用MSP430F149设计的阻抗测量系统

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????运算速度快
　　MSP430 系列单片机能在25MHz晶体的驱动下，实现40ns的指令周期。16位的数据宽度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能实现乘加运算）相配合，能实现数字信号处理的某些算法（如 FFT 等）。
　　超低功耗
　　其次，独特的时钟系统设计。在 MSP430 系列中有两个不同的时钟系统：基本时钟系统、锁频环（FLL 和FLL+）时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统。可以只使用一个晶体振荡器（32768Hz），也可以使用两个晶体振荡器。由系统时钟系统产生 CPU 和各功能所需的时钟。并且这些时钟可以在指令的控制下，打开和关闭，从而实现对总体功耗的控制。
　　片内资源丰富
　　1 系统结构
　　系统采用TI公司的MSP430F149单片机。该单片机有60 KB Flash、2 KB RAM，具有强大的数据处理能力。单片机通过向AD9852发送频率字、幅度字从而控制正弦波的频率、幅度。正弦波经过电流转电压、功率放大等电路作用后，经过线圈T1隔离作用于人体，同时由线圈TFl和T2感应出的电流、电压相对量，经过程控放大器和真有效值转换后，进入单片机，进行A／D转换。单片机根据电流、电压值计算出电阻，再通过串口传输给PC机。其系统结构框图如图1所示。
　　（德州仪器 （Texas Instruments），简称TI，是全球领先的半导体公司，为现实世界的信号处理提供创新的数字信号处理（DSP）及模拟器件技术。除半导体业务外，还提供包括传感与控制、教育产品和数字光源处理解决方案。TI总部位于美国得克萨斯州的达拉斯，并在25多个国家设有制造、设计或销售机构。）
　　IC选用LM324型运算放大集成电路。
　　2 硬件电路
　　2.1?? 电流、电压测量电路
　　图3所示为电流测量电路原理。为了在不同幅度下都能准确测量电流，在峰一峰值转有效值电路前加了一片程控放大器，单片机通过输出增益控制使得即使前端电压很小时也能将其提高到一定程度，达到准确测量的目的。同样，在电流测量电路中，也使用了同样的原理图。




??? 2.2 RS485电路
　　图4所示的单片机与RS485通信转换电路中，通过3个光耦器件对单片机电路和RS485总线进行隔离，提高系统的抗干扰能力。采用SP485E来支持RS485串行协议，但由于SP485E的工作逻辑是TTL电平，而RS232通信的逻辑电流不是TTL电平，需要通过SP232器件进行电平转换，如图5所示。RS485工作在半双工通信状态，通过CTR485控制数据的输入／输出方向。




??? 2.3? 单片机控制AD9852电路
　　如图2所示，单片机P1.O～P1.7，通过复用与AD9852数据、地址引脚相连，P2.3～P2.7与AD9852五个较重要的控制引脚相连接。单片机主要是通过向DDS输出幅度字、频率字来控制AD9852产生的正弦波的频率和幅度。



????? 3 软件设计
????? 本系统的软件用C语言编写，在IAR EmbeddedWorkbench环境下进行编辑及测试，其软件流程如图6所示。单片机软件主要分为两部分，一部分通过控制AD9852产生正弦波，同时进行计算，其流程如图7所示；另一部分将采集来的数据传输给PC机，软件流程如图8所示。




???? 4 实验结果
????? 实践证明，正弦波幅度对阻抗幅度值影响较小；而频率对阻抗幅度值影响较大。用鸡蛋清实验时，发现随着频率增大，阻抗值减小，并且蛋清浓度越高阻抗越大。当正弦波频率为440 kHz时，通过程控放大器将电流电压调整在O．7 ～2．5时，无感电阻与电压、电流比值的关系如图9所示。



????? 由图可见，在误差允许的范围内二者呈近似线性关系。

????? 结 语
????? 本设计提供了一种人体阻抗测量方法，可作为医疗仪器的辅助功能，为组织诊断等提供一定的参考。设计中采用MSP430系列单片机（MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低? MSP430单片机
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