基于MSP430單片機(jī)的智能阻抗測量儀設(shè)計(jì)

摘要：為了智能小巧高靈敏度地測量電阻、電感和電容，基于MSP430單片機(jī)控制、FPGA數(shù)字信號處理，設(shè)計(jì)了一個(gè)智能化的LRC(電感、電阻、電容)測量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)使用較少模擬器件，可以實(shí)現(xiàn)對電阻、電感、電容元件的自動(dòng)識(shí)別。自動(dòng)切換檔位和測試頻率以保證測量精度，具有良好的顯示界面，測量范圍廣，體積小等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：MSP430單片機(jī)；智能測量；FPGA數(shù)字信號處理；自動(dòng)識(shí)別

0 引言
RLC單獨(dú)測量的方法有很多，對電阻的測量最為簡單。電容電感對時(shí)變信號敏感，可將電容電感轉(zhuǎn)換成與電量、時(shí)間和頻率相關(guān)的物理量，通過對電量、時(shí)間或頻率的測量獲得電感電容值。目前通過不同的模擬電橋電路可以實(shí)現(xiàn)RLC參數(shù)的較精確測量，在測量時(shí)需要預(yù)先甄別RLC類型再選著合適的測量電橋和測量頻率，因此測量時(shí)智能化水平不高。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的成熟，以及AD芯片性能的提升，采用數(shù)字信號處理的方法逐漸替代了傳統(tǒng)模擬測量信號相位、頻率、幅度信息，降低了模擬器件的使用量和系統(tǒng)復(fù)雜程度，便于智能化控制。
基于MSP430的智能LRC測量系統(tǒng)，利用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路將信號量化處理，F(xiàn)PGA進(jìn)行高速數(shù)字信號處理獲得信號相位、幅值信息。這樣不僅減少了模擬器件的數(shù)量，也減少了信號傳輸中的衰減和模擬器件溫度變化以及供電變化等引入的附加干擾。此外，采用MSP430單片機(jī)的智能控制技術(shù)，使測量系統(tǒng)具備自動(dòng)分析、識(shí)別、計(jì)算的能力。用戶只需開機(jī)接入待測量元件即可獲得待測元件的RLC值。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用矢量比例法測量RLC的方法，如圖1所示。圖中參考阻抗用標(biāo)準(zhǔn)阻抗R0代替Z0，可推導(dǎo)出：

由式(2)～(4)可知，只要知道Vx，V0實(shí)部、虛部就可以測量待測R，L和C的值。

系統(tǒng)測量過程中總體信號流程如圖2所示，系統(tǒng)首先需要產(chǎn)生頻率非常穩(wěn)定的正弦波作為圖1的信號源，接入待測元件后，由于V0信號不便直接測量，因此需要減法電路做差后求得V0。為了保證測量精度，系統(tǒng)采用高速高精度的AD芯片進(jìn)行兩通道交流信號同步采樣，采樣前需要將信號差分化處理。當(dāng)采樣完成后，數(shù)據(jù)傳給FPGA進(jìn)行傅里葉變換。利用傅里葉分析法，對采樣的信號進(jìn)行FFT變換就能分離出V0，Vx的實(shí)部和虛部。FPGA分離出的V0，Vx的實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)MSP430F4617計(jì)算，結(jié)果將顯示在液晶顯示器上。