用MSP430F149設計的阻抗測量系統

運算速度快

MSP430 系列單片機能在25MHz晶體的驅動(dòng)下，實(shí)現40ns的指令周期。16位的數據寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器(能實(shí)現乘加運算)相配合，能實(shí)現數字信號處理的某些算法(如 FFT 等)。

超低功耗

其次，獨特的時(shí)鐘系統設計。在 MSP430 系列中有兩個(gè)不同的時(shí)鐘系統：基本時(shí)鐘系統、鎖頻環(huán)(FLL 和FLL+)時(shí)鐘系統和DCO數字振蕩器時(shí)鐘系統?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器(32768Hz)，也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。由系統時(shí)鐘系統產(chǎn)生 CPU 和各功能所需的時(shí)鐘。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現對總體功耗的控制。

1 系統結構

系統采用TI公司的MSP430F149單片機。該單片機有60 KB Flash、2 KB RAM，具有強大的數據處理能力。單片機通過(guò)向AD9852發(fā)送頻率字、幅度字從而控制正弦波的頻率、幅度。正弦波經(jīng)過(guò)電流轉電壓、功率放大等電路作用后，經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈T1隔離作用于人體，同時(shí)由線(xiàn)圈TFl和T2感應出的電流、電壓相對量，經(jīng)過(guò)程控放大器和真有效值轉換后，進(jìn)入單片機，進(jìn)行A/D轉換。單片機根據電流、電壓值計算出電阻，再通過(guò)串口傳輸給PC機。其系統結構框圖如圖1所示。

IC選用LM324型運算放大集成電路。

2 硬件電路

2.1 電流、電壓測量電路

圖3所示為電流測量電路原理。為了在不同幅度下都能準確測量電流，在峰一峰值轉有效值電路前加了一片程控放大器，單片機通過(guò)輸出增益控制使得即使前端電壓很小時(shí)也能將其提高到一定程度，達到準確測量的目的。同樣，在電流測量電路中，也使用了同樣的原理圖。

2.2 RS485電路

圖4所示的單片機與RS485通信轉換電路中，通過(guò)3個(gè)光耦器件對單片機電路和RS485總線(xiàn)進(jìn)行隔離，提高系統的抗干擾能力。采用SP485E來(lái)支持RS485串行協(xié)議，但由于SP485E的工作邏輯是TTL電平，而RS232通信的邏輯電流不是TTL電平，需要通過(guò)SP232器件進(jìn)行電平轉換，如圖5所示。RS485工作在半雙工通信狀態(tài)，通過(guò)CTR485控制數據的輸入/輸出方向。

2.3 單片機控制AD9852電路

如圖45所示，單片機P1.O～P1.7，通過(guò)復用與AD9852數據、地址引腳相連，P2.3～P2.7與AD9852五個(gè)較重要的控制引腳相連接。單片機主要是通過(guò)向DDS輸出幅度字、頻率字來(lái)控制AD9852產(chǎn)生的正弦波的頻率和幅度。

3 軟件設計

本系統的軟件用C語(yǔ)言編寫(xiě)，在IAR EmbeddedWorkbench環(huán)境下進(jìn)行編輯及測試，其軟件流程如圖6所示。單片機軟件主要分為兩部分，一部分通過(guò)控制AD9852產(chǎn)生正弦波，同時(shí)進(jìn)行計算，其流程如圖7所示;另一部分將采集來(lái)的數據傳輸給PC機，軟件流程如圖8所示。

4 實(shí)驗結果

實(shí)踐證明，正弦波幅度對阻抗幅度值影響較小;而頻率對阻抗幅度值影響較大。用雞蛋清實(shí)驗時(shí)，發(fā)現隨著(zhù)頻率增大，阻抗值減小，并且蛋清濃度越高阻抗越大。當正弦波頻率為440 kHz時(shí)，通過(guò)程控放大器將電流電壓調整在O.7 ～2.5時(shí)，無(wú)感電阻與電壓、電流比值的關(guān)系如圖9所示。

由圖可見(jiàn)，在誤差允許的范圍內二者呈近似線(xiàn)性關(guān)系。

結 語(yǔ)

本設計提供了一種人體阻抗測量方法，可作為醫療儀器的輔助功能，為組織診斷等提供一定的參考。