QCM液相检测精密信号发生器的研究

发布时间：2017-07-18 05:02

  本文关键词：QCM液相检测精密信号发生器的研究

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【摘要】：石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)是一种新型的灵敏度极高的质量传感器,可以在纳克量级精确的测量质量变化。由于其具有工作温度范围广、稳定性好、体积小等诸多优点,目前石英晶体微天平已在生物化学、环境监测、表面化学等众多领域得到应用。然而现阶段QCM主要是通过震荡电路这一方式实现,因与外界接触,QCM作为谐振器Q值受限,稳定度不高,且在液相环境下进行检测时,由于衰减很大,通过振荡电路来检测频率,往往因为停振而造成无法测量,所以只能使用网络分析仪来进行检测,然而网络分析仪不仅贵重,且不方便进行现场检测。因此,一个体积较小、价格低廉、便于携带且高精度的QCM信号发生器的研究就显得尤为重要。在电子类的仪器中,发生器可以说是要经常使用的,在很多方面都可见其身影,比如学生教学和远程测量等。直接数字频率合成(DDS)是第三代频率合成技术,主要技术是相位的增加通过数字信号来控制,其包括波形存储表、累加器和模数转换,在使用中,一般要接滤波器。与传统的频率合成器相比,不仅具有传统频率合成无法媲美的高分辨率,还具有频率切换快及切换时相位连续和低噪声及成本低等优点。本文介绍了频率合成技术的发展历史,对比分析了各种小步进频率合成技术优缺点,根据指标要求和结合具体背景,设计了MCU+DDS的系统方案,介绍了AD9854芯片的一些简单使用,并详细的说明了硬件实现和软件流程,以及软件实现语言和工具的阐述。本文基于信号发生器的总体实现方案,分别设计了AD9854信号发生模块、单片机模块、电源模块、滤波器模块以及ISP接口下载模块、JTAG在线仿真模块和串口通信模块。系统软件部分分别设计了上位机控制模块及频率控制模块,包括用户交互界面、AD9854的传输转换、AD9854的频率控制字设计和按键扫描模块。最后对系统进行调试及测试,并分析测试结果及误差。
【关键词】：石英晶体微天平 频率合成 DDS AD9854
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH715.11;TN74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 直接数字频率合成技术发展现状11
• 1.3 本文主要工作11
• 1.4 本论文的结构安排11-13
• 第二章 频率合成技术概述13-28
• 2.1 频率合成技术13-17
• 2.1.1 直接频率合成技术13-14
• 2.1.2 间接频率合成技术14-15
• 2.1.3 直接数字频率合成技术15-17
• 2.2 DDS原理及特点17-19
• 2.3 DDS的结构19-24
• 2.3.1 相位累加器19-21
• 2.3.2 正弦查找表21-23
• 2.3.3 D/A变换器23-24
• 2.4 杂散分析24-27
• 2.4.1 杂散来源24-26
• 2.4.2 杂散抑制方法26-27
• 2.5 本章小节27-28
• 第三章 系统框架设计28-38
• 3.1 主要指标28
• 3.2 方案设计28-32
• 3.2.1 DDS+PLL方案28-31
• 3.2.2 单片机控制DDS方案31-32
• 3.3 DDS芯片介绍32-35
• 3.3.1 芯片的选取32-33
• 3.3.2 AD9854简述33-35
• 3.4 AVR单片机使用介绍35-37
• 3.5 本章小节37-38
• 第四章 信号发生器的硬件设计38-53
• 4.1 电源模块38-40
• 4.2 单片机模块及外围电路40-45
• 4.2.1 MCU控制设计40-41
• 4.2.2 ISP下载设计41-43
• 4.2.3 串.通信和JTAG仿真设计43-45
• 4.3 信号产生模块45-48
• 4.4 滤波器的设计48-52
• 4.5 注意事项52
• 4.6 本章小节52-53
• 第五章 信号发生器软件设计53-66
• 5.1 方案的选择53-56
• 5.1.1 开发工具简介53-55
• 5.1.2 整体设计介绍55-56
• 5.2 模块程序设计56-62
• 5.2.1 AVR控制模块56-58
• 5.2.2 串.通信模块58-60
• 5.2.3 信号产生程序设计60-62
• 5.3 上位机程序设计62-65
• 5.4 本章小节65-66
• 第六章 系统联调66-74
• 6.1 系统连接及调试66-67
• 6.2 实验结果及分析67-73
• 6.3 本章小节73-74
• 第七章 总结74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-78
• 附录 178-80
• 附录 280-94

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本文编号：556065