使用PIC16F628制作一个高精度的电容测试仪

该电路是一个RC震荡电路，其中比较器直接使用了PIC16F628内部自带的比较器。该电路的震荡输出频率 Fout由RT和CT决定，基本不受供电电压影响，当RT固定时，这个电路可以作为一个高精度测量电容的电路（通过测量Fout的值，就可以计算出CT的值）。在这个电路中，R1和R2起的作用，是分压的作用，B点电压在1/3VDD或2/3VDD之间变换。

单片机PIC16F628通过定时器精确地测量到Fout 值后，通过一个算法把待测电容器CT的值，显示在LCD显示屏上。需要指出的是，为了获得更好的精度效果，RT需要使用高精度的金属膜电阻，阻值为: 10.00K。

4、软件部分的描述

软件部分，很可惜该作者没有给出源码，只是给出了最终可烧录的HEX文件。

下面，我们来看看该作者实现这个电容测量仪的一些构思。（在此之前，我们建议大家先看该作者的另外一个设计技巧和思路：Zero-error 1 second timer零误差产生1HZ 的定时器，该高精度电容测量电路的算法核心就是用这个方法来设计的。）

本电路中，单片机PIC16F628使用内置的CCP1硬件单元来捕获RC振荡器的频率，PIC定时器的运行时钟为4MHZ（16MHz/4=4 )。

单片机累加连续捕获到的周期数(值)，直到累加到的周期数超过两百万次(即>0.5 second)，仅仅误差只是最初和最后1次的捕获到的周期值，所以的误差值被限制在每次最后一次捕获的两百万次的多余部分，从而最终达到1PPM的精度。

现在，通过总周期数除以捕获到的周期数，就可以得到一个精确的平均捕获值，接着把该平均值再放大1000倍，即可获得除数后包含了多个数字的最终值（分辨率）。

例如;

"10nF" 的电容，测量到的振荡数是 435Hz

218个连续的振荡值被累计，对应得到的总和值是：2004597

从而有：(2004597*1000)/218 = 2004597000/218 = 9195399

所以平均得到的周期数是：9195.399

接着，第二步的处理是： 将平均得到的周期数转换为pF

(9195399*100)/scale = 919539900/919 = 1000587

1000587 最终被显示在LCD屏上的数字是：10005.87 pF

类似地，再比如：

"100pF" osc PIC单片机测量到的振荡数是 43500 Hz

累计值首次超过2百万次，即实际达到2000091时，对应的振荡周期数是：21751

从而有： 2000091000/21751 = 91953

比例格式化： 91953000/919 = 100057

最终， 100057 被处理和显示在LCD屏上的值是100.05 pF

5、材料清单（BOM列表)

以下是这个电子制作的BOM列表，大部分器件可采购自立创商城（http://www.szlcsc.com）：

6、PCB实物图

7、调试过程和应用实例

  测试是很简单的，PCBA焊接和组装无误后，上电会显示320pF左右（此时假设是没有接上待测电容CT的），此时该RC振荡器的频率大概是220KHZ左右。

  接着，轻触按键对该电容测量仪进行归零，LCD显示屏显示"Zero Cal"，随后该装置即可进行待测状态！在测量极小电容的时候，由于精度很高，同时温度影响，出现一些跳过，比如+-0.05的变动，是正常的。

另外，如果这个RC振荡器停止震荡，或者待测电容的2端短路，或者超过50uF的电容***入来测量，那么LCD将会显示"Error" ，并交替性出现"Error" 和 "Large cap"的提示最终， 100057 被处理和显示在LCD屏上的值是100.05 pF

8、总结

Roman Black是个大牛，特别是他提出的“Zero-error 1 second Timer 零误差产生1HZ 的定时器”，这个算法在MCU中有很多应用，它可以让单片机即使使用特殊或有误差的晶振，也能产生精确的周期性、频率信号。这个算法，值得大家去学习和参考。另外这个电容测量仪的电路中，如果采用更高速的比较器，可以得到更准确的测量值，特别是在测量pF级微小容量的电容时，也欢迎大家去改进~ 。

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