基于單片機的生物電阻抗頻譜測量系統(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的幅度比和相位差。AD8302是美Analog Devices公司生產(chǎn)的專門用于幅度和相位測量的首款單片集成電路，它能同時測量從低頻到2．7 GHz頻率范圍內(nèi)兩輸入信號之間的幅度比和相位差。它內(nèi)部含兩個精密匹配寬帶對數(shù)檢波器、一個相位檢波器、輸出放大器組、一個偏置單元和一個輸出參考電壓緩沖器等。該器件將精密匹配的兩個對數(shù)檢波器集成在一塊芯片上，因而可將誤差源及相關溫度漂移減小到最低限度。
AD8302的幅度和相位測量原理主要基于對數(shù)放大器的對數(shù)壓縮功能，其一般數(shù)學表達式為：VOUT=VSLPlog(VIN／Vz)其中VIN為輸人電壓，Vz為截距，VSLP為斜率。AD8302正是利用上述對數(shù)壓縮原理，通過精密匹配的兩個寬帶對數(shù)檢波器來實現(xiàn)對兩輸入通道信號的幅度和相位的測量，其方程式如下：

式中：VINA和VINB分別為A，B兩通道的輸入信號幅度；φ(VINA)和φ(VINB)分別為A，B兩通道的輸入信號相位；VCP為參考電壓VCP=900 mV；RFISP=30 mV／dB；RFIφ=10 mV／(°)。
因此，兩路電壓信號經(jīng)過AD8302輸出增益和相位電壓值；再通過C8051F340單片機內(nèi)部自帶的10位ADC轉(zhuǎn)換后，取到增益和相位具體參數(shù)，計算后可直接得到被測的阻抗。
2．4 其他部分
在本系統(tǒng)的設計中除了信號源和檢測部分，鍵盤、顯示、數(shù)據(jù)存儲等部分也是必不可少的。鍵盤主要用來設置信號源參數(shù)，包括信號的起止頻率、頻率步進、開始和復位等。鍵盤采用3×2矩陣式結構。
顯示部分選用EDM12864B型圖形點陣式LCD液晶顯示模塊，主要用來顯示信號參數(shù)的具體設置信息和輸出狀態(tài)，如當前輸出信號的頻率和幅值．測量對象的頻譜特性參數(shù)值(幅值和相位)等。
外部數(shù)據(jù)存儲器采用SD卡。這種模式方便快捷，當測量結束后，將測量數(shù)據(jù)存入SD卡中；然后取下SD卡，插入到讀卡器中，可以直接在計算機上讀出數(shù)據(jù)文件并處理數(shù)據(jù)。另外，在該系統(tǒng)上還設計了USB接口。當連接USB與計算機，通過程序的控制，可以實現(xiàn)直接讀取SD卡中的數(shù)據(jù)文件。