Cyfrowy miernik pojemności
P R O J E K T Y
Cyfrowy miernik
pojemności
AVT-512
Podstawowym przyrządem po- dzące z demontału są praktycznie
Do typowych prac
miarowym w pracowni elektronika bezułyteczne. Problem identyfika-
w elektronicznym laboratorium
jest woltomierz. Bardziej przydat- cji kondensator�w SMD mołna
wystarczają tanie multimetry,
ny jest jednak miernik uniwersal- rozwiązaĘ przez zmierzenie ich
zazwyczaj bez takich funkcji,
ny, za pomocą kt�rego mołna pojemności za pomocą miernika
jak na przykład pomiar
zmierzyĘ napi�cie, prąd i rezys- pojemności. Budow� takiego mier-
pojemności. A jełeli musimy
tancj�, gdył pomiar tych wielkoś- nika przedstawiono w artykule.
zmierzyĘ pojemnośĘ
ci jest najcz�ściej wykonywany Miernik został zbudowany
kondensatora?
podczas budowy i naprawy urzą- w postaci sondy z czujnikiem
Rekomendacje: polecany
dze�. Rzadziej są uływane mier- szpilkowym, co umołliwia łatwe
tym, kt�rzy muszą wzbogaciĘ
niki pojemności czy indukcyjnoś- dołączenie wejśĘ pomiarowych
swoje laboratorium o przyrząd ci, a to dlatego, łe z reguły uływa miernika do kondensator�w SMD.
si� gotowych element�w fabrycz- Przyrząd przeznaczony jest gł�w-
do pomiaru pojemności.
nych, na kt�rych znajdują si� nie do pomiaru pojemności kon-
oznaczenia określające wartośĘ ich densator�w umieszczonych w obu-
indukcyjności lub pojemności. dowach SMD, jednak dzi�ki za-
Sprawa si� jednak komplikuje, stosowaniu dodatkowego złącza
jełeli elementy te wykonane są mołliwy jest r�wnieł pomiar po-
w technologii SMD, gdył małe jemności kondensator�w umiesz-
wymiary utrudniają ich opis. Dla- czonych w obudowach do monta-
tego producenci cz�sto zamiast łu przewlekanego.
pełnych oznacze� danego elemen- Zastosowane złącze umołliwia
tu stosują oznaczenia skr�cone, dołączenie element�w o rastrze 100
kt�re umołliwiają zidentyfikowa- mil, 200 mil, 300 mil, 400 mil,
nie rodzaju element�w. Odczyt dlatego mołliwe jest takłe łatwe
wartości rezystancji nie sprawia mierzenie pojemności trymer�w.
problem�w, gdył wartośĘ ta jest Miernik umołliwia pomiar po-
przedstawiona w postaci cyfr war- jemności w zakresie 1 pF...10 �F,
tości oraz mnołnika (analogicznie jednak dla pojemności r�wnej 10
jak w przypadku kodu paskowe- �F czas wykonywania pomiaru
go). W przypadku kondensator�w wynosi 10 sekund, co w praktyce
sprawa si� komplikuje, gdył opis trwa zbyt długo, dlatego naleły
posiadają tylko kondensatory tan- przyjąĘ, łe maksymalna mierzona
talowe i elektrolityczne, natomiast pojemności wynosi około 1 �F.
kondensatory ceramiczne nie po- Czas wykonywania pomiaru jest
siadają zazwyczaj ładnych ozna- wprost proporcjonalny do pojem-
cze�. Dlatego ich wartośĘ jest ności i wynosi około 1 sekundy na
znana jedynie wtedy, gdy znajdu- 1 �F mierzonej pojemności. Wynik
ją si� w opisanym pudełku lub pomiaru jest przedstawiany na
taśmie. Po wlutowaniu identyfika- czterech wyświetlaczach siedmio-
cja takiego kondensatora nie jest segmentowych: na trzech pozy-
mołliwa, a kondensatory pocho- cjach jest wyświetlany wynik po-
Elektronika Praktyczna 5/2003
27
Cyfrowy miernik pojemności
Rys. 1. Schemat elektryczny miernika pojemności kondensatorów
miaru, a na czwartej jest podawa- x 14b, 64 bajty pami�ci operacyj- stałych linii. Wejście zerowania
ny mnołnik (piko, nano, mikro). nej RAM oraz 128 bajt�w nieulot- procesora zostało skonfigurowane
PojemnośĘ jest mierzona w jednym nej pami�ci typu EEPROM. Pro- jako wejście cyfrowe, a sygnał
z zakres�w pomiarowych, a na- cesor mołe byĘ taktowany syg- zerowania po włączeniu zasilania
st�pnie wynik jest odpowiednio nałem generowanym przez we- jest generowany przez wewn�t-
formatowany, aby m�gł byĘ wy- wn�trzny generator RC albo gene- rzny obw�d.
