基于ARM的阻抗测量系统的设计

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阻抗是描述网络和系统的一个重要参量,是一个复杂的量值,且随施加其上的信号频率和电压的变化而变化。在集中参数系统中,表明能量损耗的参量是电阻元件R,而表明系统储存能量及其变化的参量是电感元件L和电容元件C。严格地分析这些元件内的电磁现象是非常复杂的,因而在一般情况下,往往把它们当作不变的常量来进行测量。需要指出的是,在阻抗测量中,测量环境的变化、信号电压的大小及其工作频率的变化等都将直接影响测量的结果。为了实现阻抗的高精度测量,提出了在不同的频率范围内测量,得到被测物体的阻抗。本论文阐述了STM32控制的阻抗测量系统的设计和实现方法。STM32是ST公司推出的基于Cortex-M3内核的32位微控制器系列,采用高效的哈佛结构、三级流水线,拥有独立的指令总线和数据总线,能够满足控制领域的高实时性要求;在本系统中STM32处理器主要完成对同步正交信号源的控制、AD的采集、对阻抗的计算、液晶显示测试结果。在软件设计方面,使用STM32官方提供的完整、高效的固件库,无需使用汇编操作外设特性,减小了代码开发的周期、降低了开发的难度,提高了程序的可读性和易维护性。阻抗测量系统需要两路同频严格正交信号源,且信号频率在要求范围内程控可调,采用直接数字频率合成技术,以DDS芯片AD9854为核心,设计了用于阻抗测量系统所需的同步正交信号源。采用双差分减法器从而实现了阻抗到电压的转换,为了有效的抑制噪声干扰,采用了双相锁定放大器。同步信号源0°参考信号为阻抗转换电路提供驱动,转换后的电压信号经过乘法器MLT04,分别和同步信号源的0°和90°参考信号相乘,实现了阻抗的虚、实部分离,两路信号经过低通滤波器后,用两路AD同时进行采集,得到被测对象的阻抗值。最后,对基于ARM的阻抗测量系统的设计进行了测试和验证。被测模拟电路选用了一阶RC低通滤波器,实验结果表明,该方法具有测量自动化程度高、测试结果误差小、抗干扰能力强。
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