基于單片機的生物電阻抗頻譜測量系統

實(shí)驗平臺是由測量對象和電極組成的電極系統，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，準備好測量對象，啟動(dòng)測量系統。單片機通過(guò)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，測量系統對信號處理后通過(guò)單片機內部的A／D轉換，將數據存儲于單片機內。單片機通過(guò)對數據分析處理，將不同頻率時(shí)|Zx|和θ(ω)的值通過(guò)液晶對應顯示，同時(shí)將數據存儲在SD卡中。PC機可以通過(guò)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)生器是系統的重要組成部分，要保證輸出的正弦波信號失真小，幅值穩定且具有幅值、相位和頻率可調的功能。該系統采用直接頻率合成(Direct DigitalSynthesizer，DDS)技術(shù)，選用AD9852芯片來(lái)產(chǎn)生電壓信號。AD9852是美國Analog Devices公司生產(chǎn)的新型直接數字頻率合成器，具有頻率轉化速度快、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，片內有4～20倍可編程時(shí)鐘乘法電路，系統最高時(shí)鐘可達300 MHz，輸出頻率可達120 MHz，頻率轉化速度小于1μs。內部有12位D／A轉化器、48位可編程頻率寄存器和14位可編程相位寄存器，具有12位振幅調諧功能，能產(chǎn)生頻率、相位、幅度可編程控制的高穩定模擬信號，完全能滿(mǎn)足實(shí)驗要求。信號源的電路原理框圖如圖3所示。

信號源的時(shí)鐘采用外接一個(gè)20 MHz的有源晶振，通過(guò)內部時(shí)鐘乘法器倍頻得到系統時(shí)鐘。由于DDS芯片直接輸出的信號中帶有內部時(shí)鐘的干擾成份，為了抑制雜散，在A(yíng)D9852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(shí)，可提供最好的SFD(Spurious Free Dynamic range)性能，因此選擇RSET=3．9 kΩ。而數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(mǎn)足要求，所以還要對輸出信號進(jìn)行放大。