świetlony na trzech cyfrach wy- rator z zewn�trznymi elementami ChoĘ miernikim steruje mikro-
świetlacza. W tab. 1 przedstawio- RC lub zewn�trznym rezonatorem kontroler, to pomiaru pojemności
no zakresy pomiarowe, format wy- kwarcowym. Pomiar pojemności dokonuje układ US2. Układ ten
świetlania i rozdzielnośĘ pomiaru jest oparty na pomiarze czasu, jest nowszą wersją cieszącego si�
miernika. Wyświetlanie wyniku na wi�c wymagana jest jak najwi�k- niesłabnącą sławą układu NE555.
trzech cyfrach nie pozwala na sza jego dokładnośĘ odmierzania. Układ ICM7555 wykonany jest
prezentacje wyniku pomiaru z bar- Dlatego jako �r�dło sygnału zega- w technologii CMOS, co znacznie
dzo dułą rozdzielczością, lecz z za- rowego zastosowano generator zmniejszyło - w stosunku do wer-
łołenia nie jest to przyrząd do z rezonatorem kwarcowym. Cz�s- sji bipolarnej - pobierany przez
bardzo dokładnych pomiar�w, a do totliwośĘ zastosowanego rezonato- niego prąd. Układ US2 pracuje
szacunkowego określenia pojem- ra jest maksymalną dopuszczalną w trybie monostabilnym, dlatego
ności badanego kondensatora i na dla tego procesora. Dla tej cz�s- po podaniu kr�tkiego impulsu na
tej podstawie przypisanie mu war- totliwości jeden cykl maszynowy wejście TR na wyjściu OUT po-
tości z szeregu. procesora wynosi 200 ns. Duła jawia si� poziom wysoki. Czas
szybkośĘ pracy procesora jest ko- trwania tego poziomu jest ściśle
Budowa i działanie nieczna, gdył najkr�tszy odcinek zalełny od połączonych szeregowo
Schemat elektryczny miernika czasu, jaki procesor musi zmie-
Tab. 1. Zakresy pomiarowe miernika
pojemności przedstawiono na rys. rzyĘ, jest r�wny 1 �s, co przy
pojemności
1. Od strony funkcjonalnej urzą- pracy procesora z rezonatorem
Zakres Rozdziel- Format Przykład
dzenie mołna podzieliĘ na dwa o standardowej cz�stotliwości Zakres Rozdziel- Format Przykład
Zakres Rozdziel- Format Przykład
Zakres Rozdziel- Format Przykład
Zakres Rozdziel- Format Przykład
cS
wyS
wietlania
cS
wyS
wietlania
z ć
z ć
o
o
cS
wyS
wietlania
z ć
o
cS
wyS
wietlania
cS
wyS
wietlania
z ć
z ć
o
o
bloki: pomiaru pojemności 4 MHz nie jest mołliwe.
i wyświetlania. Blok pomiaru po- Procesor posiada tylko sześĘ 1nF 1pF xxx p 120p
jemności składa si� mikrokontro- linii wejścia/wyjścia, z czego dwie 10nF 10pF x.xx n 4.72n
lera typu PIC12F629. Zawiera on zostały zaj�te przez rezonator
100nF 100pF xx.x n 68.3n
w swoim wn�trzu pami�Ę progra- kwarcowy, dlatego konieczne jest
1000nF 1nF xxx n 331n
mu typu Flash o pojemności 1k wykorzystanie wszystkich pozo-
10�F 10nF x.xx u 1.03u
Elektronika Praktyczna 5/2003
28
Cyfrowy miernik pojemności
rezystancji rezystora R3 i potencjo-
metru PR1 oraz dołączonej pojem-
ności Cx i jest wyrałony wzorem:
t = 1,05*(R3+PR1)*Cx. Poniewał re-
zystancja jest stała, to czas trwania
Rys. 2. Format danych wysyłanych do układu SAA1064
impulsu wyjściowego jest zalełny
od dołączonej pojemności (w ten kt�rym zgłasza si� układ SAA1064 bie dynamicznym, a prąd sterują-
spos�b określa si� jej wartośĘ). na magistrali I2C jest r�wny cy poszczeg�lnymi segmentami
Do sterowania wyświetlaczami 0 1 1 1 0 A1 A0 0 i mołe byĘ zmie- wynosi 6 mA. Taka wartośĘ prądu
zastosowano specjalizowany układ niony w przypadku pracy kilku sterującego jest wystarczająca,
typu SAA1064, kt�ry mołe stero- takich samych układ�w na jednej gdył zastosowane wyświetlacze są
waĘ dwoma lub czterema wyświet- magistrali. Istnieje mołliwośĘ zmia- niewielkie, a odczyt jest wykony-
laczami. Przy wsp�łpracy z dwo- ny dw�ch bit�w adresu oznaczo- wany z małej odległości.
