■ 前言

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本文讨论了基于AD5934构建阻抗变换模块。并对于它测试相应的阻抗进行实验。

 

01电路设计

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1.原理图设计¹

^{▲ 实验电路板 原理图}

2.PCB版图

^{▲ 实验电路板PCB}

电路板输出接口从右到左，前四个的功能定义如下表。后面四个是用于调试使用。

管脚(从右到左)	符号	功能
1	MCLK	转换时钟。从DS345给出
2	VOUT	激励信号。从板上AD8606运放输出
3	GNDA	模拟地
4	VIN	信号输入。进入板上AD8606跟随

3.C51程序

• 时钟频率35MHz， UART：460800

C51程序以及Python程序详见后面的附录。

^{▲ 基于面包板进行测试和实验}

 

02测试结果

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1. AD5934与AD5933区别

• 1. AD5934只能使用外部时钟信号
  如果没有外部时钟信号，AD534将不会工作。Init(10,1)与init(10,0)作用是相同的；

• 2.时钟设置是，需要使用DIV=16
  在吊桶setsweep（）时，需要提供div=16（缺省为4）。这使得AD5934的AD采样速率也比起AD5933减少了4倍；

• 3.激励信号扫描范围比起AD5933降低4倍
  在 使用AD5933分析复阻抗的时钟频率设置 给出了扫描时钟工作的范围。相遇AD5934需要将所有的时钟频率降低4倍。比如给定了$f_{osc}$，那么激励信号的范围：

其中$f_{osc}$的单位是MHz。

DS345时钟幅度设置：Amplitude:2Vpp; Offset:1V。

^{▲ MCLK时钟的波形：Amplitude=2Vpp, Offset=1V}

在博文 AD5933阻抗模块测量值校正 给出了校正与计算相关的公式。

2.一些典型的测量数据

• 校正电阻采集数据和测量数据

工作条件：$f_{osc}=1MHz$；扫频范围：（100,5100）；扫描模式：SWEEP_MODE：1
输出信号的幅值：Vpp=2V

^{▲ 输出信号的波形和幅值}

下面是采集到的在10kΩ分压下的采集信号。

^{▲ 使用两个10kΩ电阻进行的校正数据。}

^{▲ 对校正电阻自身测量的结果}

^{▲ 测量带有谐振腔的压电陶瓷蜂鸣器}

^{▲ 测量电容222对应的结果}

^{▲ 测量电感的感抗0.1H}

3.测量一些低阻器件

^{▲ 使用51欧姆的分压采集到的校正数据}

^{▲ 对于51欧姆校正电阻的测量数据}

^{▲ 测量3Ω扬声器的数据}

^{▲ 测量低音扬声器的阻抗}

^{▲ 测试51欧姆电阻}

4.测量一些高阻谐振器件

^{▲ 使用100kΩ采集到的校正数据}

^{▲ 对于20kHz工字电感谐振电磁传感器的测量}

 

