基于MSP430单片机的智能阻抗测量仪设计

2．6 函数发生器模块
在图1测量原理中，测量是工作在正弦信号的条件下，要保证测量的精度，测量频率必须保证相当稳定。所以，利用晶体振荡器振荡频率稳定性高的特点来获得测量频率将很好的保证我们测量的稳定性。同时利用单片机定时器分频晶振产生的频率，可以获得频率稳定性高的各种频率。单片机的定时器输出为方波信号，要获得正弦信号，需要对方波信号进行滤波，将方波的中心频率信号滤出并保证相当的信号强度，因此需要设计一款性能良好的滤波器。此外，设计的滤波器必须有较高的Q值以提高选频特性。其电路原理如图5所示。

图中电路实质是双二次带通滤波器，它的特点是调整过程十分简单，增益由改变R1调整，Q由改变R2调节，而改变R3则影响输出频率。单片机输出方波信号从图5中R1输入后，经双二次带通滤波器滤波后输出正弦信号。系统通过单片机控制的双刀双掷模拟开关CD4052选择不同的电容C来实现测量频率的自动切换。此外，为了减小温度影响，电路中R1，R2，R3采用由正负温度系数电阻按一定比例串联的温度补偿设计。

3 系统软件设计
系统软件设计包括主程序、MCU与FPGA通信子程序、键盘子程序、液晶显示子程序、数据处理子程序。
主程序设计流程为开始后先进性初始化，关闭看门狗以防止程序初始化时被复位，将系统时钟初始化，接着是对各模块(指针、液晶、键盘扫描、模拟开关端口)等子系统指针初始化，然后进入测量调整阶段。测量调整阶段先进行键盘扫描(键盘扫描主要用在调试阶段最终不需要键盘输入)设置标志位，设置定时器控制输出方波频率并根据键盘标志位判断是否需要进行手动频率切换，控制模拟开关自动选择参考电阻，通知FPGA进行信号处理，并根据初步测量结果进行频率和R0调整，对测量结果进行修正，最终控制液晶输出测量结果。主程序设计流程图如图6所示。

4 结果及讨论
测量值与数字电桥测量值对比如表1～表3。

设计的RLC测量仪的电阻测量范围为50 Ω～20 MΩ，误差在5％以内，电感测量范围为1 mH～1 H，误差在为8％以内，电容测量范围为100 pF～50μF，误差在5％以内。
设计采用了单片机智能控制技术，实现了系统的智能化控制和输出。高速A／D采样转换技术，实现了信号的高速转换以及数据的高速采集。基于FPGA的数字信号处理技术，实现了数据的高速处理计算。目前该装置由于模拟开关内部电阻较大(约120 Ω)限制了部分范围的RLC测量精度，需要改用导通电阻更小的模拟开关来完善。