1e3; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" mH"); return; }
- if(L<1e+0) { L*=1e3; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" mH"); return; }
- if(L<1e+1) { lcd_putf(L,3,4); lcd_puts(" H"); return; }
- if(L<1e+2) { lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" H"); return; }
- if(L<1e+5) { lcd_puti(L,5); lcd_puts(" H"); return; }
- lcd_puts("Overflow.");
- }
- float c2c(float f){ //针对涤纶电容修正
- code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 150000 }; //频率
- code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960, 0.950 }; //修正量(综合修正表)
- //code float a[5]={100, 1000, 10000, 100000, 200000 }; //频率
- //code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975, 0.973 }; //修正量(涤纶原真修正表)
- char i;
- if(f<a[0]) return b[0];
- if(f>a[4]) return b[4];
- for(i=0;i<4;i++){
- if( f>=a[i] && f<a[i+1]) return b[i] + (b[i+1]-b[i]) * (f-a[i]) / (a[i+1]-a[i]);
- }
- }
- float Lx=0;
- void calcL(){ //电感计算
- float f,w,c0;
- f = feq/1.024;
- c0 = 3.12e-9 * c2c(f);
- w = 2*3.1415926*f;
- if(w) Lx = 1/(w*w*c0);
- else Lx = 1e20;
- lcd_goto1(0); putLx(Lx-cs.L0);
- lcd_goto2(0); lcd_puts("F="); lcd_puti(f,6); lcd_puts("Hz");
- }
- main(){
- uchar kn=0;
- eepEn = 12345;
- //端口初始化
- P3M0 = 0x00; //00000000
- P3M1 = 0x20; //00100000 P3.5置为高阻口
- delay2(5); //等待升压电源电压上升
- lcd_init(); //初始化LCD
- lcd_cur0(); lcd_puts("LC 1.0"); //隐藏光标并显示片本
- lcd_goto2(0); lcd_puts("XJW Putian,2012"); //显示作者
- delay2(200); lcd_cls(); //启动延时
- eepEn = 12345;
- cs_RW(0); //读EEPROM
- AUXR |= 0x40;
- TMOD = 0x51; //T1置为16位计数器,T2置为16位定时器
- TR0 = TR1 = 1; //起动计数
- ET0 = ET1 = 1; //开定时器中断
- EA = 1; //开总中断
- while(1){
- calcL();
- if(!K1 && kn <255) kn++;
- if(K1) kn=0;
- if(kn==3){ //键按下
- lcd_cls();
- if(!feq) { cs.L0 = 0; lcd_puts("Removed."); }
- else { cs.L0 = Lx; lcd_puts("Cleared."); }
- cs_RW(1);
- delay2(50);
- }
- delay(20000);
- }
- }
- //==========================================================================
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