■ 前言

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

1.原理图设计¹

2.PCB版图

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。

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。

02测试结果

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。

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

下面是采集到的在10kΩ分压下的采集信号。

3.测量一些低阻器件

4.测量一些高阻谐振器件

※ 结论

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 -*-
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# TEST1.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
#
# Note:
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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 = 1

Resistor=100e3
fosc = 10

startf = 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: break

    printf('\a')

    R,I = stm32memo(2)

    if len(R) == len(f): break
    else:
        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 * Rm
    b = Resistor * Im
    c = 2*Rc - Rm
    d = 2*Ic - Im
    ccdd = c*c+d*d
    x = a*c/ccdd + b*d/ccdd
    y = -a*d/ccdd + b*c/ccdd

    Xabs.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()

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#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
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# AD5933.PY                    -- by Dr. ZhuoQing 2020-06-25
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# Note:
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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 mode
    stm32cmd('writei 8a %x'%settletime)
    time.sleep(0.02)

def temperature():
    data = stm32cmdata('readt', wait=200)
    if len(data) > 0:
        return data[0] / 32
    else: return 0

def 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')        # Standby

    time.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 fdim

def 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)

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文章来源: zhuoqing.blog.csdn.net，作者：卓晴，版权归原作者所有，如需转载，请联系作者。

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