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基于STM32的元器件特性测试仪过程

基于STM32的元器件特性测试仪过程

发布时间:2023-08-02

元器件特性测试仪任务要求

通过编程完成对5种以上元器件特性的测量

能够自动识别元器件

在OLED屏幕上通过图形化的界面显示各种元器件的符号及测量得到的信息

实验环境

硬件：STM32G031G8U6核心板、硬禾学堂制作的底板

软件：STM32CubeMX、CLion、STM32CubeProgrammer

实现思路

首先进行一个大致的元器件类型的判断，再精确地测量元器件的各项属性，最后显示在OLED屏幕上

各部分的介绍元器件类型的判断

思路：首先给元器件放电，再轮番给这3pin中的每2pin进行正反地通电，会得到六次结果。将每2pin的结果存储下来，进行排序后根据元器件特性进行判断元器件的类型，初步判断后存下引脚信息并进行参数的测量和屏幕显示，具体参考如图：

代码如下

void QuickCheck（） {

QUICKJUDGE result = {0}; //before compare， the result.sat should be sorted

uint8_t BJTFEA［4］ = “011”; //BJT

uint8_t DioFea［4］ = “001”; //diode/E-MOS

uint8_t ResFea［4］ = “002”; //resistance/inductance/charged capacitance

uint8_t CapFea［4］ = “000”; //capacitance/no element

uint8_t temp; //交换时用于缓存变量

discharge（）;

if （QuickTestBetween2Pin（MiddlePort， HighPort， LowPort））

result.Bmh = 1;

/* 共六组测量，代码省略 */

discharge（）;

if （QuickTestBetween2Pin（LowPort， HighPort， MiddlePort））

result.Blh = 1;

result.Sta［0］ = result.Bmh + result.Bhm + ‘0’;

result.Sta［1］ = result.Bml + result.Blm + ‘0’;

result.Sta［2］ = result.Bhl + result.Blh + ‘0’;

/// Sort the result.sta from little to big

if （result.Sta［0］》 result.Sta［1］）

temp = result.Sta［0］， result.Sta［0］ = result.Sta［1］， result.Sta［1］ = temp;

if （result.Sta［1］》 result.Sta［2］）

temp = result.Sta［1］， result.Sta［1］ = result.Sta［2］， result.Sta［2］ = temp;

if （result.Sta［0］》 result.Sta［2］）

temp = result.Sta［0］， result.Sta［0］ = result.Sta［2］， result.Sta［2］ = temp;

result.Sta［3］ = ‘’;

/// 以下是逐个判断元器件特征是否和已知特征符合

if （strcmp（result.Sta， CapFea） == 0） {

if （IsCap_Check（）） {

ComponentFound = COMPONENT_CAPACITANCE;

Capacitance_Check（*ComponentParam.CAPPARAM.front， *ComponentParam.CAPPARAM.rear）;

Capacitance_Display（ComponentParam）;

} else {

Error_Report（）;

}

} else if （strcmp（result.Sta， DioFea） == 0） {

//TODO:Add emos and diode check

//TODO:Sometimes the caps may be metered as a diode

ComponentFound = COMPONENT_DIODE;

if （result.Bml + result.Blm） {

ComponentParam.DiodeParam.front = &MiddlePort;

ComponentParam.DiodeParam.rear = &LowPort;

} else if （result.Bhm + result.Bmh） {

ComponentParam.DiodeParam.front = &MiddlePort;

ComponentParam.DiodeParam.rear = &HighPort;

} else if （result.Blh + result.Bhl） {

ComponentParam.DiodeParam.front = &LowPort;

ComponentParam.DiodeParam.rear = &HighPort;

}

Diode_Check（*ComponentParam.DiodeParam.front， *ComponentParam.DiodeParam.rear）;

Diode_Display（ComponentParam）;

} else if （strcmp（result.Sta， ResFea） == 0） {

uint8_t ret = 0;

if （result.Bml + result.Blm） {

ret = IsIndOrRes_Check_Between2Pin（MiddlePort， LowPort， HighPort）;

ComponentParam.RESPARAM.front = &MiddlePort;

ComponentParam.RESPARAM.rear = &LowPort;

ComponentParam.INDPARAM.front = &MiddlePort;

ComponentParam.INDPARAM.rear = &LowPort;

} else if （result.Bhm + result.Bmh） {

ret = IsIndOrRes_Check_Between2Pin（HighPort， MiddlePort， LowPort）;

ComponentParam.RESPARAM.front = &MiddlePort;

ComponentParam.RESPARAM.rear = &HighPort;

ComponentParam.INDPARAM.front = &MiddlePort;

