前言

在本屆“瑞薩MCU杯”立創(chuàng)電子設(shè)計(jì)開(kāi)源大賽的參賽者中，有這樣一位非常獨(dú)特的參賽選手——yjmwxwx（Bilibili ID）。

他不是職業(yè)的硬件工程師，也不在學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室或公司寫(xiě)代碼，而是自稱(chēng)“農(nóng)民大叔”，在農(nóng)村生活與勞作之余，一點(diǎn)點(diǎn)把電子設(shè)計(jì)“搓”進(jìn)現(xiàn)實(shí)并通過(guò)視頻博客影響千萬(wàn)開(kāi)發(fā)者。

正是在這樣的背景下，他與瑞薩MCU結(jié)緣，多次參加瑞薩MCU杯立創(chuàng)電賽。從最初的摸索到逐漸形成自己的工程思路，這段經(jīng)歷，催生了這臺(tái)LCR數(shù)字電橋的誕生。

B站個(gè)人主頁(yè)

https://space.bilibili.com/312836569/lists/1615509?type=season

三年前，yjmwxwx第一次參加電賽時(shí)，選擇使用RA2E1制作了一款電池內(nèi)阻測(cè)試儀：

這不是一個(gè)功能很全的作品，僅僅只能測(cè)試電池內(nèi)阻和大濾波電容的ESR，感興趣的小伙伴掃描下方二維碼或復(fù)制鏈接到瀏覽器看一看：

yjmwxwx-電池內(nèi)阻測(cè)試儀

https://oshwhub.com/eda_kxijzpvac/battery

但這也是他第一次系統(tǒng)性地接觸到MCU在模擬測(cè)量中的應(yīng)用，以此為起點(diǎn)，他在2025年基于瑞薩RA2E1MCU為我們帶來(lái)了這臺(tái)全新的LCR數(shù)字電橋。

項(xiàng)目介紹

01項(xiàng)目功能介紹

很多電子工程師都有測(cè)電池內(nèi)阻和電子元器件阻抗的需求，但是兩個(gè)儀表來(lái)回切換比較麻煩。

市面上很多開(kāi)源電橋方案把隔直電容和保護(hù)電路都給砍掉了，所以沒(méi)法直接測(cè)電池內(nèi)阻，外接隔直電容不是很方便。

因此yjmwxwx自己設(shè)計(jì)了一個(gè)能測(cè)電池內(nèi)阻的LCR數(shù)字電橋，采用兩路采集，多ADC口采樣增加讀數(shù)分辨率。

測(cè)量頻率1KHZ、10KHZ、100HZ。

阻抗測(cè)量范圍1毫歐到10兆歐，可以測(cè)電池內(nèi)阻、串聯(lián)電容、串聯(lián)電感、串聯(lián)電阻、串聯(lián)電抗、D值、Q值、角度、阻抗的幅度。

02硬件部分

主控

選擇瑞薩R7FA2E1A7，32MHZ晶振，手冊(cè)最高為20MHZ；

由于使用4個(gè)ADC口采集，采樣率50KHZ，采集到的數(shù)據(jù)都要進(jìn)行DFT運(yùn)算，計(jì)算量比較大，計(jì)算DFT頻率是70K左右，剛好能出中斷，于是進(jìn)行了超頻。

引腳功能：

P400輸出PWM，P409、P408通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)切換PWM濾波電路作為激勵(lì)源。P407檔位切換33.3歐模擬開(kāi)關(guān)，因?yàn)?4HC4052模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻比較大，無(wú)法滿(mǎn)足最低檔位要求，所以在33.3歐檔位并聯(lián)了一片3157模擬開(kāi)關(guān)降低導(dǎo)通電阻。

P915、P914是檔位切換74HC4052的控制端口，用來(lái)切換不同檔位的電阻，P206 P207被測(cè)元器件放大倍數(shù)開(kāi)關(guān)，每個(gè)放大10倍，P208、P914是內(nèi)部V/I電路采樣電阻放大開(kāi)關(guān)，每個(gè)也是放大10倍。

P300和P108是SWD口，JLINK V9需要連接4根線(xiàn)，3.3、GND、SWDIO、SWCLK。 P000、P001是V/I路電阻采樣口，P013、P014是被測(cè)元器件采樣口，采用雙口采集驗(yàn)證下自己提高分辨率的想法。

