基于單片機(jī)的生物電阻抗頻譜測量系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)平臺是由測量對象和電極組成的電極系統(tǒng)，其中電極采用自制的共面電極，如圖2所示。首先在合適的測量環(huán)境下，準(zhǔn)備好測量對象，啟動測量系統(tǒng)。單片機(jī)通過控制DDS芯片產(chǎn)生由低頻到高頻的正弦信號，作用于電極系統(tǒng)，測量系統(tǒng)對信號處理后通過單片機(jī)內(nèi)部的A／D轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)存儲于單片機(jī)內(nèi)。單片機(jī)通過對數(shù)據(jù)分析處理，將不同頻率時|Zx|和θ(ω)的值通過液晶對應(yīng)顯示，同時將數(shù)據(jù)存儲在SD卡中。PC機(jī)可以通過USB接口直接讀取SD卡中的信息并分析。

2. 2 信號源部分
信號發(fā)生器是系統(tǒng)的重要組成部分，要保證輸出的正弦波信號失真小，幅值穩(wěn)定且具有幅值、相位和頻率可調(diào)的功能。該系統(tǒng)采用直接頻率合成(Direct DigitalSynthesizer，DDS)技術(shù)，選用AD9852芯片來產(chǎn)生電壓信號。AD9852是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的新型直接數(shù)字頻率合成器，具有頻率轉(zhuǎn)化速度快、頻譜純度高、工作溫度范圍寬、集成度高等特點(diǎn)。工作電壓為3．3 V，片內(nèi)有4～20倍可編程時鐘乘法電路，系統(tǒng)最高時鐘可達(dá)300 MHz，輸出頻率可達(dá)120 MHz，頻率轉(zhuǎn)化速度小于1μs。內(nèi)部有12位D／A轉(zhuǎn)化器、48位可編程頻率寄存器和14位可編程相位寄存器，具有12位振幅調(diào)諧功能，能產(chǎn)生頻率、相位、幅度可編程控制的高穩(wěn)定模擬信號，完全能滿足實(shí)驗(yàn)要求。信號源的電路原理框圖如圖3所示。

信號源的時鐘采用外接一個20 MHz的有源晶振，通過內(nèi)部時鐘乘法器倍頻得到系統(tǒng)時鐘。由于DDS芯片直接輸出的信號中帶有內(nèi)部時鐘的干擾成份，為了抑制雜散，在AD9852輸出端要加低通濾波器。
AD9852的最大輸出幅度由5，6腳的電阻器RSET決定，RSET=39．93／IOUT。AD9852輸出電流范圍是5～20 mA。在輸出典型值為10 mA時，可提供最好的SFD(Spurious Free Dynamic range)性能，因此選擇RSET=3．9 kΩ。而數(shù)模變換器的輸出電壓幅度為-O．5～+1 V，輸出信號功率不能直接滿足要求，所以還要對輸出信號進(jìn)行放大。