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          阻抗測量芯片AD5933及其應(yīng)用

          作者: 時(shí)間:2017-02-06 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏


          2.2內(nèi)部寄存器定義及設(shè)置
          AD5933片上有9個(gè)寄存器。這些寄存器分別實(shí)現(xiàn)不同的參數(shù)設(shè)置功能,表2中給出了它們的名稱、地址和讀寫特性。
          表2內(nèi)部寄存器




          起重大部分寄存器已經(jīng)在上面提到過了。首先主要介紹一下控制寄存器??刂萍拇嫫髦饕獙?shí)現(xiàn)AD5933各參數(shù)的設(shè)置以及工作狀態(tài)的設(shè)定。表3給出了控制寄存器各個(gè)位的功能定義。控制寄存器由兩個(gè)8位的寄存器組成,地址分別為80h和81h,在使用時(shí),用戶可以只改變其中一個(gè)寄存器的值,而另外一個(gè)寄存器的值不變。當(dāng)給控制寄存器寫入復(fù)位命令時(shí)不會(huì)使得已經(jīng)編程好的和頻率掃描有關(guān)的設(shè)置復(fù)位,和頻率掃描有關(guān)的值為起始頻率,頻率增量和頻率點(diǎn)數(shù)。在復(fù)位命令之后,必須寫入開始頻率命令到控制寄存器來重新開始頻率掃描過程。上電之后控制寄存器的缺省值為A000H。
          表3AD5933內(nèi)部寄存器位定義




          除了控制寄存器外,需要注意的還有狀態(tài)寄存器,狀態(tài)寄存器的地址是8Fh。狀態(tài)寄存器來標(biāo)志測量的結(jié)束。D7到D0各位分別表示AD5933的不同功能狀態(tài),其中D4至D7沒有實(shí)際意義,不表示任何測量狀態(tài)。(D0表示溫度測量 完成時(shí),這位被置1)。D1表示一個(gè)頻率點(diǎn)的阻抗測量,當(dāng)完成當(dāng)前頻率點(diǎn)的阻抗測量時(shí),這位被置1,同時(shí)表明實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)寄存器中已經(jīng)存入測量結(jié)果。在接到開始,跳到下個(gè)頻率點(diǎn),重復(fù)當(dāng)前頻率或復(fù)位等命令時(shí)該位被自動(dòng)復(fù)位,在上電時(shí)這位也被復(fù)位。D2表示頻率掃描完成,當(dāng)所有的頻率點(diǎn)都測量結(jié)束時(shí)該位被置1,當(dāng)接受到復(fù)位命令或上電時(shí)這位被復(fù)位。
          2.3AD5933與控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸
          AD5933與控制系統(tǒng)的通訊是用 實(shí)現(xiàn)的,作為 設(shè)備使用,遵守 通訊的時(shí)序。它有一個(gè)七位的設(shè)備地址0001101。當(dāng)控制系統(tǒng)寫入到AD5933時(shí)沒有什么特別說明的,當(dāng)從AD5933讀數(shù)據(jù)時(shí),首先要寫入B0h到AD5933,然后寫入要讀出數(shù)據(jù)的寄存器地址,讀出寄存器的值。

