基于STM32的阻抗测量系统设计与实验研究
发布时间：2021-08-18 04:17
阻抗（Impedance）是每个物体与生俱来的一种属性,表示电压相量与电流相量的比值。阻抗测量最初是为了研究电子元器件或者未知网络的电学性能,而随着集成电路技术的快速发展和新需求的不断涌现,电化学阻抗的相关研究主要集中在阻抗集成芯片、阻抗电极设计制造、阻抗电极的表面修饰等方面。本文的主要研究和成果如下:（1）为了满足电化学应用中宽频带、便携式阻抗测量需求,确定了阻抗测量系统的技术指标,提出了一种恒电位仪和幅相鉴别模块相结合的阻抗测量方案。该方案利用幅相鉴别模块替代了频响分析仪,大大减小了测量系统的体积,同时利用微控制器自带的模数转换器就可以实现采集信号的目的,成本较为低廉。此外,本方案可以根据实际情况进行二次开发,灵活选择阻抗测量范围,能广泛地应用在生物材料的电化学分析中。（2）完成了该阻抗测量系统的硬件设计与软件编写。硬件电路包括信号生成模块、恒电位仪模块、阻抗测量模块、通信模块和电源模块。软件程序分为下位机程序、C#界面和安卓APP三个部分。下位机程序包括初始化程序、DDS控制程序、阻抗测量程序和串口通信程序;C#界面由串口通信程序、测量窗口、绘图窗口和数据计算窗口组成;安卓APP...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
是德科技E4990A精密阻抗分析仪英国输力强是世界知名的电化学工作站品牌，具有五十年以上研发和生产经验，是
第一章绪论3图1-2输力强1260A阻抗/相位分析仪常州同惠电子股份有限公司是国内为数不多的一家专注于电子测试与测量仪器研究的企业，如图1-3所示，TH2839是同惠最新推出的阻抗分析仪，该仪器基于自动平衡电桥技术，采用四端对测试配置具有较高的精度，测试量程配置高达15个，具有较高的稳定性和一致性，测试速度最快7.7ms/次，具有较高的测试速度[13]。图1-3同惠TH2839阻抗分析仪除了这些成熟的阻抗分析仪，亚德诺半导体(AnalogDevices,Inc.)推出了一款高精度的阻抗转换器系统解决方案AD5933，片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器。用频率发生器产生的信号来激励待测阻抗，待测阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理[14]。DFT算法在每个频率上返回一个实部数据字和一个虚部数据字[15]。功能框图见图1-4。图1-4AD5933功能框图AD5933将阻抗测量的相关模块集成到一块芯片上，不仅大大减小了阻抗测量系统的体积，而且价格较为低廉。不少学校或研究所推出了基于AD5933阻抗测量系统[16]，这些系统往往具备便携式、低成本等特点。此外，为了做到宽阻抗测量范围，不少研究人员设计了外围阻抗测量电路来扩展[17]。但是基于AD5933的阻抗测量方案都有一个不可避免的问题，由于AD5933自身频率发生模块的限制，频率测量范围较窄，最高限制在100kHz。
第一章绪论3图1-2输力强1260A阻抗/相位分析仪常州同惠电子股份有限公司是国内为数不多的一家专注于电子测试与测量仪器研究的企业，如图1-3所示，TH2839是同惠最新推出的阻抗分析仪，该仪器基于自动平衡电桥技术，采用四端对测试配置具有较高的精度，测试量程配置高达15个，具有较高的稳定性和一致性，测试速度最快7.7ms/次，具有较高的测试速度[13]。图1-3同惠TH2839阻抗分析仪除了这些成熟的阻抗分析仪，亚德诺半导体(AnalogDevices,Inc.)推出了一款高精度的阻抗转换器系统解决方案AD5933，片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器。用频率发生器产生的信号来激励待测阻抗，待测阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理[14]。DFT算法在每个频率上返回一个实部数据字和一个虚部数据字[15]。功能框图见图1-4。图1-4AD5933功能框图AD5933将阻抗测量的相关模块集成到一块芯片上，不仅大大减小了阻抗测量系统的体积，而且价格较为低廉。不少学校或研究所推出了基于AD5933阻抗测量系统[16]，这些系统往往具备便携式、低成本等特点。此外，为了做到宽阻抗测量范围，不少研究人员设计了外围阻抗测量电路来扩展[17]。但是基于AD5933的阻抗测量方案都有一个不可避免的问题，由于AD5933自身频率发生模块的限制，频率测量范围较窄，最高限制在100kHz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PCB Layout设计中采样电路走线不平衡对计量精度的影响[J]. 傅代军,王甲. 集成电路应用. 2019(03)