ComponentParam.INDPARAM.rear = &HighPort;

} else if （result.Blh + result.Bhl） {

ret = IsIndOrRes_Check_Between2Pin（LowPort， HighPort， MiddlePort）;

ComponentParam.RESPARAM.front = &LowPort;

ComponentParam.RESPARAM.rear = &HighPort;

ComponentParam.INDPARAM.front = &LowPort;

ComponentParam.INDPARAM.rear = &HighPort;

}

if （ret == 1） {

Inductance_Check（*ComponentParam.INDPARAM.front， *ComponentParam.INDPARAM.rear）;

Inductance_Display（ComponentParam）;

} else if （ret == 2） {

Resistance_Check（*ComponentParam.RESPARAM.front， *ComponentParam.RESPARAM.rear）;

Resistance_Display（ComponentParam）;

} else {

Error_Report（）;

}

} else if （strcmp（result.Sta， BJTFEA） == 0） {

ComponentFound = COMPONENT_BJT;

if （result.Bhm + result.Bmh） {

ComponentParam.BJTPARAM.b = &LowPort;

ComponentParam.BJTPARAM.Channel = result.Blm;

} else if （result.Blm + result.Bml） {

ComponentParam.BJTPARAM.b = &HighPort;

ComponentParam.BJTPARAM.Channel = result.Bhl;

} else {

ComponentParam.BJTPARAM.b = &MiddlePort;

ComponentParam.BJTPARAM.Channel = result.Bmh;

}

BJT_Check（）;

BJT_Display（ComponentParam）;

} else {

Error_Report（）;

}

discharge（）;

}

区分电阻和电感

可以给元器件充电后断电，如果检测到下端不为低电平，那就是电感。具体代码如下

/**

* @brief check the element is a inductance or a resistance

* @note firstly，set the fromPin to High and set the toPin to low

* the current direction will like that and the ADC will set here：

* fromPin---element---680r---toPin

* VCC ADC1 GND

* secondly，set the fromPin to Low and set a 470k to protect the io

* the current direction will like that and the ADC will set here：

* fromPin---470k---element---680r---toPin

* GND ADC2 GND

* if it is a inductance the ADC1 and the ADC2 will get a voltage

* while if it is a resistance the ADC1 will get a voltage and the ADC2 will be GND

* @param fromPort

* @param toPort

* @param unusedPort

* @return return 0 if it is no element ，

* return 1 if it is a inductance and

* return 2 if it is a resistance

uint8_t IsIndOrRes_Check_Between2Pin（MEASUREPORT fromPort， MEASUREPORT toPort， MEASUREPORT unusedPort） {

uint16_t adcVol1， adcVol2;

MeasurePort_Init（fromPort， PORT_WITH_NONE， GPIO_PIN_SET）;

MeasurePort_Init（toPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_RESET）;

MeasurePort_Init（unusedPort， PORT_FLOATING， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（toPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， toPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

adcVol1 = GetVol（toPort）;

MeasurePort_Init（fromPort， PORT_WITH_470K， GPIO_PIN_RESET）;

adcVol2 = GetVol（toPort）;

if （（adcVol1 《 ADCZERO） && （adcVol2 《 ADCZERO）） {

return 0;

} else if （adcVol2 《 ADCZERO） {

ComponentParam.INDPARAM.front = &fromPort;

ComponentParam.INDPARAM.rear = &toPort;

return 2;

} else {

ComponentParam.RESPARAM.front = &fromPort;

ComponentParam.RESPARAM.rear = &toPort;

return 1;

}

电阻的测量

电阻的参数主要有电阻值，可通过分压法测量。

首先使用680r电阻，电阻接在上端和下端各测试一次，并计算电阻值。如果电阻阻值过大，可以换用470k电阻。代码如下

/**

* @brief measure the value of resistance

* @note first measure will set as follows：

* FrontPort---resistance---680r---RearPort

* GND ADC VCC

* second measure will set as follows：

* FrontPort---680r---resistance---RearPormt

* GND ADC VCC

* third and forth measure will use the 470k resistance

* to instead the 680r to have a more accurate value

* when the resistance is big.

