マイクロコントローラのコンデンサ容量計。スキーム、説明

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マイクロコントローラーのコンデンサー静電容量計。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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デバイスの動作は、既知の抵抗の抵抗器を介して電圧源からコンデンサを充電および放電する時間を測定するためのよく知られた方法に基づいています。測定された静電容量値の範囲は、1 nF から 12000 uF です。これは、慣習的に「nF」と「μF」と呼ばれる 0,5 つのサブ範囲に分けられます。基板からはんだ付けせずにコンデンサの静電容量を測定するには、半導体デバイスの pn 接合がこのプロセスに干渉しないように、コンデンサ両端の電圧の振幅が小さい必要があるため、基準ソースの電圧は XNUMX V です。 .

デバイスのスキームを図1に示します。 XNUMX。

マイクロコントローラーコンデンサ静電容量計
図。 1

主な「作業」はマイクロコントローラDD1によって実行されます。そのノードの動作の同期は、外部水晶振動子ZQ1を備えた内蔵ジェネレーターから実行されます。マイクロコントローラDD1の一部として、測定されたコンデンサの充電および放電電圧を制御するために使用されるアナログコンパレータがあります。このコンパレータの入力は、PBO、PB1 ポートに接続されています。測定されたコンデンサはソケット XS1、XS2 に接続され、高電圧または低電圧の RVZ ポートから抵抗分圧器 R1-R3R7R10 を介して充電および放電されます。スイッチ接点SA1.1は、「uF」の限界で抵抗R2をシャントし、充電電流と放電電流の両方の値を増加させます。サブレンジ「nF」のスイッチ接点 SA1.2 は、このサブレンジの設定として DD1 マイクロコントローラによって固定されている抵抗器 R3 を介してライン PD19 と PD1 を接続します。抵抗分圧器 R9R6 は、ライン PB2 の高レベル電圧で、内蔵コンパレータ (ライン PB6) の反転入力用の抵抗 R0,316 に 1 V の基準電圧を生成します。これは、測定されたコンデンサを充電するためのしきい値です。

PB2ラインがハイインピーダンス状態に移行すると、例示的な電圧がオフになり、コンパレータ入力が抵抗R6とXS2ソケットを介して測定されたコンデンサに接続されます。これはコンデンサの「共通」出力です。これにより、コンデンサが放電されたときにゼロ電圧がコンデンサに固定されます。コンデンサから抵抗R4を介した電圧は、コンパレータの別の入力（PBOライン）に供給されます。コンパレータ入力と並列に接続されたC3R5回路は、「デジタル」ノイズの低減に役立ちます。 R8VD5回路は、DD1マイクロコントローラーがコンデンサーがXS1、XS2ソケットに接続されているか、それらが閉じているかを判断するのに「役立ちます」。

測定が行われる基準となる例示的な電圧の別のソースは、オペアンプ DA2 に組み込まれています。分圧器 R27R29 は約 2,5 V の電圧を生成し、バッファアンプとして機能する DA2 オペアンプに送られます。

マイクロコントローラは、測定結果を約 1 ms の周期でダイナミックモードで LED 3 要素インジケータ HG20 ～ HG1 に出力します。インジケータのアノードはトランジスタ VT3、VT4、VT0 によって切り替えられ、対応するコードの信号がライン PD6 ～ PD12 から抵抗器 R18 ～ R1 を介してカソードに送られます。コードはマイクロコントローラDD4のメモリに保存され、プログラミング段階で入力されます。小数点インジケータの「点火」は、PB11ラインと抵抗器R21、RXNUMXを介して実行されます。