[2]蓝牙无线通信技术在工程中的应用与实现[J]. 王庆胜. 电子世界. 2019(02)
[3]基于入耳式耳机电阻抗特性的个性化均衡研究[J]. 项京朋,桑晋秋,郑成诗,李晓东. 应用声学. 2019(01)
[4]基于AD8302的阻抗谱自动测量系统设计[J]. 沈毅鸿,张元良. 中国测试. 2018(09)
[5]基于DDS技术的多功能信号源设计[J]. 毛群. 西昌学院学报(自然科学版). 2018(03)
[6]Android手机App程序中SQLite数据存储应用[J]. 王红伟,吴坤芳. 漯河职业技术学院学报. 2018(05)
[7]谐振振铃的原因和危害及解决方法[J]. 邹传彬,唐波,杨美军,钟志群. 电子设计工程. 2018(17)
[8]基于HMI智能串口屏显示的温湿度测量系统[J]. 刘寺杰,徐敏,张晨宇,赵娅丽. 科教导刊(下旬). 2018(08)
[9]基于TL431基准源设计的直流电源动态响应分析[J]. 张福亮,赵振江. 中国新通信. 2018(14)
[10]基于Android与BLE的蓝牙通信系统的实现[J]. 万燕,李丽丽. 科技创新与应用. 2018(16)
硕士论文
[1]14位逐次逼近式模数转换器设计[D]. 杨姝.吉林大学 2018
[2]有源正激控制器中软启与保护电路的研究设计[D]. 冯磊.电子科技大学 2018
[3]电源分配网络时域分析与去耦设计[D]. 白钰杰.西安电子科技大学 2017
[4]硝酸镉污染粉土的物理力学性能和电化学阻抗谱试验研究[D]. 张雪兰.太原理工大学 2017
[5]基于FPGA的任意波形产生及加载研究[D]. 左方明.东南大学 2017
[6]基于FPGA的手指多模态身份识别系统设计[D]. 孙中海.浙江工业大学 2016
[7]基于AD5933的阻抗测量系统设计与实验研究[D]. 谢昱昊.东南大学 2016
[8]腕带式阻抗脉搏波检测方法[D]. 贺建满.天津大学 2016
[9]基于阻抗失配的EMI滤波器设计研究[D]. 董舒.华中科技大学 2015
[10]基于自动平衡电桥方法阻抗测量系统的研究[D]. 尹虎承.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3349173
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
是德科技E4990A精密阻抗分析仪英国输力强是世界知名的电化学工作站品牌，具有五十年以上研发和生产经验，是
第一章绪论3图1-2输力强1260A阻抗/相位分析仪常州同惠电子股份有限公司是国内为数不多的一家专注于电子测试与测量仪器研究的企业，如图1-3所示，TH2839是同惠最新推出的阻抗分析仪，该仪器基于自动平衡电桥技术，采用四端对测试配置具有较高的精度，测试量程配置高达15个，具有较高的稳定性和一致性，测试速度最快7.7ms/次，具有较高的测试速度[13]。图1-3同惠TH2839阻抗分析仪除了这些成熟的阻抗分析仪，亚德诺半导体(AnalogDevices,Inc.)推出了一款高精度的阻抗转换器系统解决方案AD5933，片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器。用频率发生器产生的信号来激励待测阻抗，待测阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理[14]。DFT算法在每个频率上返回一个实部数据字和一个虚部数据字[15]。功能框图见图1-4。图1-4AD5933功能框图AD5933将阻抗测量的相关模块集成到一块芯片上，不仅大大减小了阻抗测量系统的体积，而且价格较为低廉。不少学校或研究所推出了基于AD5933阻抗测量系统[16]，这些系统往往具备便携式、低成本等特点。此外，为了做到宽阻抗测量范围，不少研究人员设计了外围阻抗测量电路来扩展[17]。但是基于AD5933的阻抗测量方案都有一个不可避免的问题，由于AD5933自身频率发生模块的限制，频率测量范围较窄，最高限制在100kHz。
