自制電容表

   很多貼片電容都沒有標明電容值，而我又舍不得扔了它們；自己做電路玩
時，經常看到一些廢電路板上有很多貼片電容，可以拆下來用，但是卻看不到
容量，很郁悶。所以我決定做一個電容表來測試它們的容量。

   我用單片機8952和電壓比較器339做了一個簡單的電容容量測量表，參數大
致如下：

   電容測量范圍為1pF-9999.99uF，最小分辨力為1pF。分為5個量程，可以自
動切換量程，也可手動切換。

   另外，有簡單的頻率計功能，能測量0-60MHz的數字信號頻率（TTL電平）；
還可以產生幾個單點頻率的方波信號（比如1KHz）。

   采用1602LCD作為顯示器；4個按鍵控制；使用24C01保存當前設置值，不用
每次開機重新設置。可單5V供電，也可9V交流供電。
   
    電容測試原理簡介：根據電容的充電公式，可以計算出電容在充電到
1/nVcc(其中n>1，Vcc為充電電源電壓)電壓時充電時間跟電容的容量和電阻成
正比，跟充電電源電壓無關。(通過一個微分方程即可求得，具體的計算步驟這
里省略，一般的電路教材上都有講解)。

   工作過程如下：首先，通過單片機選通放電三極管Q9，將電容上的電放掉，
放電完畢之后，選通Q1-Q5中的一個三極管，經過一定的電阻，對電容進行充電；
同時，打開單片機的計數器0，開始計數。然后單片機等待外部中斷0的發生。當
電容充電達到參考電壓值時，比較器翻轉，發出充電完成信號到中斷0端口，單
片機響應中斷，停止計數器0，并關閉充電電路，接通放電電路。接著讀出計數
器0的值，進行計算，適當的調整后，輸出到LCD上顯示。然后又開始一次新的
測試，如此循環。

   本電路通過一個電壓比較器(LM339)來檢測電容充電的終止。由電阻R31，
R32及RW1構成一個分壓器，產生一個基準電壓。當電容兩端電壓超過比較電壓時，
比較器翻轉，產生一個低電平到單片機的中斷0(INT0)引腳，通知單片機電容充電
完成。
    RW1是精密可調電阻，用來調整電壓比較器的參考電壓。調整RW1，使P點電壓
為電源電壓的0.632倍(理論值，實際值可能有點不一樣，見調試部分)。
    C0是并聯在測量端的一個小電容(30pF)，用來減少電路分布電容的影響。因為
在單片機內部做了軟件調零，所以有一個固定的偏移量，對結果的顯示不會造成
影響。
    Q8和Q10是用來平衡電路和溫度補償。作用不是很大，如果覺得麻煩，可以
省掉這個兩個三極管，把集電極和發射極直接連接起來，基極那個位置懸空就行了。
    U4是一個計數器，測量頻率時，先做一個預分頻。因為52的計數器頻率不夠高。

   調試：
         先把HEX文件燒入到單片機中，然后將全部零件裝好，檢查確認無誤后，
接通電源。調整RW1，使P點電壓約為電源電壓的0.632倍。然后進入主菜單，選擇
校準0點，確定，等待校準完成。然后退回到主菜單，選擇電容測量，自動模式。
用幾個質量比較好的電容(或者用另一塊電容表先測量出來)，檢查電容值是否顯示
正確。如果不正確，可適當微調RW1，使其正確。然后依次檢查其它量程，是否正確。
如果各個量程不能同時調準，則需要適當微調一下R11、R13、R15、R18、R20等
量程電阻的阻值(可以通過采用并聯電阻等方式，不過一般要求不嚴格的情況下，
這些電阻都是可以滿足要求的)。當調試完成后，可用熱熔膠將RW1固定下來，避免
使用時不小心改變了它的阻值。

