基于单片机的阻抗测量电路设计及其应用.docx

摘  要：本设计比较并分析了三种不同的测量阻抗方法：电桥法、谐振法、矢量伏安法，最终选取利用了基于矢量伏安法的阻抗测量原理，研制了一种基于STC12C5A60S32和AD5933的方便携带的测量阻抗的装置。着重分析了AD5933测量的阻抗电路的设计原理和STC12C5A60S32软件校正算法。与传统的阻抗分析仪相比，该装置采用AD5933实现对待测阻抗网络的阻抗测量，并利用继电器法实现了测量量程的自动切换，还能调节输出信号的不同频率，最终通过良好的人机界面来实时控制与显示（LabVIEW）。在软件方面，该装置利用中值滤波算法降了低系统的测量误差。另外在论文的最后将该阻抗测量装置与石墨烯二维材料进行组合，基于石墨烯二维材料的频率与相位的线性特性，通过对相位的测量来换算出频率，最终完成了一种新型鉴频器。实验结果表明，该设计方案结构简单明了，测量精度能满足大部分工程的应用。

关键词：阻抗测量；矢量伏安法；DDS测量电路；中值滤波；STC12C5A60S32；石墨烯二维材料；鉴频器；

目录

摘要

Abstract

1 引言-1

1.1课题设计的背景和意义-1

1.2 课题研究内容-1

2 系统方案的选择-2

2.1 阻抗的定义-2

2.2系统方案论证与比较-2

2.2.1 方案一：电桥法-2

2.2.2 方案二：谐振法-4

2.2.3 方案三：矢量伏安法-5

2.3系统方案-6

3 系统硬件的设计-7

3.1 STC12C5A60S32单片机系统设计-7

3.2 阻抗测量电路设计-7

3.2.1 AD5933芯片简介-7

3.2.2 AD5933工作原理-9

3.2.2.1 AD5933寄存器的参数设置-9

3.2.2.2 AD5933反馈电阻的选取-10

3.2.2.3 AD5933内部数据处理-10

3.2.3AD5933应用电路设计-11

3.2.4自动量程切换电路设计-12

3.3 显示软件—LabVIEW-13

4 系统软件的设计-15

4.1 编程环境介绍-15

4.2通行协议I2C简介-15

4.3 AT24C02芯片-16

4.3.1 芯片简述-16

4.3.2 相关应用代码-16

4.4 软件流程图-17

4.5自动量程切换算法设计-18

4.6 中值滤波算法设计-18

5 实验验证-20

5.1测试方法与10K单点电阻的调试-20

5.2 电阻、电容、电感的实测-21

5.3误差分析-22

6 拓展应用—鉴频器-23

6.1 应用原理-23

6.2 数据测量-23

6.3数据分析-26

参考文献-27

致谢-28

附录A 原理图-29

附录B测量数据与结果-31

附录C程序清单-35