ma wyświetlaczami jeden wyświet- nych jako: A0 i A1. WartośĘ tych Po ustawieniu trybu pracy
lacz jest podłączany do wyjśĘ bit�w jest określana poprzez war- układu SAA1064 mołna wpisaĘ
P1...P8, a drugi do wyjśĘ P9...P16. tośĘ napi�cia podanego na wejście odpowiednie wartości do poszcze-
Wyświetlacze muszą byĘ typu ze ADR. Wartości napi�cia podanych g�lnych rejestr�w cyfr. Wpisywa-
wsp�lną anodą i anody te są do- na to wejście i odpowiadające mu ne dane muszą byĘ wcześniej
łączone do plusa napi�cia zasila- wartości bit�w A0 i A1 są przed- przekształcone na kod wyświetla-
nia. Przy wsp�łpracy z czterema stawione w tab. 2. cza siedmiosegmentowego.
wyświetlaczami konieczne jest ich Sterowanie układem SAA1064 W przedstawionym układzie wy-
sterowanie w spos�b multiplekso- polega na wpisaniu do jego re- świetlacze są dołączone inaczej
wy. W tym trybie w danej chwili jestru konfiguracyjnego wartości nił jest to sugerowane przez
świecą tylko dwa wyświetlacze określającej wymagany tryb pracy, producenta: inne jest przyporząd-
załączone przez jeden z tranzysto- a nast�pnie wpisanie wartości od- kowanie poszczeg�lnych cyfr do
r�w, nast�pnie te wyświetlacze są powiedniej dla kałdego wyświet- rejestr�w układu SAA1064. R�ł-
wygaszane i nast�puje świecenie lacza. Format danych wysyłanych nica polega na tym, łe dane z re-
drugiej pary wyświetlaczy. Przełą- do układu SAA1064 przedstawio- jestru cyfry 1 są wyświetlane na
czanie pomi�dzy wyświetlaczami no na rys. 2. wyświetlaczu DP1, z rejestru cyfry
jest wykonywane tak szybko, łe Transmisja jest inicjowana 3 na wyświetlaczu DP2, z rejestru
widoczne jest jednoczesne świece- przez podanie adresu układu, na- cyfry 2 na wyświetlaczu DP3,
nie wszystkich wyświetlaczy. Pra- st�pnie podawany jest adres we- a z rejestru cyfry 4 na wyświetla-
ca wewn�trznego układu sterujące- wn�trznego rejestru, do kt�rego czu DP4. Nie wpływa to na prac�
go wyświetlaniem danych na wy- mają byĘ zapisane dane, a w dal- układu SAA1064, a wymaga jedy-
świetlaczu jest wykonywana szej kolejności mogą byĘ zapisy- nie innego sterowania przez pro-
w oparciu o wewn�trzny generator wane dane do kolejnych rejest- cesor.
wsp�łpracujący z zewn�trznym r�w. Po wpisie danych do rejestru Procedury odpowiedzialne za
kondensatorem C8 i to od jego zawartośĘ licznika adresowego zo- wysyłanie danych do układu SA-
wartości zaleły cz�stotliwośĘ pra- staje zwi�kszona o jeden i mołna A1064 przedstawiono na list. 1.
cy wewn�trznego multipleksera, podaĘ dane przeznaczone do ko- Obsługa układu SAA1064 jest
a tym samym cz�stotliwośĘ prze- lejnego rejestru, bez konieczności wykonywana za pomocą dw�ch
łączania wyświetlaczy. Dodatkowo kałdorazowego podawania adresu procedur. Procedura pierwsza słuły
mołna regulowaĘ nat�łenie prądu konkretnego rejestru. do zapisu trybu pracy do rejestru
płynącego przez diody wyświetla- Takie rozwiązanie umołliwia konfiguracyjnego. Przy wywołaniu
cza. Wyświetlacze mogą byĘ zasi- jednoczesny zapis danych do
lane prądem o wartości 3 mA, wszystkich rejestr�w lub tylko do
Tab. 2. Zakres napięcia podanego
6 mA i 12 mA. WartośĘ nat�łenia jednego wybranego.