同じラインを使用して、抵抗器Ｒ２４を介して音響圧電放射器ＨＡ１に供給されるパルス信号３４を生成する。

このデバイスは、合計電圧が 2,4 V の 1 つの AA Ni-Cd バッテリで構成されるバッテリによって電力を供給されます。このバッテリは、DA5 コンバータによって安定化された 1 V に増加され、DD2 マイクロコントローラと DA7 op- の例示的な電圧源に電力を供給します。アンプ。コンデンサ C23 - 平滑化、抵抗分圧器 R25R2 は、バッテリ電圧の下限を設定します。 2,1 ～ 2 V に低下すると、DA1 コンバータの LBO 出力 (ピン 33) に低レベルの電圧が形成され、抵抗 R12 と R0 を介して DD2 の PD1 ライン (ピン 1) に供給されます。マイクロコントローラ。この行の次のポーリングで、低レベルを検出した DD1 マイクロコントローラーはメインプログラムを停止し、LED インジケーターをオフにし、音響エミッター HAXNUMX に到達する連続信号を生成し、「スリープ」経済モードに入ります。、そこから電源電圧がオフになり、その後の接続がオフになったときにのみ終了します。

充電された測定コンデンサの電圧からマイクロコントローラとデバイスの他の要素を保護するために、ダイオードブリッジVD6、トランジスタVT2、およびLED HL1で構成されるアクティブ保護ユニットが使用されました。充電されたコンデンサが接続されている場合、電圧が4 ... 5 Vを超えると、HL1 LEDに電流が流れ、トランジスタVT1が開きます。この場合、コンデンサ電圧の大部分が抵抗R3、R7に印加されます-このコンデンサは放電されます。ダイオード VD1、VD3、および抵抗 R4 は、DD10 マイクロコントローラの RVZ ラインの追加保護として使用され、VD1、VD2、および R4 は RVO ラインに使用されます。マイクロコントローラーをプログラムするには、プログラマーを XP1 プラグに接続します。

このデバイスは、許容誤差が5％以下の抵抗MLT、OMLT、酸化物コンデンサ-K53-16、残り-K10-17、KM、KD、水晶振動子-NS-49、チョークL1、L2-ELC06Dを使用していますパナソニック。 XP1 プラグは、YUS-10 ソケットに相当します。このようなプラグは、定規の形で無線部品店で販売されており、必要な数の接点がそれらから分離されています。 SA1スイッチは、1561方向と1つの位置にある小型のスライドスイッチで、できればB15などの金属ケースに入れて、はんだ付けでボードに固定できます。圧電エミッタ HA7.9 - 約 1 kHz の共振周波数を持つ圧電セラミック FML-50T-8F1-3。 XS1,5～XS4は、分解したRG1Tコネクタから内径2mmのコンタクトを使用（基板上のパッドにはんだ付け）。個々のコンデンサの測定には、ソケットXS3、XSXNUMX「Cx」に接続されたプラグにはんだ付けされたワニ口クリップが使用され、はんだ付けされたコンデンサの測定にはシールド線が使用され、そのスクリーンはソケットに接続されたプラグに接続されますXSXNUMX「共通」。静電容量の小さいコンデンサを測定する場合、測定ケーブルによって追加の誤差が生じることに注意してください。

デバイスには、BZ-26電卓のプラスチックケースが使用され、その電源コンパートメントは2つのバッテリーを収容するために縮小されました。ケースの内側には、薄いアルミホイルでできたスクリーンが貼り付けられています。このスクリーンとの接触には、弾性のある銀メッキのプレートが使用され、ボード上の共通のワイヤにはんだ付けされています。電卓の標準電源スイッチを使用してデバイスの電源をオンにし、電源ソケットを使用して充電器を接続します。電卓の電源ユニットBP1-2Mを充電器に改造。これを行うために、XNUMX つの抵抗器と LED が正の電源ラインに取り付けられています (図 XNUMX)。この LED の明るさで、バッテリーの充電状態を判断できます。

マイクロコントローラーコンデンサ静電容量計
図。 2

両面ホイルガラス繊維でできたプリント回路基板の図面を図 3 に示します。 5-4. 特にデジタルインジケータの近くでは、ビアを使用せずにはいられませんでした。したがって、取り付け時には、まずワイヤジャンパーを取り付けてビアにはんだ付けしてから、残りの要素を取り付ける必要があります。一部のエレメントのピンはトランジションジャンパーとしても使用されるため、ボードの両面で半田付けする必要があります。ほとんどの要素の取り付け側 (図 4) では、XNUMX 枚のホイルが共通のワイヤに接続されたままになっているため、要素のはんだ付けが複雑になりますが、デバイスの信頼性は向上します。共通線に接続されていないエレメントのリード用の穴は、この部分で皿穴が開けられています (皿穴は図 XNUMX には示されていません)。

