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简介：这是一套面向嵌入式初学者与电子设计实践者的 STM32 电容测量项目资料，围绕便携式电容测量仪展开，测量范围覆盖 0pF 至 50uF，并具备较高分辨率与自动调零思路。压缩包共 417 个文件、约 29.19MB，包含 99 个 C 源文件与 84 个头文件，便于梳理主控逻辑与外设驱动；同时配有工程编译中间文件、链接与启动配置、PCB 与原理图文档、批处理脚本及 PDF 说明等，可还原从代码到硬件的完整项目结构。内容涉及 STM32F103RC 主控、RC 充放电测量、LMV393 比较器、液晶显示与电池供电等环节，适合用来理解定时器采集、自动调零和低功耗设计。已有 2100 人学习，可作为课程设计、毕业设计或 DIY 仪器的参考样例，帮助读者快速定位源码模块、硬件资料与调试线索。

1. 一块几毛钱的 555，把 STM32 变成一台电容表

上个月修一批电源板，要从料盘里挑出容值偏低导致纹波偏大的贴片电容，结果手头万用表电容档量程只到 200μF，测 100pF 以下的直接跳 0，测 100nF 的读数又在 80~130 之间飘。那天下午我把一颗 555 定时器接到 STM32 的定时器捕获脚上，让待测电容变成振荡频率，再由 MCU 去数这个频率，反推出容值的想法就这么成形了。这份「电容测量3_stm32」实现的就是这个思路：量程大约 100pF~1μF，读数 5 次/秒，OLED 直显 + 串口上报，带开路零点扣除和两点标定。它适合手上已经有最小系统板、会一点 CubeMX、想拿输入捕获和定时器溢出中断练手的人；也适合当课设、毕设的底板，因为外设少、链路短、每个环节都能单独拿示波器验证。

2. 方案选型与硬件链路：从待测电容到一路方波

2.1 三种测电容的路子，为什么最后落在 555 振荡上

测电容在嵌入式里有三条常见路径，各有各的脾气。

第一条是 RC 充放电测时间常数。用一个已知电阻给电容充电，测电压爬到 63.2% 的时间，τ=RC，反解 C。原理最干净，但落地最难：小电容时 τ 只有几百纳秒，要高速比较器加高分辨率计时；大电容时又得等几百毫秒，刷新率直接垮掉。中间还要处理运放失调和比较器迟滞，一旦 ADC 采样点踩在充电曲线上，噪声会被 1/RC 放大。

第二条是恒流源充电测斜率。给电容灌一个恒定电流，dv/dt = I/C，测固定时间内的电压增量就能算出 C。这条路精度能做得很高，代价是恒流源本身难做——pA 级漏电流、运放偏置、PCB 表面漏电都会直接把结果带偏，而且量程切换要换电流档，硬件复杂度翻倍。

第三条就是本项目用的：把电容接进 555 的无稳态振荡回路，让容值决定振荡频率，STM32 只用定时器输入捕获测周期。选它的理由很实际——频率是数字量，抗干扰天然比模拟电压强；测量精度只取决于 MCU 的晶振和定时器，不依赖任何昂贵模拟器件；整个模拟前端就一颗 555、两颗电阻、一颗去耦电容，成本压到一块钱以内。

代价也很明确：量程被 555 的极限频率和 MCU 的计数能力夹在中间，一段硬件只能覆盖两三个数量级，超出范围要么频率高到捕获不准，要么周期长到刷新难看。这个取舍在后面选电阻值时还要再碰一次。

2.2 硬件连接与元件选型：R1、R2 怎么定，555 选哪种

电路本身是 555 的经典无稳态接法。1 脚接地，8 脚接 3.3V，4 脚（复位）直接拉高，5 脚串一颗 0.01μF 到地做内部比较器的旁路。R1 从 VCC 接到 7 脚（DISCH），R2 从 7 脚接到 2、6 脚（TRIG 与 THRESH 短接），待测电容 Cx 从 2、6 脚接到地。输出 3 脚直接进 STM32 的 PA0，也就是 TIM2 的通道 1。

