DIY电感表——大小通吃，精度还很好

奋斗哥

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. //==========================================================================
    
12. // 项目：LCD1602 四线驱动程序
    
13. // 设计要点：
    
14. //     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
    
15. //     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
    
16. //     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
    
17. //     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。
    
18. // 硬件连接：
    
19. //     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。
    
20. //     清注意对LCD1602比对的调节，否则无显示。
    
21. // 设计：许剑伟,于莆田,2010.12
    
22. //==========================================================================
    
23. sbit lcd_RS = P0^1; //数据命令控制位,0命令1数据
    
24. sbit lcd_RW = P0^2; //读写位,0写1读
    
25. sbit lcd_EN = P0^3; //使能位,下降沿触发
    
26. sbit lcd_D4 = P0^7; //数据端口D4
    
27. sbit lcd_D5 = P0^6; //数据端口D5
    
28. sbit lcd_D6 = P0^5; //数据端口D6
    
29. sbit lcd_D7 = P0^4; //数据端口D7
    
30. //==========================================================================
    
31. void lcd_delay(int n){ //LCD专用延时函数
    
32.   //32MHz钟频下，约循环3000次延迟1毫秒
    
33.   int i,j;
    
34.   if(n<0)    { for(i=0;i< 20;i++); return; } //10us
    
35.   if(n== 0)  { for(i=0;i<100;i++); return; } //50us
    
36.   for(;n;n--){ for(j=0;j<2000;j++);        } //n毫秒
    
37. }
    
38. //==========================================================================
    
39. void lcd_B(char f, uchar c, char t){ //控制四线式接口LCD的7个脚
    
40.   //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
    
41.   lcd_EN = 0;
    
42.   lcd_RS = f%2;
    
43.   lcd_RW = f/2%2;
    
44.   //移入高四位
    
45.   lcd_D4 = c & 16;
    
46.   lcd_D5 = c & 32;
    
47.   lcd_D6 = c & 64;
    
48.   lcd_D7 = c & 128;
    
49.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
    
50.   if(f==4) { lcd_delay(t); return; }
    
51.   //移入低四位
    
52.   lcd_D4 = c & 1;
    
53.   lcd_D5 = c & 2;
    
54.   lcd_D6 = c & 4;
    
55.   lcd_D7 = c & 8;
    
56.   lcd_EN = 1;  lcd_delay(-1);  lcd_EN = 0; //使能脉冲
    
57.   lcd_delay(t);  //不同的命令,响应时间不同,清零命令需要2ms
    
58. }
    
59. //==========================================================================
    
60. void lcd_init(){ //LCD1602 初始化
    
61.   //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
    
62.   lcd_delay(20); //启动lcd之前须延时大于15ms，直到VDD大于4.5V
    
63.   lcd_B(4, 0x30, 9); //置8线模式,须延时大于4.1ms
    
64.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,须延时大于100us
    
65.   lcd_B(4, 0x30, 5); //置8线模式,手册中未指定延时
    
66.   lcd_B(4, 0x20, 5); //进入四线模式
    
67.   lcd_B(0, 0x28, 5); //四线模式双行显示
    
68.   lcd_B(0, 0x0C, 5); //打开显示器
    
69.   lcd_B(0, 0x80, 5); //RAM指针定位
    
70.   lcd_B(0, 0x01, 5); //启动清屏命初始化LCD
    
71. }
    
72. //==========================================================================
    
73. //=========================几个功能常用函数=================================
    
74. void lcd_cls()         { lcd_B(0, 0x01+0, 2);  } //清屏
    
75. void lcd_cur0()        { lcd_B(0, 0x0C+0, 0);  } //隐藏光标
    
76. void lcd_goto1(uchar x){ lcd_B(0, 0x80+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第1行x位
    
77. void lcd_goto2(uchar x){ lcd_B(0, 0xC0+x, 0);  } //设置DDRAM地址,第2行x位
    
78. void lcd_putc(uchar d) { lcd_B(1, 0x00+d, 0);  } //字符输出
    
79. void lcd_puts(uchar *s){ for(; *s; s++) lcd_B(1,*s,0); } //字串输出
    
80. //==============字符显示函数====================
    
81. #define digW 4 //数字显示位数宏
    
82. void lcd_puti(long a,char w){ //定宽显示正整数
    
83.   char i=0, s[10]={32,32,32,32,32,32,32,32,32,32};
    
84.   if(a<0) { a=-a; lcd_puts("-"); }
    
85.   else    lcd_puts(" ");
    
86.   do{
    
87.    s[i++] = a%10+48;
    
88.    a /= 10;
    
89.   }while(a);
    
90.   for(;w;w--) lcd_putc(s[w-1]);
    
91. }
    
92. 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
    
93. char i,g,fi=0;
    