na wejście ADR i odpowiadająca mu
prądu jest określana poprzez wpis Wartości rejestru adresu oraz wartość adresu układu SAA1064
do rejestru sterującego układu. odpowiadające mu rejestry są
Adres Napięcie na wejS
ciu ADR
Adres Napięcie na wejS
ciu ADR
Adres Napięcie na wejS
ciu ADR
Adres Napięcie na wejS
ciu ADR
Adres Napięcie na wejS
ciu ADR
Najwałniejszą zaletą układu przedstawione w tab. 3. Poniewał
A1 A0 Minimum Typowo Maksimum
A1 A0 Minimum Typowo Maksimum
A1 A0 Minimum Typowo Maksimum
A1 A0 Minimum Typowo Maksimum
A1 A0 Minimum Typowo Maksimum
SAA1064 jest łatwośĘ jego stero- w układzie SAA1064 znajduje si�
0 0 GND - 3/16VCC
wania przez układ zewn�trzny, tylko pi�Ę rejestr�w, do ustalenia
0 1 5/16VCC 3/8VCC 7/16VCC
gdył interfejs komunikacyjny to konkretnego numeru brane są tyl-
1 0 9/16VCC 5/8VCC 11/16VCC
I2C i do sterowania wymagane są ko trzy bity: SA, SB, SC.
1 1 13/16VCC - VCC
tylko dwa wyprowadzenia. Fakt Rejestr kontrolny, znajdujący
ten jest bardzo istotny w przedsta- si� pod adresem �0�, słuły do
Tab. 3. Adresy poszczególnych
wionym układzie, gdył zastosowa- ustalenia trybu pracy układu
rejestrów
ny mikrokontroler ma małą liczb� SAA1064 - znaczenie poszczeg�l-
SC SB SA Adres Rejestr
SC SB SA Adres Rejestr
SC SB SA Adres Rejestr
SC SB SA Adres Rejestr
SC SB SA Adres Rejestr
wyprowadze�. Obsługa wyświet- nych bit�w tego rejestru jest
0 0 0 0 Kontrolny
lacza przez procesor ogranicza si� przedstawione w tab. 4.
0 0 1 1 Cyfra 1
tylko do wpisania danych, a po- W mierniku do rejestru kont-
0 1 0 2 Cyfra 2
zostały czas procesor mołe po- rolnego wpisywana jest wartośĘ
świ�ciĘ na wykonywanie innych 00100111, co oznacza, łe sterowa- 0 1 1 3 Cyfra 3
zada�. Podstawowy adres, pod ne są cztery wyświetlacze w try- 1 0 0 4 Cyfra 4
Elektronika Praktyczna 5/2003
29
Cyfrowy miernik pojemności
Tab. 4. Funkcje poszczególnych List. 1. Procedury służące do komunikacji procesora z układem SAA1064
//************************************************************************//
bitów rejestru kontrolnego układu
//Definicja stalych
SAA1064 #define SAA1064_adres_wr 0b01110000 //adres zapisu danych, jesli A0=0, A1=0
#define SAA1064_adres_re 0b01110001 //adres odczytu danych jesli A0=0, A1=0
C0 C0=0 Praca statyczna z dwoma #define digit2_3m 0b00010110 //2 wyswietlacze I=3mA
#define digit2_6m 0b00100110 //2 wyswietlacze I=6mA
wyS
wietlaczami
#define digit2_12m 0b01000110 //2 wyswietlacze I=12mA
#define digit4_3m 0b00010111 //4 wyswietlacze I=3mA
C0=1 Praca dynamiczna z czterema
#define digit4_6m 0b00100111 //4 wyswietlacze I=6mA
#define digit4_12m 0b01000111 //4 wyswietlacze I=12mA
wyS
wietlaczami
//************************************************************************//
C1 C1=0 WyS
wietlacze nr 1 i 3 wygaszone
// Zapisuje konfiguracje do SAA1064 //
//************************************************************************//
C1=1 WyS
wietlacze nr 1 i 3 włączone
SAA1064_write_control(int control)
{
C2 C2=0 WyS
wietlacze nr 2 i 4 wygaszone
I2C_start(); //start transmisji I2C
C2=1 WyS
wietlacze nr 2 i 4 włączone I2C_write(SAA1064_adres_wr); //zapis adresu układu SAA1064
I2C_write(0); //podanie sub-adresu = 0, bo to zapis konfiguracji
C3 C3=1 Test, wszystkie wyS
wietlacze I2C_write(control); //zapis wartości do rejestru konfiguracyjnego
I2C_stop(); //koniec transmisji I2C
zapalone
}
//************************************************************************//