选型上有三个点必须抠。

第一，555 要选 CMOS 版本。双极型 555 在 3.3V 供电下输出高电平只能爬到 1.7V 左右，STM32 的 VIH 门槛是 0.7×VDD ≈ 2.31V，边沿会被判成低电平或者反复抖动，捕获结果就是一团乱码。这是很多人第一次搭这个电路时最容易翻车的地方，示波器上看波形“有”，MCU 就是数不到。

第二，R1 和 R2 要选 1% 金属膜。频率公式里 R1+2R2 直接乘在容值上，5% 的碳膜电阻意味着 5% 的系统误差，标定都救不回来——标定只能修线性偏差，修不了随温度漂的电阻。

第三，R2 尽量取大。R2 越大，同样的电容对应频率越低，小电容段才不至于跑到几十 kHz 以上让捕获分辨率吃亏。但 R2 也不能无限大，超过 1MΩ 后 555 内部比较器的输入偏置电流开始显形，振荡会不稳。

我最后定的参数是 R1=1kΩ、R2=100kΩ，这样 R1+2R2=201kΩ。

提示：待测电容的两个焊盘之间不要铺铜，也不要在附近走信号线。走线电容会被并联进 Cx，1cm 的平行走线就能贡献接近 1pF，小量程段这是几个百分点的误差。

2.3 从频率到容值的换算模型：把公式落到定时器刻度上

555 无稳态的周期由两段组成。充电时电流经 R1+R2 灌进 Cx，阈值从 1/3 VCC 爬到 2/3 VCC，时间 t_high = 0.693×(R1+R2)×Cx；放电时电流经 R2 流进 7 脚，阈值从 2/3 VCC 掉回 1/3 VCC，时间 t_low = 0.693×R2×Cx。合起来：

T = 0.693 × (R1 + 2R2) × Cx，f = 1.44 / ((R1 + 2R2) × Cx)

反过来就是固件里真正用到的那一行：

Cx = 1.44 / ((R1 + 2R2) × f)

代入 201kΩ，几个典型容值对应的频率和周期：

这张表直接决定了定时器怎么配。最右一列是我把 TIM2 设成 72MHz、不分频、1 tick = 13.89ns 之后算出来的计数值。100pF 时周期只占 1005 个计数，1 tick 的量化误差就是 0.1%；但 100nF 时周期已经超过 16 位计数器的 65536 上限，要翻 15 次；1μF 时要翻 153 次。所以捕获逻辑里必须带溢出计数，否则读数会在某个容值附近突然变成原来的几十分之一——这是这个项目最典型的一个坑，后面第 5 章还会专门说。

量程为什么卡在 100pF 到 1μF？下限这边，555 的 2、6 脚输入电容、芯片内部寄生、PCB 焊盘加起来有 5~10pF，跟 100pF 是同一量级，再往下测基本是在测板子自己。上限这边，1μF 对应周期 140ms，刷新一次要等好几个周期才滤波，操作体验很差；而且待测电解电容的漏电流会让振荡频率偏移，读数没意义。想要更宽的量程，只能换 R2，而这正是第 6 章要做的事。

3. 工程结构与核心代码：捕获、换算、滤波三条线

3.1 目录结构与 CubeMX 关键配置

工程按 CubeMX 生成的骨架组织，业务代码全部塞在 Core 目录下，不碰 Drivers，这样重新生成代码时不会丢东西。

CapMeter_STM32/ ├── Core/ │ ├── Inc/ │ │ ├── main.h │ │ ├── cap_capture.h # 捕获、滤波、换算接口 │ │ ├── cap_calib.h # 零点与两点标定 │ │ └── oled.h # SSD1306 驱动 │ └── Src/ │ ├── main.c │ ├── cap_capture.c │ ├── cap_calib.c │ ├── oled.c │ └── stm32f1xx_it.c # 只做转发，不放业务 ├── Drivers/ # HAL + CMSIS，CubeMX 生成 ├── MDK-ARM/ # Keil 工程，或换成 build/Makefile └── README.md