94. long b,c=1;
    
95. if(a<0) { lcd_putc('-'); a = -a; }
    
96. else    { lcd_putc(' '); }
    
97. for(i=0;i<n;i++) a *= 10;
    
98. for(i=1;i<w;i++) c *= 10;
    
99. b = a;
    
100. for(i=0;i<w;i++){
     
101.   g = b/c;
     
102.   b -= g*c;
     
103.   c /= 10;
     
104.   if(g>9||g<0) g='*'-48;
     
105.   if(i == w-n ) lcd_putc('.');
     
106.   if(!g && !fi && i<w-n-1) { lcd_putc(' '); continue; }
     
107.   lcd_putc(g+48);
     
108.   fi = 1;
     
109. }
     
110. if(!n) lcd_putc(' '); //无小数点的补足显示宽度
     
111. }
     
112. 
     
113. //==========================================================================
     
114. //===============================延时函数===================================
     
115. void delay(uint loop) { uint i; for(i=0;i<loop;i++); } //延时函数
     
116. void delay2(uint k)   { for(;k>0;k--) delay(10000);  } //长延时,k=100大约对应1秒
     
117. 
     
118. 
     
119. //==========================================================================
     
120. //==================================EEPROW偏程==============================
     
121. sfr IAP_data  = 0xC2;
     
122. sfr IAP_addrH = 0xC3;
     
123. sfr IAP_addrL = 0xC4;
     
124. sfr IAP_cmd   = 0xC5;
     
125. sfr IAP_trig  = 0xC6;
     
126. sfr IAP_contr = 0xC7;
     
127. /********************
     
128. 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
     
129. 应注意，擦除命令会将整个扇区擦除
     
130. *********************/
     
131. int eepEn = 0;
     
132. void saEEP(){ //触发并EEP保护
     
133. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0x5A;  //先送5A
     
134. if(eepEn==12345) IAP_trig = 0xA5;  //先送5A再送A5立即触发
     
135. IAP_cmd = 0;      //关闭令，保护
     
136. IAP_contr = 0;    //关EEPROM，保护
     
137. IAP_trig = 0;
     
138. IAP_addrL = 255; //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
139. IAP_addrH = 255; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
140. }
     
141. uchar readEEP(uint k){ //读取
     
142. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
143. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
144. 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
     
145. 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
     
146. saEEP(); //触发并保护
     
147. return IAP_data;
     
148. }
     
149. void writeEEP(uint k, uchar da){ //写入
     
150. IAP_data = da;    //传入数据
     
151. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
152. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
153. 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
     
154. 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
     
155. saEEP(); //触发并保护
     
156. }
     
157. void eraseEEP(uint k){ //擦除
     
158. IAP_addrL = k;    //设置读取地址的低字节，地址改变才需要设置
     
159. IAP_addrH = k>>8; //设置读取地址的高字节，地址改变才需要设置
     
160. 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
     
161. 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
     
162. saEEP(); //触发并保护
     
163. }
     
164. 
     
165. 
     
166. xdata struct Ida{
     
167. float L0;
     
168. float C0;
     
169. } cs;
     
170. 
     
171. void cs_RW(char rw){
     
172. uchar i,*p = &cs;
     
173. const int offs=512;
     
174. if(rw){
     
175.   eraseEEP(offs);
     
176.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) writeEEP(i+offs,p[i]);
     
177. }else{
     
178.   for(i=0;i<sizeof(cs);i++) p[i]=readEEP(i+offs);
     
179. }
     
180. }
     
181. 
     
182. 
     
183. //==========================================================================
     
184. //================================电感表主程序==============================
     
185. //==========================================================================
     
186. sfr P1M1=0x91; //P1端口设置寄存器
     
187. sfr P1M0=0x92; //P1端口设置寄存器
     
188. sfr P0M1=0x93; //P0端口设置寄存器
     
189. sfr P0M0=0x94; //P0端口设置寄存器
     
190. sfr P2M1=0x95; //P2端口设置寄存器
     
191. sfr P2M0=0x96; //P2端口设置寄存器
     
192. sfr P3M1=0xB1; //P3端口设置寄存器
     
193. sfr P3M0=0xB2; //P3端口设置寄存器
     
194. sfr WAKE_CLKO = 0x8F;
     
195. sfr AUXR = 0x8E;
     
196. sfr BRT = 0x9C;
     
197. 
     
198. 
     
199. sbit K1=P3^7;  //清零键
     
200. 
     