マイクロコントローラーコンデンサ静電容量計
図。 3

マイクロコントローラーコンデンサ静電容量計
図。 4

マイクロコントローラーコンデンサ静電容量計

要素 R4、C3、VD1、VD2 とマイクロコントローラー DD12 のピン 1 の接続は、表面実装によって行う必要があります。マイクロコントローラーをボードに取り付けるときは、このピンを曲げ、抵抗器 R4 をボードに対して垂直に取り付け、そのピンをソケット XS1 の取り付け側からはんだ付けし、錫メッキ線ジャンパーを抵抗器のもう一方のピンにはんだ付けします。マイクロコントローラー DD12 のピン 1 に接続し、要素のリード線をこのジャンパー C3、VD1、および VD2 にはんだ付けします。

測定のために、コンデンサはソケット「Cx」に接続されます。接続されたコンデンサを検出したマイクロコントローラは、その静電容量を測定するプロセスを開始し、HG3 インジケータの小数点が点灯します。プロセスの最後に、結果が LED インジケーターに表示され、次に測定単位の記号が表示されます。コンデンサを接続すると、測定プロセスが定期的に繰り返されます。結果を示すときに最大に消費されるバッテリーのエネルギーを節約するために、測定されたコンデンサをタイムリーにオフにする必要があります。電源を入れたときや操作中に、表示が点灯せずに長いビープ音が鳴る場合は、充電が必要です。

記号は、測定単位を表示するために使用されます。「nF」 - ナノファラッド。 "nF" - マイクロファラッド; "nnF" - 数千マイクロファラッド。

アクションの実行を必要とするさまざまな状況を表示するために、次の記号が音声表示とともに使用されます。
"cc" - 測定されたコンデンサには残留電荷があり、再測定する前に切断して完全に放電する必要があります。
「ygg」 - 測定回路の短絡。測定ソケット（ワイヤ）の偶発的な短絡がないことを確認するか、測定されたコンデンサの故障をチェックする必要があります。
"ppp" - コンデンサの静電容量が測定範囲外です。別のサブレンジを選択するか、測定されたコンデンサの予想される静電容量がデバイスの測定機能に対応していることを確認する必要があります。
"---" - 補正係数の値が失われ、リロードが必要です。

電圧が 4 ～ 5 V を超える充電済みコンデンサを接続すると、保護システムがオンになり、HL1 LED が点滅します。マイクロコントローラは充電されたコンデンサを検出し、光と音で通知しますが、多少の遅延があります。したがって、測定されたコンデンサを接続するときは、保護インジケータを監視し、そのようなコンデンサをすぐにオフにする必要があります。測定を行うときは、100 Vを超える電圧に充電されたコンデンサをデバイスに接続できないことに注意してください。

デバイスにはセルフキャリブレーションモードがありません。したがって、より時間がかかりますが、著者によると、プログラマーを使用して補正係数を設定するためのより信頼性の高い手順が使用されました。これは、製造段階でも修理後でも、または大きな測定誤差が発生した場合でも実行できます。 . この作業には、利用可能な ATMEL マイクロコントローラープログラミングツールを使用できます。

