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大小通吃的电感表,精度还很好

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发表于 2012-10-11 22:13:16 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
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。
  1. //==========================================================================
  2. //  LC表驱动程序 V1.0
  3. //  许剑伟 于莆田 2012.10
  4. //==========================================================================
  5. //==========================================================================
  6. #define uchar unsigned char
  7. #define uint  unsigned int
  8. #define ulong  unsigned long
  9. #include <reg52.h>

  10. //==========================================================================
  11. // 项目:LCD1602 四线驱动程序
  12. // 设计要点:
  13. //     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
  14. //     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
  15. //     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
  16. //     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。
  17. // 硬件连接:
  18. //     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。
  19. //     清注意对LCD1602比对的调节,否则无显示。
  20. // 设计:许剑伟,于莆田,2010.12
  21. //==========================================================================
  22. sbit lcd_RS = P0^1; //数据命令控制位,0命令1数据
  23. sbit lcd_RW = P0^2; //读写位,0写1读
  24. sbit lcd_EN = P0^3; //使能位,下降沿触发
  25. sbit lcd_D4 = P0^7; //数据端口D4
  26. sbit lcd_D5 = P0^6; //数据端口D5
  27. sbit lcd_D6 = P0^5; //数据端口D6
  28. sbit lcd_D7 = P0^4; //数据端口D7
  29. //==========================================================================
  30. void lcd_delay(int n){ //LCD专用延时函数
  31.   //32MHz钟频下,约循环3000次延迟1毫秒
  32.   int i,j;
  33.   if(n<0)    { for(i=0;i< 20;i++); return; } //10us
  34.   if(n== 0)  { for(i=0;i<100;i++); return; } //50us
  35.   for(;n;n--){ for(j=0;j<2000;j++);        } //n毫秒
  36. }
  37. //==========================================================================
  38. void lcd_B(char f, uchar c, char t){ //控制四线式接口LCD的7个脚
  39.   //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
  40.   lcd_EN = 0;
  41.   lcd_RS = f%2;
  42.   lcd_RW = f/2%2;
  43.   //移入高四位
  44.   lcd_D4 = c & 16;
  45.   lcd_D5 = c & 32;
  46.   lcd_D6 = c & 64;
  47.   lcd_D7 = c & 128;
  48.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
  49.   if(f==4) { lcd_delay(t); return; }
  50.   //移入低四位
  51.   lcd_D4 = c & 1;
  52.   lcd_D5 = c & 2;
  53.   lcd_D6 = c & 4;
  54.   lcd_D7 = c & 8;
  55.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
  56.   lcd_delay(t);  //不同的命令,响应时间不同,清零命令需要2ms
  57. }
  58. //==========================================================================
  59. void lcd_init(){ //LCD1602 初始化
  60.   //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
  61.   lcd_delay(20); //启动lcd之前须延时大于15ms,直到VDD大于4.5V
  62.   lcd_B(4, 0x30, 9); //置8线模式,须延时大于4.1ms
  63.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,须延时大于100us
  64.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,手册中未指定延时
  65.   lcd_B(4, 0x20, 5); //进入四线模式
  66.   lcd_B(0, 0x28, 5); //四线模式双行显示
  67.   lcd_B(0, 0x0C, 5); //打开显示器
  68.   lcd_B(0, 0x80, 5); //RAM指针定位
  69.   lcd_B(0, 0x01, 5); //启动清屏命初始化LCD
  70. }
  71. //==========================================================================
  72. //=========================几个功能常用函数=================================
  73. void lcd_cls()         { lcd_B(0, 0x01+0, 2);  } //清屏
  74. void lcd_cur0()        { lcd_B(0, 0x0C+0, 0);  } //隐藏光标
  75. void lcd_goto1(uchar x){ lcd_B(0, 0x80+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第1行x位
  76. void lcd_goto2(uchar x){ lcd_B(0, 0xC0+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第2行x位
  77. void lcd_putc(uchar d) { lcd_B(1, 0x00+d, 0);  } //字符输出
  78. void lcd_puts(uchar *s){ for(; *s; s++) lcd_B(1,*s,0); } //字串输出
  79. //==============字符显示函数====================
  80. #define digW 4 //数字显示位数宏
  81. void lcd_puti(long a,char w){ //定宽显示正整数
  82.   char i=0, s[10]={32,32,32,32,32,32,32,32,32,32};
  83.   if(a<0) { a=-a; lcd_puts("-"); }
  84.   else    lcd_puts(" ");
  85.   do{
  86.    s[i++] = a%10+48;
  87.    a /= 10;
  88.   }while(a);
  89.   for(;w;w--) lcd_putc(s[w-1]);
  90. }
  91. 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
  92. char i,g,fi=0;
  93. long b,c=1;
  94. if(a<0) { lcd_putc('-'); a = -a; }
  95. else    { lcd_putc(' '); }
  96. for(i=0;i<n;i++) a *= 10;
  97. for(i=1;i<w;i++) c *= 10;
  98. b = a;
  99. for(i=0;i<w;i++){
  100.   g = b/c;
  101.   b -= g*c;
  102.   c /= 10;
  103.   if(g>9||g<0) g='*'-48;
  104.   if(i == w-n ) lcd_putc('.');
  105.   if(!g && !fi && i<w-n-1) { lcd_putc(' '); continue; }
  106.   lcd_putc(g+48);
  107.   fi = 1;
  108. }
  109. if(!n) lcd_putc(' '); //无小数点的补足显示宽度
  110. }

