原标题：「电路DIY」基于PIC单片机的高精度LC表设计方案

基于PIC16F628A+LM311振荡器+LM7805稳压器的高精度LC表设计方案

一、方案概述

高精度LC表是一种用于测量电感（L）和电容（C）参数的仪器，在电子设计、维修及教学实验中具有广泛应用。本方案利用PIC16F628A单片机、LM311比较器组成振荡器，并结合LM7805稳压器提供稳定电源，实现了高精度、低成本的LC测量。

二、系统设计架构

1. 系统组成

本LC表设计包括以下几个模块：

• 主控模块：以PIC16F628A单片机为核心，负责信号处理、频率计算和结果显示；

• 振荡器模块：基于LM311比较器构成的振荡器用于生成与电感、电容相关的频率信号；

• 稳压模块：使用LM7805稳压芯片提供稳定的5V电源；

• 显示模块：通过LCD1602显示测量结果；

• 电源模块：提供9V输入电压，供系统正常运行；

三、关键元器件分析

1. 主控芯片：PIC16F628A

型号简介：PIC16F628A是Microchip公司推出的8位单片机，具有如下特点：

• 存储资源：2KB Flash程序存储器、224字节RAM和128字节EEPROM；

• I/O引脚：16个I/O引脚，支持模拟和数字信号输入输出；

• 通信接口：集成USART模块；

• 定时/计数功能：2个定时器，支持精确的频率测量；

• 振荡器模块：支持内置和外部振荡器，最高频率为20MHz；

• 工作电压：2.0V至5.5V；

在设计中的作用：

• 频率测量：利用定时器捕获输入频率信号，实现精准频率测量；

• 数据处理：通过编程计算频率与电感、电容值的关系；

• 结果显示：通过I/O端口控制LCD显示测量结果；

• 用户交互：根据按键输入切换测量模式（L或C测量）。

2. 比较器：LM311

型号简介：LM311是高性能单通道运算比较器，主要特点包括：

• 宽电源电压范围（+3V至±15V）；

• 快速响应时间；

• 兼容TTL和CMOS逻辑电平；

在设计中的作用：

• 振荡器核心：LM311用于构建LC振荡器，通过反馈电路生成与被测LC元件相关的振荡频率；

• 信号输出：输出标准的方波信号，便于单片机计数。

3. 稳压器：LM7805

型号简介：LM7805是常见的线性稳压器，特点包括：

• 输出电压稳定在5V；

• 最大输出电流1A；

• 内置过热和短路保护功能；

在设计中的作用：

• 提供稳定的5V直流电源，确保单片机和其他器件稳定工作；

• 减少电源噪声对测量精度的影响。

四、电路设计

1. 主控电路

• PIC16F628A的引脚配置如下：

• RA4/T0CKI接振荡器的输出信号，用于频率测量；

• RB0~RB7连接LCD1602显示屏的数据端口；

• RA0和RA1连接用户按键，用于选择测量模式；

• 外部晶振使用4MHz石英晶体和两个22pF电容。

2. 振荡器电路

基于LM311构建LC振荡器：

• LC振荡回路由被测元件（电感或电容）和已知的参考元件组成；

• LM311的非反相输入接LC振荡回路输出，反相输入接参考电压；

• 比较器输出通过反馈电路实现自激振荡，频率由LC回路决定：$$f=\frac{1}{2\pi \sqrt{L\cdot C}}$$

3. 稳压电路

电源模块采用LM7805稳压芯片：

• 输入端接9V电池或适配器；

• 输出端提供5V直流电源，连接单片机、振荡器和显示模块。

4. 显示电路

LCD1602显示屏通过并行接口与PIC16F628A连接，显示实时测量结果。

五、软件设计

1. 主程序框架

#include <pic.h>

// 系统初始化
void init_system() {
    // 初始化定时器、I/O端口、LCD
    // 配置捕获模块
}

// 主程序
void main() {
    init_system();
    while (1) {
        if (button_pressed()) {
            measure_lc();  // 测量LC值
        }
    }
}

2. 频率测量

利用PIC16F628A的定时器捕获振荡器输出信号的频率：

unsigned long measure_frequency() {
    unsigned int timer_count = 0;
    TMR1 = 0;              // 清空定时器
    TMR1ON = 1;            // 开启定时器
    __delay_ms(1000);      // 延时1秒
    TMR1ON = 0;            // 停止定时器
    timer_count = TMR1;    // 获取计数值
    return (unsigned long)timer_count;  // 返回频率值
}

3. 电感和电容值计算

根据公式：

$$L = frac{1}{(2pi f)^2 cdot C_{ ext{ref}}}$$L=(2πf)2⋅Cref1$$C = frac{1}{(2pi f)^2 cdot L_{ ext{ref}}}$$C=(2πf)2⋅Lref1

程序中计算LC值：

void calculate_lc() {
    unsigned long freq = measure_frequency();
    if (mode == L_MODE) {
        L_value = 1 / (4 * PI * PI * freq * freq * C_REF);
    } else if (mode == C_MODE) {
        C_value = 1 / (4 * PI * PI * freq * freq * L_REF);
    }
}

4. 显示结果

通过LCD1602显示测量结果：

void display_result() {
    lcd_clear();    if (mode == L_MODE) {
        lcd_print("L = ");
        lcd_print_float(L_value);
    } else if (mode == C_MODE) {
        lcd_print("C = ");
        lcd_print_float(C_value);
    }
}

六、方案特点与优势

1. 高性价比：使用成本较低的PIC16F628A和LM311实现了高精度测量；

2. 精度高：基于频率测量方法，受外界干扰小，结果可靠；

3. 易于扩展：可通过更改参考元件扩展测量范围；

4. 低功耗：适合便携式设备设计；

5. 简单易用：通过按键选择模式，LCD直观显示结果。

七、应用场景

该设计适用于电子元件生产检测、实验教学及电子维修场景。尤其在需要快速、便捷测量LC参数的场合，具有广泛应用前景。

八、总结

基于PIC16F628A、LM311振荡器和LM7805稳压器的LC表设计实现了高精度、低成本的元件参数测量。在实际应用中，可进一步优化振荡器设计和算法，提高测量范围和精度，同时可以加入蓝牙模块等扩展功能，实现无线传输。