まず、たとえば WINDOWS OS のメモ帳プログラムを使用して、cmetr.eep ファイルを開き、XNUMX 行目が次のようになっていることを確認します。

:0C002000FFFF00FFFF00FFFF00FFFF00DC

ここで、最初のバイトは、8 行あたりのデータバイト数を示します。次の 4 バイトは、行データの最初のバイトが格納されているメモリセルのアドレスで、XNUMX 番目のバイトはサービス XNUMX です。その後、XNUMX バイトのデータが続き、最後のバイトはチェックサムです。これで、利用可能なソフトウェアとハードウェアを使用して、cmetr.hex および cmetr.eep ファイルをマイクロコントローラのメモリにロードできます。すべてが正しく行われている場合、デバイスの電源を入れると、短いビープ音が鳴り、デジタル LED インジケーターのテストに合格します - すべての桁で数字 XNUMX がシフトします。次に、インジケータがオフになり、メーターはコンデンサが接続されるのを待ち、約 XNUMX 秒の繰り返し周期で短いビープ音を鳴らします。

デバイスの操作性を確認した後、100 つのサブレンジの補正係数を決定する必要があります。これには、模範的なコンデンサ (Cobr) が必要です。できれば低損失で。たとえば、「uF」サブレンジの場合、10 uF のコンデンサで十分です。これが不可能な場合は、静電容量が少なくとも XNUMX マイクロファラッドの無極性コンデンサを選択する必要があります。
容量が 100 マイクロファラッドの基準コンデンサが接続されている場合、計器の読み取り値は 106 マイクロファラッド (Cx) であるとします。補正係数の値は、式 K \u106d Cx / (Col - Cx) \u100d 106 / (17,66 - 18) \u71d -73 によって決定されます。値 K = -0,1 を受け入れます。「nF」サブレンジでは、容量が約0,1μFのより手頃なコンデンサK99,7、K99,7を基準コンデンサとして使用できます。デバイスによって測定された基準静電容量 (100 μF) の値が 99,7 nF であると仮定すると、補正係数は K \u332,3d 332 / / (XNUMX - - XNUMX) \uXNUMXd XNUMX になります。 K = XNUMX を受け入れます。

得られた係数の値は12進形式に変換され、それぞれ14HとXNUMXCHになります。測定誤差が小さいほど補正係数が大きいことに矛盾はなく、あくまでも補正を計算するためのアルゴリズムです。ここで、プログラミングプロセスの説明に戻る必要があります。ファイル cmetr.eep の XNUMX 行目で、XNUMX バイトのデータの値を次のように置き換えます。

:0C0020001200FF1200FF4C01004C010064

データの最初の 00 バイトには、「uF」サブ範囲の複製された係数情報が含まれ、その後に「nF」サブ範囲の XNUMX バイト (これも複製) が続きます。また、最初の XNUMX バイトは係数の数値で、XNUMX 番目はその符号を示します。たとえば、係数の負の値は「μF」サブレンジで受信されるため、XNUMX 番目と XNUMX 番目のデータバイトには数値 FF が含まれ、これはマイクロコントローラーに補正係数を減算する必要があることを「通知」します。「nF」サブレンジの場合、係数は正であるため、XNUMX 番目と XNUMX 番目のバイトには数値 XNUMX が含まれます。これは、補正係数を追加する必要があることを意味します。

ここで、この行のチェックサム値を計算する必要があります。これは、特殊なプログラムまたは 64 進モードの WINDOWS 工学計算機を使用して行うことができます。これを行うには、文字列バイトのデータバイト数、セルアドレスの XNUMX バイト、およびすべてのデータバイトを含む、この文字列のすべてのバイトを追加する必要があります。次に、この合計に追加する数を決定します。結果の下位バイトがゼロであること。この数値がチェックサムになり、上記の例では XNUMXn が取得されます。次に、マイクロコントローラのメモリ内の情報を消去し、cmetr hex および cmetr.eep ファイルを再ロードする必要があります。模範的なコンデンサを測定することにより、補正係数が正しく設定されていることを確認してください。

測定するときは、「nF」サブレンジでは測定コンデンサの静電容量が12μFを超えてはならず、「μF」サブレンジでは12000μFを超えてはならず、静電容量が1000μF未満のコンデンサの測定を考慮する必要があります。測定回路の静電容量が影響するため、XNUMX pF が概算です。

静電容量計マイコンのプログラムをダウンロード可能故に.

著者：A。Dymov、オレンブルク; 出版物：radioradar.net

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