  111. //==========================================================================
  112. //===============================延时函数===================================
  113. void delay(uint loop) { uint i; for(i=0;i<loop;i++); } //延时函数
  114. void delay2(uint k)   { for(;k>0;k--) delay(10000);  } //长延时,k=100大约对应1秒


  115. //==========================================================================
  116. //==================================EEPROW偏程==============================
  117. sfr IAP_data  = 0xC2;
  118. sfr IAP_addrH = 0xC3;
  119. sfr IAP_addrL = 0xC4;
  120. sfr IAP_cmd   = 0xC5;
  121. sfr IAP_trig  = 0xC6;
  122. sfr IAP_contr = 0xC7;
  123. /********************
  124. 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
  125. 应注意,擦除命令会将整个扇区擦除
  126. *********************/
  127. int eepEn = 0;
  128. void saEEP(){ //触发并EEP保护
  129. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0x5A;  //先送5A
  130. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0xA5;  //先送5A再送A5立即触发
  131. IAP_cmd = 0;      //关闭令,保护
  132. IAP_contr = 0;    //关EEPROM,保护
  133. IAP_trig = 0;
  134. IAP_addrL = 255; //设置读取地址的低字节,地址改变才需要设置
  135. IAP_addrH = 255; //设置读取地址的高字节,地址改变才需要设置
  136. }
  137. uchar readEEP(uint k){ //读取
  138. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节,地址改变才需要设置
  139. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节,地址改变才需要设置
  140. 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
  141. 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
  142. saEEP(); //触发并保护
  143. return IAP_data;
  144. }
  145. void writeEEP(uint k, uchar da){ //写入
  146. IAP_data = da;    //传入数据
  147. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节,地址改变才需要设置
  148. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节,地址改变才需要设置
  149. 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
  150. 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
  151. saEEP(); //触发并保护
  152. }
  153. void eraseEEP(uint k){ //擦除
  154. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节,地址改变才需要设置
  155. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节,地址改变才需要设置
  156. 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
  157. 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
  158. saEEP(); //触发并保护
  159. }


  160. xdata struct Ida{
  161. float L0;
  162. float C0;
  163. } cs;

  164. void cs_RW(char rw){
  165. uchar i,*p = &cs;
  166. const int offs=512;
  167. if(rw){
  168.   eraseEEP(offs);
  169.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) writeEEP(i+offs,p[i]);
  170. }else{
  171.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) p[i]=readEEP(i+offs);
  172. }
  173. }