C4 C4=1 Sterowanie prądem 3 mA
//************************************************************************//
// Zapisuje dane na wyswietlaczu o numerze podanym w numer //
C5 C5=1 Sterowanie prądem 6 mA
//************************************************************************//
SAA1064_write_digit(int numer, int dig)
C6 C6=1 Sterowanie prądem 12 mA
{
I2C_start(); //start transmisji I2C
C7 - Nieużywany
I2C_write(SAA1064_adres_wr); //zapis adresu układu SAA1064
I2C_write(numer); //zapis numery cyfry, której dotyczy wpis (1...4)
I2C_write(dig); //zapis wartości do rejestru podanego wczesniej
I2C_stop(); //koniec transmisji I2C
tej procedury naleły podaĘ jako
}
//************************************************************************//
parametr liczb� wyświetlaczy oraz
ich prąd sterowania. Wartości
parametr�w dla poszczeg�lnych try- w przypadku bł�dnie dołączonego dania impulsu o poziomie niskim
b�w pracy są zdefiniowane na napi�cia zasilania, zastosowano na wejście TRIGGER. Impuls ten
początku listingu (polecenie wyko- diod� prostowniczą D1. powoduje zmian� stanu przerzut-
nywane w mierniku ma postaĘ: nika, a w konsekwencji pojawie-
SAA1064_write_control(digit4_6m). Metoda pomiaru nia si� na wyjściu OUTPUT po-
Zapis danych do konkretnego wy- pojemności ziomu wysokiego oraz zablokowa-
świetlacza wykonuje druga proce- Zastosowana metoda pomiaru nie tranzystora wyjściowego. Za-
dura. Przy wywoływaniu tej pro- pojemności polega na pomiarze blokowanie tranzystora wyjścio-
cedury naleły podaĘ numer wy- czasu trwania impulsu generowa- wego spowoduje, łe dołączona
świetlacza oraz wartośĘ, jaka ma nego przez przerzutnik monosta- pojemnośĘ b�dzie ładowana przez
byĘ na nim wyświetlona. Numer bilny ICM7555 o budowie wewn�t- rezystor R3 i potencjometr PR1.
wyświetlacza musi zawieraĘ si� rznej przedstawionej na rys. 3. Proces ten b�dzie trwał do mo-
w przedziale 1...4, a dana mołe byĘ Pomiar jest przeprowadzany mentu osiągni�cia na badanym
dowolną wartością jednobajtową. nast�pująco: w stanie spoczynko- kondensatorze napi�cie r�wnego
Aby jednak na wyświetlaczu były wym na wyjściu OUTPUT panuje 2/3 napi�cia zasilania. Kontrola
wyświetlane cyfry, podana dana poziom niski wymuszony stanem wartości tego napi�cia jest prze-
musi byĘ tak dobrana, aby powo- przerzutnika zbudowanego z bra- prowadzana przez komparator A,
dowała zapalenie odpowiednich mek. Taki poziom powoduje r�w- gdył jego wejście TRH (THRES-
segment�w wyświetlacza. nieł wysterowanie tranzystora HOLD) jest połączone z biegunem
Do stabilizowania napi�cia za- wyjściowego, co wymusza na wyj- badanego kondensatora. Po osiąg-
silania całego układu miernika ściu DIS (DISCHARGE) poziom ni�ciu wymaganej wartości napi�-
zastosowano monolityczny stabili- niski. Poniewał do tego wypro- cia nast�puje zmiana stanu prze-
zator typu LM7805, a kondensato- wadzenia jest dołączany badany rzutnika i proces ładowania kon-
ry C1...C4 dodatkowo filtrują to kondensator, to zostaje on rozła- densatora zostaje zatrzymany,
napi�cie. Aby zabezpieczyĘ cały dowany. Rozpocz�cie cyklu po- a wyjście OUT (OUTPUT) ponow-
układ przed uszkodzeniem miarowego rozpoczyna si� od po- nie przyjmie poziom niski. Po
odpowiednim skalibrowaniu war-
tości rezystancji R3 i PR1 czas
trwania generowanego impulsu
odpowiada 1 �s dla pojem-
ności 1 pF. Taka zalełnośĘ znacz-
nie ułatwia obliczanie wartości
pojemnośĘ przez procesor.