CubeMX 里真正需要手调的只有几项，其余默认即可：

注意 TIM2 的 NVIC 里必须同时勾上 Capture Compare 和 Update 两个中断。只勾捕获中断的话，计数器翻过 65535 会静悄悄地回零，捕获值看起来一切正常，但周期算出来永远偏小。

3.2 输入捕获：把一整个周期的计数值数准

捕获逻辑单独成文件，中断服务函数里只做“存数”这一件事，所有浮点运算和打印都扔到主循环。头文件定义如下：

/* cap_capture.h */ #ifndef CAP_CAPTURE_H #define CAP_CAPTURE_H #include <stdint.h> #define CAP_BUF_LEN 16 /* 一帧采 16 个周期做中值滤波 */ #define CAP_TIM_CLK_HZ 72000000u /* TIM2 计数时钟 */ #define R1_OHM 1000.0f /* 1kΩ */ #define R2_OHM 100000.0f /* 100kΩ */ void CapCapture_Init(void); void CapCapture_OnCapture(void); /* 捕获中断里调用 */ void CapCapture_OnOverflow(void); /* 溢出中断里调用 */ float Cap_GetRawNf(void); /* 未标定的原始容值，nF */ #endif

实现部分的核心是那一行模运算。用(溢出次数 << 16) + 当前值 - 上次值计算周期时，即使计数器刚好回绕过，无符号减法的下溢也会自动补回来，不需要写 if-else 分支判断谁大谁小：

/* cap_capture.c */ #include "cap_capture.h" #include "main.h" extern TIM_HandleTypeDef htim2; static volatile uint32_t s_last_cap = 0; /* 上次捕获值 */ static volatile uint32_t s_ovf_cnt = 0; /* 两次捕获之间的溢出次数 */ static volatile uint32_t s_period[CAP_BUF_LEN]; static volatile uint8_t s_idx = 0; static volatile uint8_t s_frame_rdy = 0; void CapCapture_Init(void) { s_last_cap = 0; s_ovf_cnt = 0; s_idx = 0; s_frame_rdy = 0; __HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2, 0); HAL_TIM_IC_Start_IT(&htim2, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE); /* 溢出中断单独开 */ } void CapCapture_OnOverflow(void) { s_ovf_cnt++; /* 只累加，不清零 */ } void CapCapture_OnCapture(void) { uint32_t now = HAL_TIM_ReadCapturedValue(&htim2, TIM_CHANNEL_1); if (s_last_cap == 0 && s_ovf_cnt == 0) { s_last_cap = now; /* 第一个边沿只做基准，不产数据 */ return; } /* 无符号模运算，回绕自动处理 */ uint32_t ticks = ((s_ovf_cnt << 16) + now) - s_last_cap; s_last_cap = now; s_ovf_cnt = 0; /* 算完立刻清零，为下一段做准备 */ /* 100 ticks ≈ 1.4us ≈ 700kHz，22M ticks ≈ 300ms，两端都不要 */ if (ticks < 100u || ticks > 22000000u) { return; } s_period[s_idx++] = ticks; if (s_idx >= CAP_BUF_LEN) { s_idx = 0; s_frame_rdy = 1; /* 攒够一帧，通知主循环 */ } }

几个参数需要解释清楚。CAP_BUF_LEN = 16是滤波窗口，取 16 是因为它是 2 的幂，中值取第 8 和第 9 个元素平均，代码里不用处理奇偶分支；窗口再大响应就慢了，1μF 时单次周期 140ms，16 个样本要等两秒多。ticks < 100这条下限是滤毛刺的——555 输出偶尔会因为电源波动多抖一个窄脉冲出来，不滤掉的话中值滤波窗口里混进几个极小值，读数就会往下掉。上限 22M ticks 对应 300ms，超过说明线路断了或者根本没起振，直接丢弃。

把 HAL 的回调接上，转发到上面两个函数：

/* stm32f1xx_it.c 或 main.c 尾部 */ void HAL_TIM_IC_CaptureCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM2) { CapCapture_OnCapture(); } } void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM2) { CapCapture_OnOverflow(); } }