  174. //==========================================================================
  175. //================================电感表主程序==============================
  176. //==========================================================================
  177. sfr P1M1=0x91; //P1端口设置寄存器
  178. sfr P1M0=0x92; //P1端口设置寄存器
  179. sfr P0M1=0x93; //P0端口设置寄存器
  180. sfr P0M0=0x94; //P0端口设置寄存器
  181. sfr P2M1=0x95; //P2端口设置寄存器
  182. sfr P2M0=0x96; //P2端口设置寄存器
  183. sfr P3M1=0xB1; //P3端口设置寄存器
  184. sfr P3M0=0xB2; //P3端口设置寄存器
  185. sfr WAKE_CLKO = 0x8F;
  186. sfr AUXR = 0x8E;
  187. sfr BRT = 0x9C;


  188. sbit K1=P3^7;  //清零键

  189. long feq=0;
  190. char Tk=0,Tkm=12,fa=0;
  191. void timerInter1(void) interrupt 3 {//T1中断
  192. fa++;
  193. }
  194. void timerInter0(void) interrupt 1 {//T0中断
  195.   uchar a,b,c;
  196.   if(++Tk>=Tkm){ //读取计数值
  197.         Tk = 0;
  198.     TR1 = 0; //暂停计数
  199.         a = fa, b = TH1, c = TL1;
  200.         fa = TH1 = TL1 = 0;
  201.         TR1 = 1;
  202.         feq = (a*256L*256L + b*256L+c) * (24/Tkm);
  203.     if(feq<=5) feq = 0;; //去除本频率(通常有1Hz)
  204.     if(feq<300&&feq>10) Tkm = 24; //低频(小于10视为不起振)
  205.         else                Tkm = 12; //频率较高时,闸门时间减小一些,加快测量速度
  206.   }
  207. }
  208. void putLx(float L){
  209.   if(L<1e-4) { L*=1e6; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" uH"); return; }
  210.   if(L<1e-3) { L*=1e6; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" uH"); return; }
  211.   if(L<1e-2) { L*=1e3; lcd_putf(L,3,4); lcd_puts(" mH"); return; }
  212.   if(L<1e-1) { L*=1e3; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" mH"); return; }
  213.   if(L<1e+0) { L*=1e3; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" mH"); return; }
  214.   if(L<1e+1) {         lcd_putf(L,3,4); lcd_puts("  H"); return; }
  215.   if(L<1e+2) {         lcd_putf(L,1,4); lcd_puts("  H"); return; }
  216.   if(L<1e+5) {         lcd_puti(L,5);   lcd_puts("  H"); return; }
  217.   lcd_puts("Overflow.");
  218. }
  219. float c2c(float f){ //针对涤纶电容修正
  220. code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 150000 };  //频率
  221. code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960,  0.950  };  //修正量(综合修正表)
  222. //code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 200000 }; //频率
  223. //code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975,  0.973  }; //修正量(涤纶原真修正表)
  224. char i;
  225. if(f<a[0]) return b[0];
  226. if(f>a[4]) return b[4];
  227. for(i=0;i<4;i++){
  228.   if( f>=a[i] && f<a[i+1]) return b[i] + (b[i+1]-b[i]) * (f-a[i]) / (a[i+1]-a[i]);
  229. }
  230. }
  231. float Lx=0;
  232. void calcL(){ //电感计算
  233. float f,w,c0;
  234. f = feq/1.024;
  235. c0 = 3.12e-9 * c2c(f);
  236. w = 2*3.1415926*f;
  237. if(w) Lx = 1/(w*w*c0);
  238. else  Lx = 1e20;
  239. lcd_goto1(0); putLx(Lx-cs.L0);
  240. lcd_goto2(0); lcd_puts("F="); lcd_puti(f,6); lcd_puts("Hz");
  241. }