          2.4溫度測量實(shí)現(xiàn)
          AD5933片上的溫度傳感器是一個(gè)13位的數(shù)字溫度傳感器,第14位是一個(gè)標(biāo)志位。溫度傳感器可以精確測量周圍器件的溫度。溫度傳感器的測量范圍是-40℃到+125℃,當(dāng)溫度達(dá)到+150℃時(shí),當(dāng)工作在電壓和溫度的最大規(guī)格時(shí),結(jié)構(gòu)完整性將受到破壞。測量溫度的精度為±2℃。
          溫度測量過程的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由內(nèi)部產(chǎn)生,只有從串口讀取或?qū)懭霐?shù)據(jù)才需要外部時(shí)鐘。一般模式下,內(nèi)部時(shí)鐘自動(dòng)完成轉(zhuǎn)換過程。默認(rèn)情況下溫度傳感器處于掉電狀態(tài),要啟動(dòng)溫度測量需要在控制寄存器中寫入溫度測量控制字,在測量完成后溫度傳感器自動(dòng)關(guān)閉,直到下次接受到命令再啟動(dòng)。用戶可以通過讀取狀態(tài)寄存器的值來檢查溫度測量是否結(jié)束,溫度測量的結(jié)果保存在92h和93h中。其中有14位是有用數(shù)據(jù),最高兩位沒有意義。DB13是一個(gè)標(biāo)志位。表4中給出了部分測量數(shù)據(jù)與實(shí)際溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。對(duì)于具體的溫度測量數(shù)據(jù)可以通過公式得到,如果測量溫度為正,則等于所得數(shù)據(jù)的十進(jìn)制表示值除以32。如果測量溫度值為負(fù),且把DB13的值也計(jì)算在內(nèi),則等于測得數(shù)據(jù)的十進(jìn)制值減去16384后再除以32,若不把DB13的值計(jì)算在內(nèi),則等于測量數(shù)據(jù)的十進(jìn)制值減去8192后再除以32。

          3阻抗測量過程實(shí)現(xiàn)

          3.1AD5933測量阻抗模值計(jì)算
          上面已經(jīng)提到在頻率掃描過程中,各個(gè)頻率點(diǎn)上都可以得到實(shí)部值R和虛部值I兩個(gè)值,通過它們可以計(jì)算傅立葉變換之后的模值,模值=

          。計(jì)算之前先把實(shí)部和虛部值用十進(jìn)制表示。但這只是傅立葉變換后的結(jié)果,要想得到阻抗的實(shí)際值必須乘以一個(gè)校準(zhǔn)系數(shù),這里稱這個(gè)系數(shù)為增益系數(shù)。
          下面給出一個(gè)計(jì)算增益系數(shù)的例子。當(dāng)輸出電壓范圍為2V,標(biāo)定電阻為200kΩ,可編程放大器設(shè)置為1,電流電壓轉(zhuǎn)換放大器增益電阻為200 kΩ,激勵(lì)頻率為30kHz,在這個(gè)頻率點(diǎn)上得到的實(shí)部和虛部值分別為F064、227E,轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制分別為-3996、8830,則傅立葉變換后的模值=

          ,則增益系數(shù)為標(biāo)定電阻的倒數(shù)除以計(jì)算得到的模值,即(1/200kΩ)/9692.106=515.819E-12。
          下面再給出一個(gè)已知增益系數(shù)、被測電阻的實(shí)部和虛部值計(jì)算被測電阻阻值的例子。假設(shè)被測電阻為510kΩ,激勵(lì)頻率為30kHz,測量得到的實(shí)部和虛部值分別為-1473和3507,則計(jì)算得到的模值為3802.863。電阻值=1/(增益系數(shù)×模值)=1/(515.819E-12×3802.863) =509.791kΩ。
          對(duì)于不同的測量頻率點(diǎn)增益系數(shù)是不同的,所以在不同的頻率點(diǎn)上要分別計(jì)算增益系數(shù)。
          在測量過程中可以通過限制電阻的測量范圍來優(yōu)化測量性能。表4給出6個(gè)不同的阻抗范圍作為參考,它們所選擇的輸出電壓范圍均為2V,可編程增益放大器設(shè)置為1。
          表4測量阻抗范圍設(shè)定



          3.2相角計(jì)算及校準(zhǔn)
          在阻抗測量過程中不僅僅要關(guān)注電阻的模值,還要知道相角的大小,相角值= 。和模值一樣相角也要進(jìn)行校準(zhǔn)。首先對(duì)標(biāo)定電阻進(jìn)行測量,得到標(biāo)定電阻的相角,測量電阻的實(shí)際相角等于測量計(jì)算得到的值減去標(biāo)定電阻的相角值。值得注意的是測量時(shí)通過 得到的相角是在-90º到+90º之間的,所以要根據(jù)R和I所決定的象限來把相角變換到所在象限內(nèi)。如果R<0,I>0則說明在第二象限,所以計(jì)算時(shí)要把相角加上180º;如果R<0,I<0則是在第三象限,計(jì)算時(shí)要把相角減去180 º。


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