基于AD5933的復(fù)阻抗測量儀(MCU固件文件\硬件原理圖及PCB板圖及geber文件)

ID:247597 · 發(fā)表于 2017-11-9 10:29

1  簡介
目前，復(fù)阻抗測量的一般方式是，對未知阻抗施加一定頻率的激勵(lì)信號，對其響應(yīng)信號進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)分析，通常采用離散傅里葉變換（DFT），DFT 結(jié)果在對應(yīng)頻率返回響應(yīng)信號的模值和相位，再通過計(jì)算進(jìn)而得到被測復(fù)阻抗的模值和相位信息。

復(fù)阻抗測試設(shè)備一般需要解決以下一些問題。
（1）測量的安全性，由于測試設(shè)備所處的系統(tǒng)環(huán)境多樣、且不確定，所以需要考慮在測試設(shè)備與主機(jī)之間加入隔離器件。
（2）從靈活性角度來講，由于目前阻抗分析的應(yīng)用各不相同，所使用的激勵(lì)信號的模值和頻率，阻抗的測量范圍都有特定的測試范圍要求。
（3）考慮到被測阻抗網(wǎng)絡(luò)可能較為復(fù)雜，不能簡單用阻性模型分析，而需要對測量信號的模值和相位同時(shí)精確分析，所以對系統(tǒng)精度要求較高。
（4）如果需要便攜式的應(yīng)用，則低功耗和小體積的設(shè)計(jì)也是尤為重要的設(shè)計(jì)因素。 ADI推出的基于AD5933的復(fù)阻抗測量儀即可解決上述的問題。

AD5933 是一款高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)解決方案：
•  內(nèi)部DDS產(chǎn)生激勵(lì)電壓信號
•  用戶可以調(diào)節(jié)激勵(lì)頻信號的頻率和模值
•  內(nèi)部 12 位ADC 對響應(yīng)信號進(jìn)行采樣
•  內(nèi)部集成DSP 在對應(yīng)頻點(diǎn)進(jìn)行DFT

目錄
1  簡介 1
2  硬件設(shè)計(jì)  1
21  系統(tǒng)工作原理  1
22  系統(tǒng)框圖  2
23  硬件電路  3
3  單片機(jī)固件設(shè)計(jì)  3
4  阻抗分析軟件的設(shè)計(jì)  4
5  阻抗分析系統(tǒng)快速使用手冊  4
51  阻抗分析系統(tǒng)的硬件連接  4
52  USB轉(zhuǎn) UART 驅(qū)動安裝  7
53  ADuC7061 固件下載  9
54  阻抗分析系統(tǒng)軟件安裝  10
55  阻抗測量系統(tǒng)的操作  11

2  硬件設(shè)計(jì)
2.1  系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)工作原理為了用電學(xué)的手段檢測物體的阻抗，可將被測物體的阻抗用RC阻抗網(wǎng)絡(luò)來建模。由于容性
阻抗在直流激勵(lì)的條件下，不能泄放電荷，從而影響測量的速度和精度。因此，通常需要使用一個(gè)頻率可變的交流信號來作為激勵(lì)信號。 ADI公司的AD5933 是一款高精度的阻抗轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部集成了 12位的ADC  和DDS可以產(chǎn)生交流掃頻激勵(lì)源為待測阻抗產(chǎn)生激勵(lì)信號。

本參考設(shè)計(jì)中，使用低功耗的 ADuC7061 作為 MCU，通過串口與 PC 通信。另一方面，ADuC7061 通過 I2C 總線對 AD5933 進(jìn)行控制和寄存器讀寫。AD5933 的激勵(lì)源被配置成低頻 50Hz至 90Hz范圍。 AD5933的時(shí)鐘由外部的低頻晶振產(chǎn)生，從而提高AD5933 內(nèi)部DFT的精度。AD5933 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)據(jù)通過 I2C 總線，被ADuC7061 接收后再發(fā)送至PC 端。