* @param FrontPort

* @param RearPort

//TODO:the resistance of the ADC may cause some deviations when use the 470k resistance

void Resistance_Check（MEASUREPORT FrontPort， MEASUREPORT RearPort） {

uint16_t adcget［4］;

float res［4］;

MEASUREPORT unusedPort = GetUnusedPort（&FrontPort， &RearPort）;

/// MeasurePort_Init函数用于重新初始化一个pin上的3个引脚至指定电阻和电平。

/// 如使用680r电阻，重新初始化其他两个引脚为浮空高阻，将连接着680r电阻的引脚设为指定电平

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_NONE， GPIO_PIN_RESET）;

MeasurePort_Init（RearPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_SET）;

MeasurePort_Init（unusedPort， PORT_FLOATING， GPIO_PIN_RESET）;

/// 重新初始化ADC引脚。ADC引脚一般为提供电阻的那组引脚中未接电阻的引脚

HAL_GPIO_ReInit（RearPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， RearPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

/// GetVol函数用于测量指定引脚组中未接电阻那个引脚的电压

adcget［0］ = GetVol（RearPort）;

res［0］ = 680 / （3300.0 / adcget［0］ - 1）;

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_RESET）;

MeasurePort_Init（RearPort， PORT_WITH_NONE， GPIO_PIN_SET）;

MeasurePort_Init（unusedPort， PORT_FLOATING， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

adcget［1］ = GetVol（FrontPort）;

res［1］ = 680 / （adcget［1］ / 3300.0） - 680;

if （（res［0］ + res［1］）》 1000） {

/* 与上面的代码类似，仅将680R改为470K电阻，省略 */

}

if （（res［0］ + res［1］）《= 10000） {

ComponentParam.RESPARAM.ResVal = （uint32_t）（res［0］ + res［1］） / 2;

} else if （（res［0］ + res［1］）《= 1000000） {

qsort（res， 4， sizeof（float）， cmpfunc）;

ComponentParam.RESPARAM.ResVal = （uint32_t）（res［1］ + res［2］） / 2;

} else {

ComponentParam.RESPARAM.ResVal = （uint32_t）（res［2］ + res［3］） / 2;

}

电感的测量

电感的测量可以通过充电后测量放电时间来大致计算出电感值

/**

* @brief charge the inductance and discharge it

* @note get the discharge time and then calculate the value of the inductance

* the current direction will like that and the ADC will set here：

* FrontPort---680r---inductance---RearPort

* VCC ADC GND

* after charge， set the FrontPort to low

* the current direction will like that and the ADC will set here：

* FrontPort---680r---inductance---RearPort

* GND ADC GND

* if the discharge speed is too fast， use the 470k to instead and test again.

* @note calculating the value of the inductance is not verified

* @param FrontPort

* @param RearPort

void Inductance_Check（MEASUREPORT FrontPort， MEASUREPORT RearPort） {

uint16_t adcget1， adcget2;

uint16_t time1， time2;

uint16_t i = 0;

MEASUREPORT unusedPort = GetUnusedPort（&FrontPort， &RearPort）;

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_SET）;

MeasurePort_Init（RearPort， PORT_WITH_NONE， GPIO_PIN_RESET）;

MeasurePort_Init（unusedPort， PORT_FLOATING， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

HAL_Delay（100）;

adcget1 = GetVol（FrontPort）;

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

time1 = HAL_GetTick（）;

while （i 《 0xffff） {

adcget2 = GetVol（FrontPort）;

i++;

if （adcget2 《 ADCZERO） {

break;

}

time2 = HAL_GetTick（）;

if （i 《 100） {

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_680， GPIO_PIN_SET）;

MeasurePort_Init（RearPort， PORT_WITH_NONE， GPIO_PIN_RESET）;

MeasurePort_Init（unusedPort， PORT_FLOATING， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

HAL_Delay（100）;

adcget1 = GetVol（FrontPort）;

MeasurePort_Init（FrontPort， PORT_WITH_470K， GPIO_PIN_RESET）;

HAL_GPIO_ReInit（FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIOx， FrontPort.PIN_WITH_NONE.GPIO_Pin， GPIO_MODE_ANALOG）;

time1 = HAL_GetTick（）;

while （i 《 0xffff） {

adcget2 = GetVol（FrontPort）;

i++;

if （adcget2 《 ADCZERO） {

break;

}

time2 = HAL_GetTick（）;

ComponentParam.INDPARAM.IndVal = （time2 - time1） / （470000 * log（adcget1 / （float） adcget2）） / 1000;

} else {

ComponentParam.INDPARAM.IndVal = （time2 - time1） / （680 * log（adcget1 / （float） adcget2）） / 1000;

}

电容的测量

和电感类似，充电后放电，计算放电的时间。

需要注意的是这边似乎可能会对有极性的电容进行了反向充电，或者对低耐压的电容充过压，暂时没想到好的解决方法。

/**

* @brief get the value of the capacitance

* @note charge the cap and use a 680r res to discharge the cap

* calculate the value of the cap by the discharge time

文章来源于:电子工程世界原文链接

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