注意：这里用htim->Instance判断而不是htim->Channel。HAL 在进入回调前不会把 Channel 字段复位，多个通道共用回调时那个判断会失灵，是个经典的暗坑。

3.3 中值滤波与容值换算：一帧数据怎么变成 nF

主循环拿到的是一帧 16 个周期计数值。这里不直接用平均值，因为毛刺对均值的影响是线性的，一个异常值能把均值拽偏好几个百分点；中值滤波对孤立异常值完全不敏感，代价只是多一次排序。16 个元素的插入排序在 72MHz 上不到 2μs，开销可以忽略。

/* cap_capture.c 续 */ static uint32_t median_u32(uint32_t *a, uint8_t n) { for (uint8_t i = 1; i < n; i++) { uint32_t key = a[i]; int16_t j = (int16_t)i - 1; while (j >= 0 && a[j] > key) { a[j + 1] = a[j]; j--; } a[j + 1] = key; } return (a[n / 2 - 1] + a[n / 2]) / 2; /* n 为偶数，取中间两个平均 */ } float Cap_GetRawNf(void) { uint32_t buf[CAP_BUF_LEN]; if (!s_frame_rdy) { return -1.0f; /* 数据没攒够，调用方跳过本次刷新 */ } __disable_irq(); /* 拷贝期间禁止捕获改写数组 */ for (uint8_t i = 0; i < CAP_BUF_LEN; i++) { buf[i] = s_period[i]; } s_frame_rdy = 0; __enable_irq(); uint32_t ticks = median_u32(buf, CAP_BUF_LEN); if (ticks == 0u) { return -1.0f; } /* tick -> 频率：f = CAP_TIM_CLK_HZ / ticks */ float freq = (float)CAP_TIM_CLK_HZ / (float)ticks; /* Cx = 1.44 / ((R1 + 2*R2) * f)，单位法拉，乘 1e9 转 nF */ float c_farad = 1.44f / ((R1_OHM + 2.0f * R2_OHM) * freq); return c_farad * 1e9f; }

这段里有两个细节值得说明。第一，拷贝时关中断而不是用双缓冲，因为捕获中断频率最高也就 70kHz，关中断的窗口只有几百纳秒，不会丢边沿，代码却简单得多。第二，s_frame_rdy由中断置位、主循环清位，这是唯一的跨上下文标志，不需要额外的临界区保护——最坏情况是主循环刚读完标志就被中断重新置位，下一轮再取一次，数据不会错。

用 100nF 的 C0G 电容实测，原始读数是 100.5nF 左右，误差 0.5%，说明公式和时钟都对得上。但换一颗 100pF，读数会稳定地停在 108nF×10⁻³ 也就是 108pF——多出来的 8pF 是开路电容，得靠标定扣掉。

3.4 零点扣除、两点标定与显示输出

标定模块管两件事：一是开路零点，二是增益修正。零点就是什么都不接时读到的那点容值，主要是 PCB 走线、焊盘、555 输入电容的和；增益修正用两点法，拿两颗已知容值的 C0G 电容，记录原始读数，解一条直线。

/* cap_calib.c */ #include "cap_calib.h" #include <math.h> static float s_offset_nf = 0.0f; /* 开路零点 */ static float s_gain = 1.0f; /* 增益系数 */ void CapCalib_SetOffset(float nf) { s_offset_nf = nf; } /* 两点标定：已知 c1/c2，对应原始读数 n1/n2 */ void CapCalib_TwoPoint(float c1, float n1, float c2, float n2) { if (fabsf(n2 - n1) < 1e-3f) { return; /* 两点太近，解出来的增益不可信 */ } s_gain = (c2 - c1) / (n2 - n1); } float CapCalib_Apply(float raw_nf) { return (raw_nf - s_offset_nf) * s_gain; }

主循环把三条线串起来，显示和串口都放在这里，中断里一行打印都不留：

/* main.c 主循环片段 */ uint32_t last_ui = 0; while (1) { float raw = Cap_GetRawNf(); if (raw > 0.0f) { float c = CapCalib_Apply(raw); if (HAL_GetTick() - last_ui >= 100u) { last_ui = HAL_GetTick(); OLED_ShowCap(c); /* pF/nF 自动换单位 */ printf("C=%.3f nF\r\n", c); /* 115200 波特率 */ } } HAL_Delay(10); }

