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前言

在本屆“瑞薩 MCU杯”立創電子設計開源大賽的參賽者中，有這樣一位非常獨特的參賽選手——yjmwxwx（Bilibili ID）。

他不是職業的硬件工程師，也不在學校、實驗室或公司寫代碼，而是自稱“農民大叔”，在農村生活與勞作之余，一點點把電子設計“搓”進現實并通過視頻博客影響千萬開發者。

正是在這樣的背景下，他與瑞薩MCU結緣，多次參加瑞薩MCU杯立創電賽。從最初的摸索到逐漸形成自己的工程思路，這段經歷，催生了這臺LCR數字電橋的誕生。

B站個人主頁

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

三年前，yjmwxwx第一次參加電賽時，選擇使用RA2E1制作了一款電池內阻測試儀：

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

yjmwxwx-電池內阻測試儀

https://oshwhub.com/eda_kxijzpvac/battery

但這也是他第一次系統性地接觸到MCU在模擬測量中的應用，以此為起點，他在2025年基于瑞薩RA2E1MCU為我們帶來了這臺全新的LCR數字電橋。

項目介紹

01項目功能介紹

很多電子工程師都有測電池內阻和電子元器件阻抗的需求，但是兩個儀表來回切換比較麻煩。

市面上很多開源電橋方案把隔直電容和保護電路都給砍掉了，所以沒法直接測電池內阻，外接隔直電容不是很方便。

因此yjmwxwx自己設計了一個能測電池內阻的LCR數字電橋，采用兩路采集，多ADC口采樣增加讀數分辨率。

測量頻率1KHZ、10KHZ、100HZ。

阻抗測量范圍1毫歐到10兆歐，可以測電池內阻、串聯電容、串聯電感、串聯電阻、串聯電抗、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，手冊最高為20MHZ；

由于使用4個ADC口采集，采樣率50KHZ，采集到的數據都要進行DFT運算，計算量比較大，計算DFT頻率是70K左右，剛好能出中斷，于是進行了超頻。

引腳功能：

P400輸出PWM，P409、P408通過模擬開關切換PWM濾波電路作為激勵源。P407檔位切換33.3歐模擬開關，因為74HC4052模擬開關導通電阻比較大，無法滿足最低檔位要求，所以在33.3歐檔位并聯了一片3157模擬開關降低導通電阻。

P915、P914是檔位切換74HC4052的控制端口，用來切換不同檔位的電阻，P206 P207被測元器件放大倍數開關，每個放大10倍，P208、P914是內部V/I電路采樣電阻放大開關，每個也是放大10倍。

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

ADC直接用AVCC和AVSS作為參考，而且直接和單片機數字電源想連，這樣可能會增加ADC讀數跳動。

P500、P101、P102、P103是LCD液晶驅動口。P109、P110、P111、P112是四個按鍵。

PWM濾波電路采用RC濾波，RC濾波后為正弦波，降低單片機程序編寫難度，兩個3157模擬開關切換三路RC濾波器作為激勵源。

RC濾波后C1隔直后抬高1.66V進入U20.2運放放大，這里采用高倍放大，放大倍數低了會引起高頻振蕩。運放輸出經過33.3歐電阻和50UF電容到RF1輸出，D1 D5保護。

RF1、RF2接開爾文夾走電流，U20.1反相放大，74HC4052切換放大倍數，分辨有4個檔位，33.3歐、333歐、3.33千歐、33.3千歐，最低檔位由于74HC4052導通電阻大于是并聯了3157模擬開關用來降低電阻，TL432提供1.66V參考地電壓，和D2、D3、C33、C34組成輸入保護電路，四個量程電阻也采用四線測量法，正好74HC4052有兩組開關，這個部分是參考開源電橋電路。