基于單片機(jī)的生物電阻抗頻譜測(cè)量系統(tǒng)

從理論分析可知，選用芯片AD8302可以得到從電極輸出的兩路信號(hào)的幅度比和相位差。AD8302是美Analog Devices公司生產(chǎn)的專門(mén)用于幅度和相位測(cè)量的首款單片集成電路，它能同時(shí)測(cè)量從低頻到2．7 GHz頻率范圍內(nèi)兩輸入信號(hào)之間的幅度比和相位差。它內(nèi)部含兩個(gè)精密匹配寬帶對(duì)數(shù)檢波器、一個(gè)相位檢波器、輸出放大器組、一個(gè)偏置單元和一個(gè)輸出參考電壓緩沖器等。該器件將精密匹配的兩個(gè)對(duì)數(shù)檢波器集成在一塊芯片上，因而可將誤差源及相關(guān)溫度漂移減小到最低限度。
AD8302的幅度和相位測(cè)量原理主要基于對(duì)數(shù)放大器的對(duì)數(shù)壓縮功能，其一般數(shù)學(xué)表達(dá)式為：VOUT=VSLPlog(VIN／Vz)其中VIN為輸人電壓，Vz為截距，VSLP為斜率。AD8302正是利用上述對(duì)數(shù)壓縮原理，通過(guò)精密匹配的兩個(gè)寬帶對(duì)數(shù)檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)兩輸入通道信號(hào)的幅度和相位的測(cè)量，其方程式如下：

式中：VINA和VINB分別為A，B兩通道的輸入信號(hào)幅度；φ(VINA)和φ(VINB)分別為A，B兩通道的輸入信號(hào)相位；VCP為參考電壓VCP=900 mV；RFISP=30 mV／dB；RFIφ=10 mV／(°)。
因此，兩路電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)AD8302輸出增益和相位電壓值；再通過(guò)C8051F340單片機(jī)內(nèi)部自帶的10位ADC轉(zhuǎn)換后，取到增益和相位具體參數(shù)，計(jì)算后可直接得到被測(cè)的阻抗。
2．4 其他部分
在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中除了信號(hào)源和檢測(cè)部分，鍵盤(pán)、顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等部分也是必不可少的。鍵盤(pán)主要用來(lái)設(shè)置信號(hào)源參數(shù)，包括信號(hào)的起止頻率、頻率步進(jìn)、開(kāi)始和復(fù)位等。鍵盤(pán)采用3×2矩陣式結(jié)構(gòu)。
顯示部分選用EDM12864B型圖形點(diǎn)陣式LCD液晶顯示模塊，主要用來(lái)顯示信號(hào)參數(shù)的具體設(shè)置信息和輸出狀態(tài)，如當(dāng)前輸出信號(hào)的頻率和幅值．測(cè)量對(duì)象的頻譜特性參數(shù)值(幅值和相位)等。
外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用SD卡。這種模式方便快捷，當(dāng)測(cè)量結(jié)束后，將測(cè)量數(shù)據(jù)存入SD卡中；然后取下SD卡，插入到讀卡器中，可以直接在計(jì)算機(jī)上讀出數(shù)據(jù)文件并處理數(shù)據(jù)。另外，在該系統(tǒng)上還設(shè)計(jì)了USB接口。當(dāng)連接USB與計(jì)算機(jī)，通過(guò)程序的控制，可以實(shí)現(xiàn)直接讀取SD卡中的數(shù)據(jù)文件。