ADC直接用AVCC和AVSS作為參考，而且直接和單片機(jī)數(shù)字電源想連，這樣可能會(huì)增加ADC讀數(shù)跳動(dòng)。

P500、P101、P102、P103是LCD液晶驅(qū)動(dòng)口。P109、P110、P111、P112是四個(gè)按鍵。

PWM濾波電路采用RC濾波，RC濾波后為正弦波，降低單片機(jī)程序編寫(xiě)難度，兩個(gè)3157模擬開(kāi)關(guān)切換三路RC濾波器作為激勵(lì)源。

RC濾波后C1隔直后抬高1.66V進(jìn)入U(xiǎn)20.2運(yùn)放放大，這里采用高倍放大，放大倍數(shù)低了會(huì)引起高頻振蕩。運(yùn)放輸出經(jīng)過(guò)33.3歐電阻和50UF電容到RF1輸出，D1 D5保護(hù)。

RF1、RF2接開(kāi)爾文夾走電流，U20.1反相放大，74HC4052切換放大倍數(shù)，分辨有4個(gè)檔位，33.3歐、333歐、3.33千歐、33.3千歐，最低檔位由于74HC4052導(dǎo)通電阻大于是并聯(lián)了3157模擬開(kāi)關(guān)用來(lái)降低電阻，TL432提供1.66V參考地電壓，和D2、D3、C33、C34組成輸入保護(hù)電路，四個(gè)量程電阻也采用四線(xiàn)測(cè)量法，正好74HC4052有兩組開(kāi)關(guān)，這個(gè)部分是參考開(kāi)源電橋電路。

下面為兩路放大電路，分別采集被測(cè)電阻和檔位切換電阻上的電壓進(jìn)行放大，每路設(shè)置兩個(gè)放大倍數(shù)，組成10倍100倍連個(gè)放大檔位。因?yàn)閮陕贩糯笞x數(shù)溫飄影響比較明顯，不同時(shí)間測(cè)一個(gè)電阻相差比較大，不如單路來(lái)回切換穩(wěn)定。

參考電阻上或者被測(cè)電阻上電壓經(jīng)過(guò)100K電阻和100NF電容隔直后，通過(guò)1M電阻抬高1.66v，SS8050代替二極管保護(hù)防止燒運(yùn)放，進(jìn)入運(yùn)算放大器跟隨輸出，U23.1差分放大。

差分放大后進(jìn)入兩個(gè)串聯(lián)的10倍放大電路，先衰減后放大，然后進(jìn)入單片機(jī)ADC，距離ADC滿(mǎn)度留的余量比較大，造成顯示位數(shù)比較多的時(shí)候跳動(dòng)大。

LCD顯示屏采用COG12865，為了網(wǎng)友仿制方便留出了LCD驅(qū)動(dòng)口的排針，方便畫(huà)個(gè)轉(zhuǎn)接板。

焊接電路先焊好電源部分。測(cè)量3.3V、1.66V沒(méi)問(wèn)題再焊模擬電路信號(hào)部分，焊好測(cè)量沒(méi)有短路再焊單片機(jī)，3157模擬開(kāi)關(guān)烙鐵焊接容易虛焊。焊接完電路切換到30歐檔，夾住33.3歐電阻，看屏幕V和I差不多一樣大表示電路放大部分正常。

03軟件部分

軟件部分這位老哥使用的是匯編語(yǔ)言！

大家可以在終端命令臺(tái)中輸入以下指令將老哥的項(xiàng)目保存到本地：

軟件部分資料

git clone git@gitee.com:yjmwxwx1/R7FA2E1A7.git

結(jié)語(yǔ)：

本作品最終獲得本屆瑞薩MCU杯立創(chuàng)電賽二等獎(jiǎng)。

盡管yjmwxwx自己也坦言這并不是一個(gè)很專(zhuān)業(yè)、很完美的項(xiàng)目，他會(huì)不斷改進(jìn)并繼續(xù)分享開(kāi)發(fā)歷程。但是，這種在有限條件下通過(guò)自我學(xué)習(xí)把事情做成、根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)生活需要改進(jìn)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)者精神，本身就是工程實(shí)踐中極具價(jià)值的一部分，非常值得推崇。

正因?yàn)槿绱?，這臺(tái)LCR數(shù)字電橋的意義，早已不止于比賽結(jié)果本身。瑞薩衷心希望與越來(lái)越多的開(kāi)發(fā)者同行，因愛(ài)結(jié)緣，走進(jìn)電子的世界！

項(xiàng)目開(kāi)源網(wǎng)址

https://www.renesas.com/us/en/document/apn/ra6-mcu-advanced-secure-bootloader-design-using-mcuboot-and-code-flash-dualbank-mode