考慮到測量的安全性問題，本參考實(shí)際中應(yīng)用了 ADI 公司的 iCoupler 磁耦隔離器件ADuM4160和ADuM5000，用于實(shí)現(xiàn)對測量系統(tǒng)電路板與PC 之間的隔離。阻抗測量儀是由 USB 供電的，并通過 RS232 橋接模塊實(shí)現(xiàn) USB 到 ADuC7061 的串口之間的轉(zhuǎn)換。
2.2 系統(tǒng)框圖
阻抗測量儀的系統(tǒng)框圖如圖 2 所示。

2.3 硬件電路
阻抗測量儀的電路板實(shí)物圖如圖 3 所示。詳細(xì)情況請參考電路板的具體電路原理圖及 PCB設(shè)計(jì)。

本參考設(shè)計(jì)中采用ADuC7061  作為 MCU，采用keil UV4 作為開發(fā)工具。
ADuC7061  的 UART  經(jīng)過板上的 UART 轉(zhuǎn) USB 接口后與 PC  端的阻抗分析軟件進(jìn)行通信，接收來自PC端的命令，然后根據(jù)命令的內(nèi)容通過 I2C 總線實(shí)現(xiàn)對板上AD5933的控制和寄存器讀寫。固件的具體設(shè)計(jì)參見源代碼。
ADI 提供的復(fù)阻抗測量儀，為配合硬件系統(tǒng)測量和演示，提供了一個(gè)專門用于測量演示的阻抗分析軟件，具有人性化的圖形用戶界面，以便用戶準(zhǔn)確而快捷地分析觀察被測阻抗的變化。

該軟件可以發(fā)送命令到 ADuC7061，從而對 AD5933 進(jìn)行控制，同時(shí)可以接收 AD5933 輸出的 DFT 結(jié)果，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。軟件界面可以實(shí)時(shí)顯示所計(jì)算出的阻抗大小和對應(yīng) RMS 電流的結(jié)果，并可以通過作圖來顯示測量得到的實(shí)際阻抗值。該軟件的具體功
能包括：
•  阻抗模值分析
•  RMS電流測量
•  測量模式配置
•  阻抗變化波形顯示

軟件讀取 AD5933 的 DFT 結(jié)果，即 AD5933 的實(shí)部寄存器和虛部寄存器的數(shù)據(jù)，通過計(jì)
算可以得到該信號的模值：

與該測量系統(tǒng)電路板連接的兩個(gè)探頭是用于與被測阻抗接觸的。兩個(gè)探頭如圖 6 所示連接至
測量系統(tǒng)電路板。一個(gè)為參考探頭，另一個(gè)是測量探頭。參考探頭（如圖 7所示）連接到板
上的 Vout 端口，用于與參考源良好接觸，提供參考電平；測量探頭（如圖 8 所示）與板上
的Vin 端口連接，用于測量不同被測的阻抗，從而分析其變化情況。

探頭應(yīng)該根據(jù)具體的被測物體特征來選擇，本例中我們使用的探頭為如圖 7和圖 8所示：
•  兩個(gè)探頭與測量系統(tǒng)電路板的接插件需匹配，客戶可以根據(jù)自己的需要選擇適當(dāng)?shù)?br /> 接插件
•  參考探頭，用于與一定面積穩(wěn)定接觸以產(chǎn)生穩(wěn)定參考，所以需要接觸面積較大的探
頭，其導(dǎo)電部分可以是棒狀或是相對較大的平面
•  測量探頭，則用于模擬探針，由于測量接觸面積可能會很小，所以要求其導(dǎo)電部分
為針狀

全部資料51hei下載地址：

reference_design_AD5933.zip (10.08 MB, 下載次數(shù): 192)

ID:290796 · 發(fā)表于 2018-12-3 16:42

這個(gè)學(xué)習(xí)一下。最近在學(xué)習(xí)阻抗方面的知識。

ID:485225 · 發(fā)表于 2019-3-6 09:50

十分感謝分享，正好派上用場

ID:509789 · 發(fā)表于 2019-4-17 18:39

URMILA 發(fā)表于 2019-3-6 09:50
十分感謝分享，正好派上用場

你好能問你一些關(guān)于這個(gè)資料的問題嗎

ID:698047 · 發(fā)表于 2020-5-21 14:55

MCU固件文件只有個(gè)hex？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？？

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