  使用方法：
       板上總共有四個按鍵：MENU鍵，UP鍵，DOWN鍵和ENTER鍵。可以使用MENU鍵，
退回到主菜單或者上一級菜單。使用ENTER鍵，來確認選用的功能。UP和DOWN鍵用來
移動菜單和切換量程用。

      主菜單包括以下幾項：1. Capacity 電容測量；2. Frequency 頻率測量；
3. Square Wave 方波發生；4. Settings 設置。1.0版本的Settings里邊只有一個
選項——調整電容測試0點。5. Help 幫助選項。

      在電容測量的手動模式下，按動MENU鍵，將返回到主菜單；按動UP鍵，將增大
量程；按動DOWN鍵，將減少量程；按動ENTER鍵，將保存當前量程狀態，下次進入電容
測試時，將會自動選擇該量程。
      
       在頻率測量模式下，按下MENU鍵，返回主菜單。其它按鍵無效。
      
       在方波發生模式下，按下MENU鍵，返回主菜單；UP鍵，升高輸出頻率；DOWN鍵，
降低輸出頻率；ENTER鍵，保存當前頻率值，下次再進入方波發生模式時，會自動選則
該頻率值。

  注意：上邊的按動，指的均為短按鍵。短按鍵——按鍵時間大于20ms，小于1S。
                                    長按鍵——按住按鍵大于1S。
      在1.0版本中，未使用長按鍵功能。如果您長按鍵，系統則會忽略本次按鍵。

下邊是我測試的幾個電容的值，供參考：

  電容編號         1         2       3          4           5  
     
   標稱值         3.3pF      30pF    250pF      2200pF     47000pF

         量程1  000004pF  000029pF  000249pF   00222*pF  0405**pF
          量程2  --------  --------  --------  0002.22nF  0048.8*nF
   實測值量程3  --------  --------  --------  00002.2nF  00049.1nF
          量程4  --------  --------  --------  000.002uF  000.048uF
          量程5  --------  --------  --------  ---------  0000.04uF

  電容編號         6         7          8        9          10
        
   標稱值         0.1uF      0.47uF      1uF      22uF       47uF

         量程1   0926**pF  --------   --------   --------- --------
          量程2  0110.**nF  0458.1*nF  1014.**nF  ---------  --------
   實測值量程3  00114.4nF  00491.0nF  01080.*nF  2224*.*nF  6451*.*nF
          量程4  000.112uF  000.482uF  001.057uF  021.886uF  056.6**uF
          量程5  0000.10uF  0000.43uF  0000.96uF  0021.31uF  0048.52uF

  電容編號         11         12       13        14         15
        
   標稱值          100uF      220uF     470uF     1000uF     1500uF

         量程1  ---------  --------   --------   --------- --------
          量程2  ---------  --------   --------   --------- --------
   實測值量程3  ---------  --------   --------   --------- --------
          量程4  115.8**uF  231.8**uF  482.***uF  ---------  --------
          量程5  0111.65uF  0228.9*uF  0476.**uF  1045.**uF  1484.**uF

注：“--------”表示量程不適合，未做測試。“*”表示讀數不穩定。

         測量示波器探頭，容量為140pF

通過上面的測試可以看出，基本上可以確定出電容的容量了。比如測得的值為22uF
左右，那么我就知道這是一個標稱為22uF的電容。

補充幾點：

       系統最好接地（大地），否則，在pF擋，將會導致數據跳動。如果不好接地，
用手握住測量端的地，也會穩定得多。

         另外，調零的時候，要把探頭接上，否則調好后再接探頭，會使底數增加。
我用的這個探頭，接上去，底數會增加大概28pF。

          在U6(74HC00)的①腳上接一個100K的電阻到地，在R40與頻率測試輸入之間，

接一個0.1uF的電容，可大大提高頻率測試的靈敏度。

           另外，當測試頻率不高時，會發生振蕩現象。在U6(74HC00)的⑥腳與U4(74HC393)

的①腳間，串聯一個10K的電阻，即可解決這問題。