Fragment programowej realiza-
cji procedury pomiaru czasu trwa-
nia impulsu generowanego przez
układ ICM7555 jest przedstawiony
na list. 2. Pomiar czasu jest
wykonywany za pomocą wewn�t-
rznego licznika Tmr1, kt�ry jest
skonfigurowany do zliczania im-
puls�w z wewn�trznego oscylatora
zegarowego (f=fosc/4). Licznik ten
Rys. 3. Budowa wewnętrzna układu ICM7555
Elektronika Praktyczna 5/2003
30
Cyfrowy miernik pojemności
10 �F =1 pF*107=10000000 pF
List. 2. Fragment procedury pomiaru i wyświetlania pojemności
//****************************************************************************************// 10000000 pF = 10000000*1 �s
// Procedura pomiaru i wyświetlania pojemności
1 pF = 1 �s -> 1 �s=5*200 ns
//
//****************************************************************************************//
10000000 �s = 10000000*5 = 50000000
get_c()
{int i;
10 �F = 50000000
bit_clear(t1con,0); //zatrzymaj licznik tmr1
tmr1l=0; //wyzeruj rejestry licznika Tmr1
Jak widaĘ, pojemnośĘ zastoso-
tmr1h=0;
c_high=0; //wyzeruj pomocniczą komórkę licznika czasu
wanego licznika znacznie przewy-
enable=0; //wyzwolenie impulsu ICM7555
enable=1;
łsza wymaganą wartośĘ maksymal-
bit_set(t1con,0); //włącz licznik tmr1
while(tin) //dopóki na wejściu tin stan wysoki, to licz impulsy
ną. Pomiar rozpoczyna si� od
{ //OUT=1
if(tmr1i) //jeśli przepełnienie tmr1, to zwiększ c_high
zatrzymania licznika Tmr1, nast�p-
{
tmr1i=0; nie zerowane są rejestry licznika
c_high++;
} Tmr1 (tmr1l, tmr1h) oraz zmienna
}
c_high. Nast�pnie na wejście TR
bit_clear(t1con,0); //zatrzymaj tmr1
c_low=make16(tmr1h,tmr1l); //zapisz rejestry licznika Tmr1 to c_low
(TRIGGER) układu ICM7555 jest
c_var=make32(c_high,c_low); //zapisz c_low i c_high do c_var, tworzy liczbę 32-bitową
c_var/=5; //wynik trzeba podzielić/5, aby wartość odpowiadała us
podawany kr�tki impuls powodu-
if(c_var<18) c_var=0; //należy odjąć 18, aby bez pojemności wynik był =0
else c_var-=18; //jeśli bez pojemności wynik jest mniejszy od 18, to wpisz 0
jący rozpocz�cie ładowania kon-
if(c_var>999999) //jeśli 1000000 lub więcej, to wynik w uF - max 9.99uF
densatora, kt�rego pojemnośĘ mie-
{
c_var/=10000; //podziel 10000, aby były tylko trzy znaczące cyfry
rzymy. Jednocześnie wyjście OUT
//procedura wyświetlająca c_var w formie dziesiętnej na trzech cyfrach
zmieni sw�j poziom na wysoki,
//dodatkowo zostanie zapalona kropka na wyświetlaczu nr 1
//a na wyświetlaczu czwartym zostanie wyświetlony znak  u
a w procesorze zostanie włączony
}
else if(c_var>99999) //jeśli 100000 lub więcej, to zakres wynik w nF-max 999nF licznik Tmr1. Rozpocz�ty w ten
{
spos�b cykl pomiarowy b�dzie
c_var/=1000; //podziel, aby wynik był trzycyfrowy
trwał do momentu powrotu wyj-
//procedura wyświetlająca c_var w formie dziesiętnej na trzech cyfrach
//kropka nie zostanie zapalona na żadnym wyświetlaczu
ścia OUT układu US2 do poziomu
//a na wyświetlaczu czwartym zostanie wyświetlony znak  n
}
niskiego. B�dzie on spowodowany
else if(c_var>9999) //jeśli wynik 10000 lub więcej, to zakres nF - max 99,9nF
{
osiągni�ciem na badanym konden-
c_var/=100; //podziel, aby wynik był trzycyfrowy
satorze wymaganej wartości napi�-
//procedura wyświetlająca c_var w formie dziesiętnej na trzech cyfrach
//dodatkowo zostanie zapalona kropka na wyświetlaczu nr 2
cia. Nast�pnie zatrzymany zostanie
//a na wyświetlaczu czwartym zostanie wyświetlony znak  n
}
licznik Tmr1, a zawartośĘ jego
else if(c_var>999) //jeśli wynik 1000 lub więcej, to zakres nF- max 9,99nF
{ dw�ch rejestr�w tmr1l i tmr1h
c_var/=10; //podziel, aby wynik był trzycyfrowy
zostanie przepisana do 16-bitowej
//procedura wyświetlająca c_var w formie dziesiętnej na trzech cyfrach
zmiennej c_low. Zmienna ta, wraz
//dodatkowo zostanie zapalona kropka na wyświetlaczu nr12
//a na wyświetlaczu czwartym zostanie wyświetlony znak  n
ze zmienną c_high, zostanie prze-
}
else //jeśli wynik mniejszy niż 1000, to zakres pF- max 999pF
tworzona na zmienną 32-bitową
{
//procedura wyświetlająca c_var w formie dziesiętnej na trzech cyfrach
c_var. W zmiennej tej znajduje si�
//kropka nie zostanie zapalona na żadnym wyświetlaczu
//a na wyświetlaczu czwartym zostanie wyświetlony znak  P
całkowita liczba zliczonych impul-
}
}
s�w podczas cyklu pomiarowego.