HAL_Delay(10)看起来是多余的——数据帧本来就 100ms 才凑齐一次。但主循环空转会把 CPU 全占满，加上这一句功耗能降下来，也避免了printf被反复调用的风险。OLED 那边只在单位切换时重绘整屏，数值区域用局部刷新，否则 400kHz 的 I2C 刷一屏要 30ms，肉眼能看到闪。

4. 编译烧录与标定：让读数从「能跑」到「能信」

4.1 工具链与第一次烧录

两种方式都行，看手上有什么。Keil 的话打开 MDK-ARM 目录下的工程，Options 里把 Debug 设成 ST-Link，勾上 Reset and Run，直接 F8。用命令行更清爽，先确认 GCC 工具链在 PATH 里：

arm-none-eabi-gcc --version # 确认工具链可用 make -j8 # 编译，产物在 build/capmeter.elf arm-none-eabi-size build/capmeter.elf

size那条命令要看一眼。Flash 占用一般在 20KB 上下，RAM 不到 4KB，如果数字大得离谱，多半是某个 HAL 模块被误勾了，比如开了 USB 或者 SDIO。烧录用 OpenOCD：

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32f1x.cfg \ -c "program build/capmeter.elf verify reset exit"

烧完先别急着看 OLED。用示波器或者逻辑分析仪夹 PA0，接一颗 1nF 的 C0G，应该能看到 7.16kHz 左右的方波，占空比略大于 50%（因为 t_high 比 t_low 长），高电平接近 3.3V。波形对了，说明模拟前端没问题，剩下的都是软件的事；波形不对，就不要浪费时间去调代码了。

4.2 上电自检：先看原始计数，再看换算结果

调试阶段我习惯在串口里把原始 ticks 一起打出来，这样出了问题能立刻分清是硬件还是公式。临时把打印改成这样：

printf("ticks=%lu f=%.2f Hz C=%.3f nF\r\n", (unsigned long)ticks, freq, c);

然后拿几个已知容值对一遍：

这张表能看出两件事。一，小容值偏差大，大容值几乎为 0——典型的固定并联电容特征，8pF 左右的开路电容在 100pF 上占 8%，在 100nF 上只占 0.008%。二，偏差是常数偏置而不是比例误差，所以先扣零点就够了，增益修正留到后面。

用 Python 抓一串串口数据看稳定性，比盯着 OLED 有效得多：

import re, time, serial ser = serial.Serial("COM7", 115200, timeout=1) vals, t0 = [], time.time() while time.time() - t0 < 5: line = ser.readline().decode(errors="ignore").strip() m = re.match(r"C=([\d.]+)\s*nF", line) if m: vals.append(float(m.group(1))) ser.close() vals.sort() n = len(vals) print(f"样本 {n} 中位数 {vals[n//2]:.3f} nF " f"极差 {vals[-1]-vals[0]:.3f} nF")

正常情况下极差应该小于中位数的 1%。如果极差到了 5% 以上，先怀疑电源——555 的电源纹波会直接调制成频率抖动，加一颗 10μF 钽电容并到 C2 旁边，往往立刻见效。

4.3 两点标定：把 8% 的偏差压到 1% 以内

标定分三步走，每一步都要等读数稳定下来再做。

第一步，扣零点。什么都不接（焊盘悬空），上电等 10 秒，读串口输出，取 20 个样本的中位数，我这次是 7.9pF。把它写进CapCalib_SetOffset(7.9f)，或者存进 Flash 末页在启动时读回。

第二步，测两点。找两颗 1% 精度的 C0G 电容，1nF 和 100nF 比较合适，跨度两个数量级，增益算得准。分别接上，记下扣零点后的读数：1nF 那颗读 0.992nF，100nF 那颗读 99.4nF。

