基于瑞萨RA2E1 MCU的LCR数字电桥项目介绍

前言

在本届“瑞萨MCU杯”立创电子设计开源大赛的参赛者中，有这样一位非常独特的参赛选手——yjmwxwx（Bilibili ID）。

他不是职业的硬件工程师，也不在学校、实验室或公司写代码，而是自称“农民大叔”，在农村生活与劳作之余，一点点把电子设计“搓”进现实并通过视频博客影响千万开发者。

正是在这样的背景下，他与瑞萨MCU结缘，多次参加瑞萨MCU杯立创电赛。从最初的摸索到逐渐形成自己的工程思路，这段经历，催生了这台LCR数字电桥的诞生。

B站个人主页

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

三年前，yjmwxwx第一次参加电赛时，选择使用RA2E1制作了一款电池内阻测试仪：

这不是一个功能很全的作品，仅仅只能测试电池内阻和大滤波电容的ESR，感兴趣的小伙伴扫描下方二维码或复制链接到浏览器看一看：

yjmwxwx-电池内阻测试仪

https://oshwhub.com/eda_kxijzpvac/battery

但这也是他第一次系统性地接触到MCU在模拟测量中的应用，以此为起点，他在2025年基于瑞萨RA2E1MCU为我们带来了这台全新的LCR数字电桥。

项目介绍

01项目功能介绍

很多电子工程师都有测电池内阻和电子元器件阻抗的需求，但是两个仪表来回切换比较麻烦。

市面上很多开源电桥方案把隔直电容和保护电路都给砍掉了，所以没法直接测电池内阻，外接隔直电容不是很方便。

因此yjmwxwx自己设计了一个能测电池内阻的LCR数字电桥，采用两路采集，多ADC口采样增加读数分辨率。

测量频率1KHZ、10KHZ、100HZ。

阻抗测量范围1毫欧到10兆欧，可以测电池内阻、串联电容、串联电感、串联电阻、串联电抗、D值、Q值、角度、阻抗的幅度。

02硬件部分

主控

选择瑞萨R7FA2E1A7，32MHZ晶振，手册最高为20MHZ；

由于使用4个ADC口采集，采样率50KHZ，采集到的数据都要进行DFT运算，计算量比较大，计算DFT频率是70K左右，刚好能出中断，于是进行了超频。

引脚功能：

P400输出PWM，P409、P408通过模拟开关切换PWM滤波电路作为激励源。P407档位切换33.3欧模拟开关，因为74HC4052模拟开关导通电阻比较大，无法满足最低档位要求，所以在33.3欧档位并联了一片3157模拟开关降低导通电阻。

P915、P914是档位切换74HC4052的控制端口，用来切换不同档位的电阻，P206 P207被测元器件放大倍数开关，每个放大10倍，P208、P914是内部V/I电路采样电阻放大开关，每个也是放大10倍。

P300和P108是SWD口，JLINK V9需要连接4根线，3.3、GND、SWDIO、SWCLK。 P000、P001是V/I路电阻采样口，P013、P014是被测元器件采样口，采用双口采集验证下自己提高分辨率的想法。

ADC直接用AVCC和AVSS作为参考，而且直接和单片机数字电源想连，这样可能会增加ADC读数跳动。

P500、P101、P102、P103是LCD液晶驱动口。P109、P110、P111、P112是四个按键。

PWM滤波电路采用RC滤波，RC滤波后为正弦波，降低单片机程序编写难度，两个3157模拟开关切换三路RC滤波器作为激励源。

RC滤波后C1隔直后抬高1.66V进入U20.2运放放大，这里采用高倍放大，放大倍数低了会引起高频振荡。运放输出经过33.3欧电阻和50UF电容到RF1输出，D1 D5保护。

RF1、RF2接开尔文夹走电流，U20.1反相放大，74HC4052切换放大倍数，分辨有4个档位，33.3欧、333欧、3.33千欧、33.3千欧，最低档位由于74HC4052导通电阻大于是并联了3157模拟开关用来降低电阻，TL432提供1.66V参考地电压，和D2、D3、C33、C34组成输入保护电路，四个量程电阻也采用四线测量法，正好74HC4052有两组开关，这个部分是参考开源电桥电路。

下面为两路放大电路，分别采集被测电阻和档位切换电阻上的电压进行放大，每路设置两个放大倍数，组成10倍100倍连个放大档位。因为两路放大读数温飘影响比较明显，不同时间测一个电阻相差比较大，不如单路来回切换稳定。

参考电阻上或者被测电阻上电压经过100K电阻和100NF电容隔直后，通过1M电阻抬高1.66v，SS8050代替二极管保护防止烧运放，进入运算放大器跟随输出，U23.1差分放大。

差分放大后进入两个串联的10倍放大电路，先衰减后放大，然后进入单片机ADC，距离ADC满度留的余量比较大，造成显示位数比较多的时候跳动大。

LCD显示屏采用COG12865，为了网友仿制方便留出了LCD驱动口的排针，方便画个转接板。

焊接电路先焊好电源部分。测量3.3V、1.66V没问题再焊模拟电路信号部分，焊好测量没有短路再焊单片机，3157模拟开关烙铁焊接容易虚焊。焊接完电路切换到30欧档，夹住33.3欧电阻，看屏幕V和I差不多一样大表示电路放大部分正常。

03软件部分

软件部分这位老哥使用的是汇编语言！

大家可以在终端命令台中输入以下指令将老哥的项目保存到本地：

软件部分资料

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

结语：

本作品最终获得本届瑞萨MCU杯立创电赛二等奖。

尽管yjmwxwx自己也坦言这并不是一个很专业、很完美的项目，他会不断改进并继续分享开发历程。但是，这种在有限条件下通过自我学习把事情做成、根据实际生产生活需要改进项目的开发者精神，本身就是工程实践中极具价值的一部分，非常值得推崇。

正因为如此，这台LCR数字电桥的意义，早已不止于比赛结果本身。瑞萨衷心希望与越来越多的开发者同行，因爱结缘，走进电子的世界！

项目开源网址

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