Zliczona liczba impuls�w odpo-
ma pojemnośĘ r�wną 16bit�w kowy licznik 16-bitowy c_high. wiada liczbie 200 ns odcink�w
i umołliwia zliczenie maksymal- ZawartośĘ tego licznika jest zwi�k- czasu, dlatego aby przetworzyĘ t�
nie 65535 impuls�w, co przy szana po kałdym przepełnieniu wartośĘ na pojemnośĘ, naleły po-
cz�stotliwości taktowania proceso- licznika Tmr1. W ten spos�b zo- dzieliĘ ją przez pi�Ę. Tak uzyska-
ra r�wnej 20 MHz pozwala na stał utworzony 32-bitowy licznik ny wynik naleły jeszcze skorygo-
odmierzenie czasu r�wnego zliczający odcinki czasu r�wne waĘ o czas reakcji układu ICM7555
65535*200 ns = 13,107 ms. Po- 200 ns o pojemności r�wnej 232 na impuls wyzwalający. Po wyko-
niewał mierzony czas jest wprost (odpowiada to maksymalnej war- naniu wszystkich zabieg�w obli-
proporcjonalny do pojemności, to tości 4294967296). Dla maksymal- czeniowych, w zmiennej c_var
maksymalna wartośĘ mierzonej nej wartości mierzonej pojemności znajduje si� wartośĘ odpowiadają-
pojemności wynosiłaby około 13 przez miernik wymagana pojem- ca wartości zmierzonej pojemnoś-
nF. Aby zwi�kszyĘ zakres pomia- nośĘ licznika jest r�wna 50000000. ci. Ze wzgl�du na trzycyfrową
rowy, został wprowadzony dodat- WartośĘ ta wynika z zalełności: rozdzielczośĘ wyświetlania pojem-
Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na płytce miernika pojemności
Elektronika Praktyczna 5/2003
31
Cyfrowy miernik pojemności
montowany od strony lutowania
Tab. 5. Wartości dzielnika
WYKAZ ELEMENTÓW
i naleły wlutowaĘ go bezpośred-
korygującego zmierzone wartości,
Rezystory
aby były wyświetlane jako liczby nio w płytk�, gdył zastosowanie
R1, R2: 10k&! 1205
trzycyfrowe podstawki spowoduje, łe cała
R3: 1M&! 1205
płytka nie zmieści si� do obudo-
WartoS
ć zmiennej Dzielnik Zakres
WartoS
ć zmiennej Dzielnik Zakres
WartoS
ć zmiennej Dzielnik Zakres
WartoS
ć zmiennej Dzielnik Zakres
WartoS
ć zmiennej Dzielnik Zakres
PR1: potencjometr wieloobrotowy
c_var pomiarowy
c_var pomiarowy
c_var pomiarowy
c_var pomiarowy
c_var pomiarowy
wy. W kolejnym etapie naleły
Helitrim 470k&!
wlutowaĘ układ ICM7555 od stro-
c_var>999999 10000 1,00�F...9,99�F
Kondensatory
ny element�w, a nast�pnie proce-
999999>c_var>99999 1000 1nF...999nF
C1: 22�F/10V 6532
sor US1 od strony lutowania. Po
99999>c_var>9999 100 100pF...99,9nF
C2: 100nF
wlutowaniu układ�w scalonych
9999>c_var>999 10 10pF...9,99nF
C3: 100�F/16V
US1...US3 mołna przyjśĘ do mon-
c_var<999 1 1pF...999pF
C4: 100nF
tału pozostałych element�w. Tran-
C5, C6: 27pF 1205
ności, mierzone wartości naleły zystory T1 i T2 oraz stabilizator
korygowaĘ i ustalaĘ odpowiedni US4 i kondensator C3 naleły za- C7: 100nF 1205
zakres pomiarowy, aby wynik był montowaĘ na lełąco. Rezonator C8: 2,7nF 1205
zawsze trzycyfrowy. Korekcja po- kwarcowy naleły r�wnieł zamon- C9: 100nF 1205
lega na dzieleniu tej wartości towaĘ na lełąco od strony ele- Półprzewodniki
w taki spos�b, aby ko�cowa war- ment�w. Punkt lutowniczy znaj- D1: 1N4007
tośĘ nie była wi�ksza nił 999. dujący si� przy rezonatorze kwar-
T1, T2: BC547
WartośĘ dzielnika dla poszczeg�l- cowym jest wyprowadzeniem ma-
US1: PIC12F629 SO8 zaprogramo-
nych zakres�w pomiarowych i za- sy badanego kondensatora i nale- wany
kresy pomiarowe przedstawiono ły dołączyĘ do niego odcinek
US2: ICM7555 SO8
w tab. 5. Po odpowiednim prze- przewodu, najlepiej zako�czonego
US3: SAA1064
tworzeniu wartośĘ ko�cowa zosta- wtykiem szpilkowym umołliwia-
US4: LM7805
je wyświetlona na wyświetlaczu. jącym precyzyjne dołączenie tej
Różne
masy do badanego kondensatora.