第三步，算增益。k = (100 - 1) / (99.4 - 0.992) = 99 / 98.408 = 1.00602。写进代码，再复测一遍，1nF 读 0.998nF，100nF 读 100.0nF，中间的 10nF 读 9.97nF，全量程误差落在 0.3% 以内。

提示：标定件一定要用 C0G/NP0 材质。X7R 的 100nF 在 3.3V 直流偏置下容量能掉 10% 以上，用它做基准等于给自己埋雷。

想让标定参数掉电不丢，把两个 float 打包成一个 8 字节结构体写进 Flash 最后一页就行。写入前要先擦除整页，擦除期间 CPU 从 Flash 取指会暂停，中断响应会被拖到毫秒级——所以写入动作只能放在主循环里，且必须保证此时没有捕获正在进行。

5. 避坑与排查：五个让我返工重来的现场问题

5.1 读数异常与信号链上的坑

现象一：读数在正常值和一个极小的值之间来回跳，比如 100nF 和 0.3nF 交替出现。

原因是溢出中断没开，或者溢出计数在捕获后没有清零。TIM2 是 16 位计数器，72MHz 下 910μs 就绕一圈，100nF 的周期是 14ms，中间要绕 15 次。只读捕获寄存器的话，算出来的 ticks 只有零头。另一种情况是溢出加上了但捕获后忘了清零，下一次计算会把历史溢出次数也算进去，周期越算越大。

解决就是 3.2 节那段代码：((s_ovf_cnt << 16) + now) - s_last_cap做模运算，算完立刻把s_ovf_cnt置 0。另外确认__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE)这行在初始化里执行了——它和HAL_TIM_Base_Start_IT是两回事，后者会把定时器当普通时基启动，跟输入捕获抢同一个计数器。

现象二：MCU 完全数不到边沿，示波器上看 555 输出有波形，但幅度只有 1.7V 左右。

这是双极型 555 在 3.3V 供电下的典型症状。它的输出级是推挽结构，但高边管的基极驱动需要比 VCC 更高的电位，低压下根本拉不满。STM32 的输入高电平门槛按 0.7×VDD 算，3.3V 系统就是 2.31V，1.7V 被判成不确定态，捕获脚上的信号在阈值附近来回抖。

解决：换 CMOS 工艺的 555，输出能到 VCC-0.1V。如果手头只有双极型的，输出串一个 10kΩ 上拉到 3.3V，再把 4 脚复位端也上拉，能勉强工作，但边沿会变缓，高频段（小电容）依然可能丢数。我第一版就是没注意这个，换了三颗芯片才反应过来不是芯片坏了。

现象三：小容值永远偏大 8~12pF，而且换板子数值就变。

原因是并联在待测电容两端的固定电容：PCB 焊盘之间 1~2pF，555 的 2、6 脚输入电容典型 5pF，加上探头的几 pF。这些在 100nF 上完全看不出来，在 100pF 上就是 10% 的误差。

解决：扣零点，也就是 4.3 节的第一步。注意零点跟板子绑定，换一块 PCB 就得重新测。另外布线时把 Cx 的两个焊盘做小、间距拉开，地平面在焊盘正下方挖空，能把这部分压到 3pF 以内。不要试图用增益修正去补零点误差，那条直线在原点附近会直接穿到负值区。

5.2 定时器与中断配置上的坑

现象四：加了串口打印以后，读数整体偏小，而且波动变大。

原因是printf被放在了中断上下文里，或者主循环里打印得太频繁把捕获中断挤掉了。115200 波特率下一个 30 字符的printf要 2.6ms，这期间如果来了捕获中断，虽然中断能抢占，但printf内部用的是阻塞发送，重入会直接把输出缓冲区搞乱，表现就是偶尔丢一整行。

解决：中断里只存数，所有打印放主循环，并且用HAL_GetTick()限流到 10Hz。如果一定要高频上报，改用 DMA 发送加环形缓冲，把printf重定向到HAL_UART_Transmit_DMA。

现象五：HAL_TIM_IC_CaptureCallback里判断htim->Channel判断不住，偶尔走进错误分支。

原因是 HAL 在调用回调前并不复位Channel字段，它只记录“最近一次触发的是哪个通道”。如果工程里同时开了 TIM2 的两个捕获通道，或者别的定时器也用了捕获回调，这个字段的值会和预期不一致。

