基于AVR的“三电”测量仪表设计

这个电路不同国家和地区很多人制作过，测量精度高，测量范围大，有用不同语言写的程序，本人作了一个BASCOM-AVR版本的，并增加了对电解电容器测量。
电感测量范围：0.1μH~2H
电容测量范围：1pF~2.5μF
电解电容测量范围：0.1μF~30000μF
一、电容、电感测量原理：
电路是一个由LM393（U3A）组成的LC振荡器。由单片机测量LC震荡回路的频率F1，然后控制继电器K2将标准电容C2与C1并联，测出振荡器频率F2，再用下列式子计算出电容C1电感L1的值。

这里电容器C2的容量的精确程度，基本上决定了整个测量过程的精度。应该选用稳定性好精度高的电容器，这个制作选用了1800pF的云母电容器。
上述过程可称作为一个校准过程，由M8控制每次开机时自动完成。开机后延时1500ms，测量由U1A、L1、C1组成振荡器频率F1；Portd.3 = 0，K2吸合，C2接入延时1500ms，测量振荡器频率F2，Portd.3 = 1，K2断开。M8计算C1、L1完成后按S1进入电容Cx的测量状态。
电容Cx、电感Lx的值，分别用下列式子计算：

二、电解电容测量原理：
电解电容的测量是基于对RC电路的时间常数的计算，由脉冲电路原理可知，电容的充电速度与R和C的大小有关，R与C的乘积越大，过渡时间就越长。这个RC的乘积就叫做RC电路的时间常数τ，即τ=R∙C。若R的单位用欧姆，C的单位用法拉，则τ的单位为秒。

图示曲线可以得到充电过程的一般规律：Uc是按指数规律上升的，Uc开始变化较快，以后逐渐减慢，并缓慢地趋近其最终值，当t=τ时，Uc=0.632E；本测量仪就是利用单片机测量Uc=0到0.632E这段时间，用下列式子计算计算被测电容值：

电路由比较器U3B,放电晶体管Q等组成。设定比较器正输入端为Uc，（Uc=0.632E=0.632⋅5=3.16V，调节RP1获得），反向输入端接被测电容CEx，当D端为高电平时,Q导通电路处于放电状态,这时CEx被放电，比较器U3B输出高电平。当D为低电平时Q截止电容CEx通过R9（R10）充电,CEx两端电压逐步升高,当CEx两端电压>Uc时,比较器U3B输出低电平，产生INT0中断（INT0中断设置为下降沿触发）,中断服务程序读取定时器值，并计算、显示CEx的值。然后置位PD6为高电平,Q导通,CEx放电，延时100mS是为了保证CEx充分放电，中断返回开始下一个测量周期。为了提高测量精度电解电容测量分两档，由继电器K2切换，R9接入时测量0.1μF~500μF电容，R10接入时测量500μF~20000μF电容。R9（R10）的精度和电压Uc的精度基本上决定了测量结果精度。
这个设计原本加入了一个电解电容漏电流测试功能，由于测量时间太长而放弃，图中的R13、R9（R10）与adc0等组成漏电流测量电路。