  242. main(){
  243. uchar kn=0;
  244. eepEn = 12345;
  245. //端口初始化
  246. P3M0 = 0x00;    //00000000
  247. P3M1 = 0x20;    //00100000 P3.5置为高阻口

  248. delay2(5);    //等待升压电源电压上升
  249. lcd_init();   //初始化LCD
  250. lcd_cur0();   lcd_puts("LC 1.0");   //隐藏光标并显示片本
  251. lcd_goto2(0); lcd_puts("XJW Putian,2012"); //显示作者
  252. delay2(200);  lcd_cls(); //启动延时
  253. eepEn = 12345;
  254. cs_RW(0);   //读EEPROM

  255. AUXR |= 0x40;
  256. TMOD =  0x51;  //T1置为16位计数器,T2置为16位定时器
  257. TR0 = TR1 = 1; //起动计数
  258. ET0 = ET1 = 1; //开定时器中断
  259. EA = 1;        //开总中断

  260. while(1){
  261.   calcL();
  262.   if(!K1 && kn <255) kn++;
  263.   if(K1) kn=0;
  264.   if(kn==3){ //键按下
  265.     lcd_cls();
  266.     if(!feq) { cs.L0 = 0; lcd_puts("Removed."); }
  267.         else     { cs.L0 = Lx; lcd_puts("Cleared."); }
  268.         cs_RW(1);
  269.         delay2(50);
  270.   }

  271.   delay(20000);
  272. }

  273. }
  274. //==========================================================================
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发表于 2012-11-22 11:46:32 | 只看该作者
本帖最后由 qg2007 于 2012-11-22 11:56 编辑
G4-AAA 发表于 2012-11-22 11:24
谢谢回复。最新版的电路和PCB能发个上来吗?


PCB还一样,调换了几个元件的数值。谐振电感换为25微亨,R4换 3.3K ,R5换10K,R6换300K,第一批没有装的电源测试51K、100电阻装上,程序是新的。





R4是清零键上边LM393片左边第一个电阻。


程序.rar (6.11 KB, 下载次数: 442)
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2#
 楼主| 发表于 2012-10-11 22:15:39 | 只看该作者

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3#
发表于 2012-10-11 22:22:24 | 只看该作者
上次买的做Q表的单片机集成块还没有用,可以用上面的程序吗?能不改成LED数码管的。
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4#
 楼主| 发表于 2012-10-11 22:33:10 | 只看该作者
Q表那个是3V的单片机,这个是5V的,不一样。
可以改成LED,但程序也得改动。
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5#
发表于 2012-10-12 06:52:46 | 只看该作者
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6#
发表于 2012-10-12 07:33:07 | 只看该作者
比英文还难懂!超厉害的楼主
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7#
发表于 2012-10-12 08:06:30 | 只看该作者
其待推出套件。
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8#
发表于 2012-10-12 08:16:56 | 只看该作者
期待出套件。
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9#
发表于 2012-10-12 08:50:33 | 只看该作者
很好玩的DD,谁有直流电压电流、功率、内阻4用表件,玩腻了的给我一套玩玩
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10#
发表于 2012-10-12 09:08:15 | 只看该作者
成本几何(含人力成本)?
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11#
发表于 2012-10-12 12:32:44 | 只看该作者
xjw01 发表于 2012-10-11 22:33
Q表那个是3V的单片机,这个是5V的,不一样。
可以改成LED,但程序也得改动。

是STC12C5A60S2是几伏工作电压,程序能直接用吗。
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12#
发表于 2012-10-13 16:52:53 | 只看该作者
很好的电感表作品,楼主辛苦了。
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13#
 楼主| 发表于 2012-10-13 23:11:21 | 只看该作者
图中清零按键画错了。
正确的应接到P3.7
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14#
发表于 2012-10-13 23:24:57 | 只看该作者
xjw01 发表于 2012-10-13 23:11
图中清零按键画错了。
正确的应接到P3.7

是这样?

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15#
发表于 2012-10-14 02:32:39 | 只看该作者
楼主期待出套件
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