※ 结论

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通过上面的实验，可以看到模块设计达到了对应的功能。

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
#
# Note:
#============================================================from headm import *
import ad5933
from tsmodule.tsstm32       import *
from tsmodule.tsvisa        import *
from tsmodule.tsdraw        import *#------------------------------------------------------------
printf('Begin testing:\a')#------------------------------------------------------------
calflag = 0
if len(sys.argv) > 1:calflag = int(sys.argv[1])calname = 'testcal'
SWEEP_MODE = 1Resistor=100e3
fosc = 10startf = 15e3
stepf = 20
numf = 500#------------------------------------------------------------
if calflag == 0:f1, R1, I1, A1 = tspload(calname, 'f', 'R', 'I', 'A')R1 = list(R1)I1 = list(I1)if len(f1) != numf+1:printf("NUMF is not equal to calibrate length:(%d,%d)"%(len(f1), numf))exit()#------------------------------------------------------------
ad5933.init(20, 1)#------------------------------------------------------------while True:f = ad5933.setsweep(startf, stepf, numf, oscf=fosc, div=16)time.sleep(1.5)ad5933.sweep(SWEEP_MODE)while True:time.sleep(.5)val = stm32val()if val[12] > 0: breakprintf('\a')R,I = stm32memo(2)if len(R) == len(f): breakelse:printf('ERROR: %d != %d.\a'%(len(R), len(f)))if len(R) < len(f) / 2: continue;if calflag == 0:f = linspace(f[0], f[-1], len(f1))R = linspace(R[0], R[-1], len(f1))I = linspace(I[0], I[-1], len(f1))break#------------------------------------------------------------
A = [sqrt(r**2+i**2) for r,i in zip(R,I)]
if calflag == 1:tspsave(calname, f=f, R=R, I=I, A=A)#------------------------------------------------------------
if calflag != 0:plt.plot(f, R, label="Real")plt.plot(f, I, label="Imaginary")plt.plot(f, A, label='Amplitude')plt.xlabel("Frequency(Hz)")plt.ylabel("Value")plt.grid(True)plt.legend(loc="upper right")plt.show()exit()#------------------------------------------------------------
Xabs = []
Xphase = []
for Rc,Ic,Rm,Im in zip(R1,I1,R,I):a = Resistor * Rmb = Resistor * Imc = 2*Rc - Rmd = 2*Ic - Imccdd = c*c+d*dx = a*c/ccdd + b*d/ccddy = -a*d/ccdd + b*c/ccddXabs.append(sqrt(x*x+y*y))Xphase.append(arctan2(y, x)*180/pi)tspsave('Impedance',f=f, xabs=Xabs, xphase=Xphase)#------------------------------------------------------------
plt.subplot(311)
plt.plot(f, R, label="Real")
plt.plot(f, I, label="Imaginary")
plt.plot(f, A, label='Amplitude')
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Value")
plt.grid(True)
plt.legend(loc="upper right")plt.subplot(312)
plt.plot(f, Xabs)
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Amplitude(ohm)")
plt.grid(True)plt.subplot(313)
plt.plot(f, Xphase)
plt.xlabel("Frequency(Hz)")
plt.ylabel("Phase")
plt.grid(True)#------------------------------------------------------------
plt.show()#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================

#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# AD5933.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
#
# Note:
#============================================================from head import *
from tsmodule.tsstm32       import *#------------------------------------------------------------def init(settletime=100, extclock=0):if extclock > 0:stm32cmd('writeb 81 8')else:stm32cmd('writeb 81 0')time.sleep(0.02)stm32cmd('writeb 80 b1')    # Enter standby modestm32cmd('writei 8a %x'%settletime)time.sleep(0.02)def temperature():data = stm32cmdata('readt', wait=200)if len(data) > 0:return data[0] / 32else: return 0def setsweep(startf, incf, num=100, oscf=16.557, div=4):startn = int(startf * (2**27) * div / (oscf*1e6))incn   = int(incf * (2**27) * div / (oscf*1e6))stm32cmd('writel 82 %x'%startn)time.sleep(.02)stm32cmd('writel 85 %x'%incn)time.sleep(.02)stm32cmd('writei 88 %x'%num)time.sleep(.02)stm32cmd('writeb 80 b1')        # Standbytime.sleep(.02)stm32cmd('writeb 80 11')time.sleep(.02)fdim = []for n in linspace(startn, startn + incn * num, num+1, endpoint=True):fdim.append(n * oscf * 1e6/div/(2**27))return fdimdef startf(resultflag = 0):if resultflag > 0:stm32cmd('writeb 80 21 1')else:stm32cmd('writeb 80 21')def incf(resultflag = 0):if resultflag > 0:stm32cmd('writeb 80 31 1')else:stm32cmd('writeb 80 31')def repeatf(resultflag = 0):if resultflag > 0:stm32cmd('writeb 80 41 1')else:stm32cmd('writeb 80 41')def readdata():return stm32cmdata('readd', wait=100)def sweep(code=0x1):stm32cmd('CLEAR')time.sleep(.02)stm32cmd('sweep %x'%code)#------------------------------------------------------------if __name__ == '__main__':tdim = []for i in range(10):data = temperature()tdim.append(data)time.sleep(.1)printf(tdim)#------------------------------------------------------------
#        END OF FILE : AD5933.PY
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1. AD工程文件:AD\Test\2020\AD5933\AD59348G1k.PcbDoc * ↩︎