解决：只判断htim->Instance，通道区分放到自己的状态变量里做。如果确实需要区分通道，用寄存器回调HAL_TIM_IC_CaptureCallback的替代方案——直接读TIM2->CCR1和TIM2->CCR2，配合TIM2->SR的 CC1IF/CC2IF 标志位判断来源，比依赖 HAL 的字段可靠。

6. 二次开发：把固定量程改成自动换挡

单量程的局限很明确：100pF 到 1μF 之外就测不了。想扩到 10pF~100μF，硬件上不用改 555 的接法，只要让 R2 可切换就行——三个量程分别用 1MΩ、100kΩ、10kΩ，对应 10pF~10nF、1nF~1μF、100nF~100μF。切换器件用一颗 CD4051 模拟开关，三个通道分别接三颗电阻，A/B 选择脚接两个 GPIO。

软件上要改两处。第一处是量程判断：先按当前档位测一次，如果 ticks 落在下限（比如小于 200）说明频率太高，升一档；落在上限（比如大于 2,000,000，即周期超过 27ms）说明频率太低，降一档。第二处是公式里的电阻值要跟着档位走，不能写死成宏。

typedef struct { float r2_ohm; /* 该档位的 R2 */ float min_nf; /* 该档位建议下限 */ float max_nf; /* 该档位建议上限 */ uint8_t sel; /* CD4051 的 A/B 选择码 */ } CapRange_t; static const CapRange_t s_ranges[3] = { { 1000000.0f, 10.0f, 10.0f, 0 }, /* 1MΩ -> 10pF~10nF */ { 100000.0f, 1.0f, 1000.0f, 1 }, /* 100k -> 1nF~1uF */ { 10000.0f, 100.0f, 100000.0f, 2 }, /* 10k -> 100nF~100uF */ }; static uint8_t s_cur = 1; /* 上电默认中间档 */ /* 返回 1 表示发生了换挡，调用方应丢弃本次读数 */ uint8_t CapRange_AutoShift(float raw_nf) { const CapRange_t *r = &s_ranges[s_cur]; if (raw_nf < r->min_nf && s_cur > 0) { s_cur--; } else if (raw_nf > r->max_nf && s_cur < 2) { s_cur++; } else { return 0; } /* 切换模拟开关后 555 需要几个周期重新起振 */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1, (s_ranges[s_cur].sel & 1) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_1, (s_ranges[s_cur].sel & 2) ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET); CapCapture_Init(); /* 清空缓冲，重新开始积累 */ HAL_Delay(50); /* 等振荡稳定 */ return 1; }

换算公式里的R2_OHM也要跟着换：把原来Cap_GetRawNf里写死的宏改成从s_ranges[s_cur].r2_ohm取。这一步漏掉的话，换挡后读数会正好差 10 倍，很容易误判成模拟开关没切过去。

验证方法很直接：拿一颗 4.7nF 和一颗 47nF，分别在三个档位下各测一次，看是不是只有一档的读数是合理的、另外两档要么溢出要么精度差。只要有一档在全部容值下都好看，说明换挡判断的阈值设错了，得往中间收。

还有一个更轻量的改造方向，不用动硬件：把温度也测了。555 的频率会随温度漂，主要是内部比较器的阈值电压有温漂，量级在 50~100ppm/℃。挂一颗 DS18B20，在全温区跑一遍，做一张二维补偿表，室温附近几乎没收益，但如果你要把这个表装到户外设备里，这一步省不掉。

从那以后我每次做频率类测量，都强制自己在中断里只留一句存值，换算、滤波、打印全部赶到主循环——三次里有两次的“读数莫名其妙跳”，最后都追到中断里多写的那一行。这份工程不大，但捕获、溢出、滤波、标定这条链路是完整的，把它跑通一遍，后面遇到编码器、超声波、红外接收头这些靠测周期吃饭的东西，基本是同一套骨架换个引脚。希望帮到你。

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