第一章绪论3图1-2输力强1260A阻抗/相位分析仪常州同惠电子股份有限公司是国内为数不多的一家专注于电子测试与测量仪器研究的企业，如图1-3所示，TH2839是同惠最新推出的阻抗分析仪，该仪器基于自动平衡电桥技术，采用四端对测试配置具有较高的精度，测试量程配置高达15个，具有较高的稳定性和一致性，测试速度最快7.7ms/次，具有较高的测试速度[13]。图1-3同惠TH2839阻抗分析仪除了这些成熟的阻抗分析仪，亚德诺半导体(AnalogDevices,Inc.)推出了一款高精度的阻抗转换器系统解决方案AD5933，片上集成频率发生器与12位、1MSPS的模数转换器。用频率发生器产生的信号来激励待测阻抗，待测阻抗的响应信号由片上ADC进行采样，然后由片上DSP进行离散傅里叶变换(DFT)处理[14]。DFT算法在每个频率上返回一个实部数据字和一个虚部数据字[15]。功能框图见图1-4。图1-4AD5933功能框图AD5933将阻抗测量的相关模块集成到一块芯片上，不仅大大减小了阻抗测量系统的体积，而且价格较为低廉。不少学校或研究所推出了基于AD5933阻抗测量系统[16]，这些系统往往具备便携式、低成本等特点。此外，为了做到宽阻抗测量范围，不少研究人员设计了外围阻抗测量电路来扩展[17]。但是基于AD5933的阻抗测量方案都有一个不可避免的问题，由于AD5933自身频率发生模块的限制，频率测量范围较窄，最高限制在100kHz。
【参考文献】：
期刊论文
[1]PCB Layout设计中采样电路走线不平衡对计量精度的影响[J]. 傅代军,王甲. 集成电路应用. 2019(03)
[2]蓝牙无线通信技术在工程中的应用与实现[J]. 王庆胜. 电子世界. 2019(02)
[3]基于入耳式耳机电阻抗特性的个性化均衡研究[J]. 项京朋,桑晋秋,郑成诗,李晓东. 应用声学. 2019(01)
[4]基于AD8302的阻抗谱自动测量系统设计[J]. 沈毅鸿,张元良. 中国测试. 2018(09)
[5]基于DDS技术的多功能信号源设计[J]. 毛群. 西昌学院学报(自然科学版). 2018(03)
[6]Android手机App程序中SQLite数据存储应用[J]. 王红伟,吴坤芳. 漯河职业技术学院学报. 2018(05)
[7]谐振振铃的原因和危害及解决方法[J]. 邹传彬,唐波,杨美军,钟志群. 电子设计工程. 2018(17)
[8]基于HMI智能串口屏显示的温湿度测量系统[J]. 刘寺杰,徐敏,张晨宇,赵娅丽. 科教导刊(下旬). 2018(08)
[9]基于TL431基准源设计的直流电源动态响应分析[J]. 张福亮,赵振江. 中国新通信. 2018(14)
[10]基于Android与BLE的蓝牙通信系统的实现[J]. 万燕,李丽丽. 科技创新与应用. 2018(16)
硕士论文
[1]14位逐次逼近式模数转换器设计[D]. 杨姝.吉林大学 2018
[2]有源正激控制器中软启与保护电路的研究设计[D]. 冯磊.电子科技大学 2018
[3]电源分配网络时域分析与去耦设计[D]. 白钰杰.西安电子科技大学 2017
[4]硝酸镉污染粉土的物理力学性能和电化学阻抗谱试验研究[D]. 张雪兰.太原理工大学 2017
[5]基于FPGA的任意波形产生及加载研究[D]. 左方明.东南大学 2017
[6]基于FPGA的手指多模态身份识别系统设计[D]. 孙中海.浙江工业大学 2016
[7]基于AD5933的阻抗测量系统设计与实验研究[D]. 谢昱昊.东南大学 2016
[8]腕带式阻抗脉搏波检测方法[D]. 贺建满.天津大学 2016
[9]基于阻抗失配的EMI滤波器设计研究[D]. 董舒.华中科技大学 2015
[10]基于自动平衡电桥方法阻抗测量系统的研究[D]. 尹虎承.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3349173
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