1 简介
目前，复阻抗测量的一般方式是，对未知阻抗施加一定频率的激励信号，对其响应信号进行采样和数据分析，通常采用离散傅里叶变换（DFT），DFT 结果在对应频率返回响应信号的模值和相位，再通过计算进而得到被测复阻抗的模值和相位信息。
复阻抗测试设备一般需要解决以下一些问题。
（1）测量的安全性，由于测试设备所处的系统环境多样、且不确定，所以需要考虑在测试设备与主机之间加入隔离器件。
（2）从灵活性角度来讲，由于目前阻抗分析的应用各不相同，所使用的激励信号的模值和频率，阻抗的测量范围都有特定的测试范围要求。
（3）考虑到被测阻抗网络可能较为复杂，不能简单用阻性模型分析，而需要对测量信号的模值和相位同时精确分析，所以对系统精度要求较高。
（4）如果需要便携式的应用，则低功耗和小体积的设计也是尤为重要的设计因素。 ADI推出的基于AD5933的复阻抗测量仪即可解决上述的问题。
AD5933 是一款高精度的阻抗转换器系统解决方案：
• 内部DDS产生激励电压信号
• 用户可以调节激励频信号的频率和模值
• 内部 12 位ADC 对响应信号进行采样
• 内部集成DSP 在对应频点进行DFT
目录
1 简介 1
2 硬件设计 1
21 系统工作原理 1
22 系统框图 2
23 硬件电路 3
3 单片机固件设计 3
4 阻抗分析软件的设计 4
5 阻抗分析系统快速使用手册 4
51 阻抗分析系统的硬件连接 4
52 USB转 UART 驱动安装 7
53 ADuC7061 固件下载 9
54 阻抗分析系统软件安装 10
55 阻抗测量系统的操作 11
2 硬件设计
2.1 系统工作原理 系统工作原理 系统工作原理 系统工作原理 为了用电学的手段检测物体的阻抗，可将被测物体的阻抗用RC阻抗网络来建模。由于容性
阻抗在直流激励的条件下，不能泄放电荷，从而影响测量的速度和精度。因此，通常需要使用一个频率可变的交流信号来作为激励信号。 ADI公司的AD5933 是一款高精度的阻抗转换器，内部集成了 12位的ADC 和DDS可以产生交流扫频激励源为待测阻抗产生激励信号。
本参考设计中，使用低功耗的 ADuC7061 作为 MCU，通过串口与 PC 通信。另一方面，ADuC7061 通过 I2C 总线对 AD5933 进行控制和寄存器读写。AD5933 的激励源被配置成低频 50Hz至 90Hz范围。 AD5933的时钟由外部的低频晶振产生，从而提高AD5933 内部DFT的精度。AD5933 转换输出的数据通过 I2C 总线，被ADuC7061 接收后再发送至PC 端。
考虑到测量的安全性问题，本参考实际中应用了 ADI 公司的 iCoupler 磁耦隔离器件ADuM4160和ADuM5000，用于实现对测量系统电路板与PC 之间的隔离。 阻抗测量仪是由 USB 供电的，并通过 RS232 桥接模块实现 USB 到 ADuC7061 的串口之间的转换。
2.2 系统框图
阻抗测量仪的系统框图如图 2 所示。
2.3 硬件电路
阻抗测量仪的电路板实物图如图 3 所示。详细情况请参考电路板的具体电路原理图及 PCB设计。
本参考设计中采用ADuC7061 作为 MCU，采用keil UV4 作为开发工具。
ADuC7061 的 UART 经过板上的 UART 转 USB 接口后与 PC 端的阻抗分析软件进行通信，接收来自PC端的命令，然后根据命令的内容通过 I2C 总线实现对板上AD5933的控制和寄存器读写。固件的具体设计参见源代码。
ADI 提供的复阻抗测量仪，为配合硬件系统测量和演示，提供了一个专门用于测量演示的阻抗分析软件，具有人性化的图形用户界面，以便用户准确而快捷地分析观察被测阻抗的变化。
该软件可以发送命令到 ADuC7061，从而对 AD5933 进行控制，同时可以接收 AD5933 输出的 DFT 结果，并对数据进行处理。软件界面可以实时显示所计算出的阻抗大小和对应 RMS 电流的结果，并可以通过作图来显示测量得到的实际阻抗值。该软件的具体功
能包括：
• 阻抗模值分析
• RMS电流测量
• 测量模式配置
• 阻抗变化波形显示
软件读取 AD5933 的 DFT 结果，即 AD5933 的实部寄存器和虚部寄存器的数据，通过计
算可以得到该信号的模值：
与该测量系统电路板连接的两个探头是用于与被测阻抗接触的。两个探头如图 6 所示连接至
测量系统电路板。一个为参考探头，另一个是测量探头。参考探头（如图 7所示）连接到板
上的 Vout 端口，用于与参考源良好接触，提供参考电平；测量探头（如图 8 所示）与板上
的Vin 端口连接，用于测量不同被测的阻抗，从而分析其变化情况。
探头应该根据具体的被测物体特征来选择，本例中我们使用的探头为如图 7和图 8所示：
• 两个探头与测量系统电路板的接插件需匹配，客户可以根据自己的需要选择适当的
接插件
• 参考探头，用于与一定面积稳定接触以产生稳定参考，所以需要接触面积较大的探
头，其导电部分可以是棒状或是相对较大的平面
• 测量探头，则用于模拟探针，由于测量接触面积可能会很小，所以要求其导电部分
为针状
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