DP1...DP4: wyświetlacz 9mm
Montał i uruchomienie Natomiast do punktu lutownicze-
czerwony TDSO1153
Miernik pojemności został go połączonego z układem
X1: rezonator kwarcowy 20MHz
zmontowany na płytce dwustron- ICM7555 naleły przylutowaĘ dwu-
CON1: goldpin 1x2 męski kątowy
nej, o wymiarach dopasowanych centymetrowy odcinek drutu
CON2: goldpin 1x4 żeński-
do obudowy serii TS typu sonda. o średnicy około 1 mm - drut ten
precyzyjny
Rozmieszczenie element�w na naleły na ko�cu zaostrzyĘ, aby
Obudowa sondy typu TS
płytce jest przedstawione na rys. było mołliwe dołączenie tak wy-
o wymiarach 180x25x15
4. Ze wzgl�du na niewielkie konanego czujnika sondy do do- (www.cyfronika.com.pl)
wymiary płytki, konieczny stał si� wolnego kondensatora SMD.
montał po obu stronach płytki Po zmontowaniu układu moł- lerancji. Kondensator naleły dołą-
(niekt�re elementy są w obudo- na przejśĘ do jego uruchomienia czyĘ do złącza pomiarowego CON1,
wach SMD). i wyskalowania miernika. W tym a potencjometrem PR1 naleły tak
Montał element�w naleły roz- celu do złącza CON2 naleły do- regulowaĘ, aby na wyświetlaczu
począĘ od wyświetlaczy DP1...DP4 łączyĘ napi�cie zasilania o war- była wyświetlana wartośĘ przyłoło-
- są one montowane od strony tości około 9 V i maksymalnym nej pojemności.
�element�w�. Nast�pnie naleły za- prądzie obciąłenia 200 mA. Po tak przeprowadzonej kalib-
montowaĘ układ US3 - jest on Po włączeniu zasilania procesor racji miernik pojemności jest go-
rozpocznie pomiar i wyświetlanie towy do pracy.
wartości mierzonej pojemności. Gdy Jak wcześniej wspomniano, wy-
do złącza pomiarowego nie b�dzie nik pomiaru jest przedstawiany
dołączony ładen kondensator, to na trzech cyfrach, a na czwartej
na wyświetlaczu pojawi si� napis mnołnik (piko, nano, mikro). Ze
�0P�. Wyświetlanie tylko jednego wzgl�du na to, łe informacja
zera podanej wartości jest spowo- o mnołniku mierzonej wielkości
dowane tym, łe procesor automa- jest przedstawiana na wyświetla-
tycznie usuwa nieznaczące zera. czu siedmiosegmentowym, to for-
Przed rozpocz�ciem ułytkowania ma opis�w jest uproszczona. Przy-
miernika naleły go wyskalowaĘ. kładowe wyświetlanie przez mier-
Dolna granica pojemności (zerowa- nik wartości zmierzonej pojem-
nie) jest ustalana automatycznie ności przedstawiono na rys. 5.
przez procesor i nie wymaga ład- Krzysztof Pławsiuk, AVT
nych regulacji, natomiast g�rną [e-mail]
granic� zakresu pomiarowego nale-
ły ustawiĘ za pomocą potencjomet- Wzory płytek drukowanych w for-
ru wieloobrotowego PR1. Do ska- macie PDF są dost�pne w Internecie
librowania miernika b�dzie po- pod adresem: http://www.ep.com.pl/
Rys. 5. Przykładowy format
trzebny kondensator o pojemności ?pdf/maj03.htm oraz na płycie
wyświetlania wartości mierzonej
r�wnej 1 �F i jak najmniejszej to- CD-EP5/2003B w katalogu PCB.
pojemności.
Elektronika Praktyczna 5/2003
32