201. long feq=0;
     
202. char Tk=0,Tkm=12,fa=0;
     
203. void timerInter1(void) interrupt 3 {//T1中断
     
204. fa++;
     
205. }
     
206. void timerInter0(void) interrupt 1 {//T0中断
     
207.   uchar a,b,c;
     
208.   if(++Tk>=Tkm){ //读取计数值
     
209.         Tk = 0;
     
210.     TR1 = 0; //暂停计数
     
211.         a = fa, b = TH1, c = TL1;
     
212.         fa = TH1 = TL1 = 0;
     
213.         TR1 = 1;
     
214.         feq = (a*256L*256L + b*256L+c) * (24/Tkm);
     
215.     if(feq<=5) feq = 0;; //去除本频率(通常有1Hz)
     
216.     if(feq<300&&feq>10) Tkm = 24; //低频（小于10视为不起振）
     
217.         else                Tkm = 12; //频率较高时，闸门时间减小一些，加快测量速度
     
218.   }
     
219. }
     
220. void putLx(float L){
     
221.   if(L<1e-4) { L*=1e6; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" uH"); return; }
     
222.   if(L<1e-3) { L*=1e6; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" uH"); return; }
     
223.   if(L<1e-2) { L*=1e3; lcd_putf(L,3,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
224.   if(L<1e-1) { L*=1e3; lcd_putf(L,2,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
225.   if(L<1e+0) { L*=1e3; lcd_putf(L,1,4); lcd_puts(" mH"); return; }
     
226.   if(L<1e+1) {         lcd_putf(L,3,4); lcd_puts("  H"); return; }
     
227.   if(L<1e+2) {         lcd_putf(L,1,4); lcd_puts("  H"); return; }
     
228.   if(L<1e+5) {         lcd_puti(L,5);   lcd_puts("  H"); return; }
     
229.   lcd_puts("Overflow.");
     
230. }
     
231. float c2c(float f){ //针对涤纶电容修正
     
232. code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 150000 };  //频率
     
233. code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.960,  0.950  };  //修正量(综合修正表)
     
234. //code float a[5]={100,   1000,  10000, 100000, 200000 }; //频率
     
235. //code float b[5]={1.004, 1.000, 0.992, 0.975,  0.973  }; //修正量(涤纶原真修正表)
     
236. char i;
     
237. if(f<a[0]) return b[0];
     
238. if(f>a[4]) return b[4];
     
239. for(i=0;i<4;i++){
     
240.   if( f>=a[i] && f<a[i+1]) return b[i] + (b[i+1]-b[i]) * (f-a[i]) / (a[i+1]-a[i]);
     
241. }
     
242. }
     
243. float Lx=0;
     
244. void calcL(){ //电感计算
     
245. float f,w,c0;
     
246. f = feq/1.024;
     
247. c0 = 3.12e-9 * c2c(f);
     
248. w = 2*3.1415926*f;
     
249. if(w) Lx = 1/(w*w*c0);
     
250. else  Lx = 1e20;
     
251. lcd_goto1(0); putLx(Lx-cs.L0);
     
252. lcd_goto2(0); lcd_puts("F="); lcd_puti(f,6); lcd_puts("Hz");
     
253. }
     
254. 
     
255. main(){
     
256. uchar kn=0;
     
257. eepEn = 12345;
     
258. //端口初始化
     
259. P3M0 = 0x00;    //00000000
     
260. P3M1 = 0x20;    //00100000 P3.5置为高阻口
     
261. 
     
262. delay2(5);    //等待升压电源电压上升
     
263. lcd_init();   //初始化LCD
     
264. lcd_cur0();   lcd_puts("LC 1.0");   //隐藏光标并显示片本
     
265. lcd_goto2(0); lcd_puts("XJW Putian,2012"); //显示作者
     
266. delay2(200);  lcd_cls(); //启动延时
     
267. eepEn = 12345;
     
268. cs_RW(0);   //读EEPROM
     
269. 
     
270. AUXR |= 0x40;
     
271. TMOD =  0x51;  //T1置为16位计数器,T2置为16位定时器
     
272. TR0 = TR1 = 1; //起动计数
     
273. ET0 = ET1 = 1; //开定时器中断
     
274. EA = 1;        //开总中断
     
275. 
     
276. while(1){
     
277.   calcL();
     
278.   if(!K1 && kn <255) kn++;
     
279.   if(K1) kn=0;
     
280.   if(kn==3){ //键按下
     
281.     lcd_cls();
     
282.     if(!feq) { cs.L0 = 0; lcd_puts("Removed."); }
     
283.         else     { cs.L0 = Lx; lcd_puts("Cleared."); }
     
284.         cs_RW(1);
     
285.         delay2(50);
     
286.   }
     
287. 
     
288.   delay(20000);
     
289. }
     
290. 
     
291. }
     
292. //==========================================================================
     

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先前有用PIC做了電感與電容表
用的是LM311
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robter

很好的资料，值得学习，感谢楼主的好资料

wambob

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mengmeng6688

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