d江苏大学D题:阻抗网络测试仪指导老师：徐雷钧参赛学生：顾世豪陈明明孟德华系院：电子信息工程学院专业：自动化电子科学技术电子信息科学技术2012年8月网络阻抗测试仪（D题）摘要:本设计以TI公司16位超低功耗单片机MSP430F169为核心，以矩阵键盘和12864液晶屏为人机交换界面。利用两片AD9850芯片组成双路信号发生器，通过程序控制产生两路频率为1Hz-200KHz、相位差为90度的正弦波，经过低通滤波器滤除杂波，利用待测阻抗与基准阻抗分压电路和相敏检测器，检测出参考电压相量和阻抗电压向量在参考电压方向上的投影，并通过A/D芯片进行采样，将采样得到的电压信号送入单片机进行处理。自由轴法的基本思想是：待测阻抗Zx和标准阻抗Zs串联，严格要求被测参数矢量在X、Y坐标轴上投影准确正交，然后分别测出待测阻抗、标准阻抗两端的矢量电压Ux和Us在直角坐标X、Y轴上的分量，最后送入单片机经过四则运算即可求出阻抗网络的阻抗值和阻抗角。关键词：msp430；自由轴法；阻抗测量；AD9850目录一、系统方案…………………………………………………………………………31.1整体设计方案…………………………………………………………………31.1.1主要模块方案比较与论证……………………………………………41.1.2信号发生器的设计方案………………………………………………41.1.3测量方法选择…………………………………………………………51.1.4程控放大器电路的设计方案…………………………………………6二.主要模块硬件设计………………………………………………………………72.1单片机主控模块…………………………………………………………72.2按键输入与12864显示电路模块………………………………………62.3DDS双路正交正弦波产生电路模块……………………………………72.4程控放大器电路模块……………………………………………………72.5低通滤波电路模块………………………………………………………82.6基准阻抗分压电路模块………………………………………………82.6相位检测电路和A/D转换电路模块……………………………………92.7电源电路模块…………………………………………………………10软件设计……………………………………………………………………11理论分析……………………………………………………………………11测量结果与分析……………………………………………………………12六、测试仪器……………………………………………………………………12七、参考文献…………………………………………………………………….12一、系统方案1.1整体设计方案根据题目要求，系统可分为6个基本模块，包括单片机主控模块、DDS模块、显示模块、按键输入模块、控制模块。Msp430单片机是TI公司生产的16位超低功耗微控制器，性能优越，因此选用Msp430F149用于整个系统信号的控制与处理。系统框图如下所示：12864显示模块矩阵键盘Msp430单片机AD9850AD9850低通滤波低通滤波可控增益放大电路待测阻抗与基准阻抗分压电路相位检测电路电路AD转换图1系统流程框图1.1主要模块方案比较与论证1.1.1信号发生器的设计方案方案一：采用集成函数发生器产生的波形利用函数发生器如（ICL8038）产生频率可变的正弦波、方波、三角波。此方案实现电路复杂，难于调试，实现波形难度大,且要保证技术指标困难，故采用此方案不理想。方案二：采用琐相环间接合成（PLL）虽然具有工作批频率高、宽带、频谱质量好的优点，但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间长。另外由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度频率和相位等）都很难控制，而且要实现1KHZ~10KHZ大范围的频率变化相当困难，不易实现。方案三：采用直接数字式频率合成（简称DDS），利用单片机编程控制AD9850芯片，按不同的频率要求以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据。经D/A转换和幅度控制，再滤波就可以得到所需要波形。由于DDS具有相对带宽，频率转换时间极短（可小于20uf）,频率分辩率高，全数字化结构便于集成等优点，以及输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控，因此，可以完全满足本题的要求。1.1.2测量电路方案设计方案一：谐振法要求较高