DSP-Based Measurement System

📐 项目描述：该设计参考2023年全国大学生电子设计大赛C题，采用 TMS320F28335 制作。普通的 MCU 单片机计算效率低下，因此采用 DSP 完成。显示器件为 LCD1602。

![测量显示图] 由图片可见，所测结果分别为： VIN2幅值：1.28 VIN1幅值：0.49 相位差：91.53 电容C：9.223nf D值:0.0268 电桥测量103钽电容实际值为： C:9.42nf D值:0.017 综合以上测量结果可见：所测量的幅值、相位差都很精准，所得电容C的值精确度也较高，但所得D值误差稍大，结合示波器测量结果可以判断，DSP所得数据无误，故误差应由外围测量电路造成，由于所用运放SN10501的非理想特性，会有极小的偏置电流，同时反馈电阻Rf的非理想特性也会导致所测电流大小偏差。故若想提升精度，需要改进测量外围电路，增加补偿电容或者通过大量的测量数据拟合曲线以修正偏差。

总体方案

根据电路基础的知识，一个阻抗两端的电压除以流过其中的电流，就是阻抗值。阻抗包括电阻和电抗。电阻是阻抗的实部，电抗是阻抗的虚部。在交流电压情况下，电抗会使电流波形和电压波形产生相位差。根据阻抗的电学定义，测试到电压和电流，相位差，就可以计算出阻抗。

运放电路中有一个基础单元电路，IV转换电路（电流转电压）。使用这个电路，就可以进行阻抗测量。

具体步骤

经过外围电路处理，电流以电压形式体现，再通过DSP的ADC模块分别对待测元件两端的电压 VIN1 和通过待测元件的电流（以电压形式体现） VIN2 进行采样 1024 个点，存至数组后对其进行 FFT 运算，对得到的 VIN1、VIN2 的幅值进行运算：
- 相位差 α = VIN1 相位 – VIN2 相位
- 阻抗 Zx = VIN1 / VIN2 * Rf (Rf 为反馈电阻)
电容计算：
- Zc = Zx * sin(α)
- C = 1 / (2 * π * Zc)
电感计算：
- Zl = Zx * sin(α)
- L = 1 / (2 * π * Zl)

FFT 运算参数

采样点数 N：512
采样率 fs：100KHz
待测频率固定为 25kHz，因此 25k / 100k * 512 = 128，所以所测信号对应频率点应该为第 128 点，只需关注第 128 点的幅值。
第 0 点为直流分量。

显示部分

在完成以上计算后，将计算结果显示在 LCD1602 上。

核心设计

核心芯片: TMS320F28335
显示器件: LCD1602
运算放大器: LF347（4个）

设计说明

🔧 电路设计: 借鉴 TIDA-060029 文档中的电路设计，核心思想是 IV 分离电路，但采用了自主平衡阻抗和更优良的补偿机制。

📄 参考文档: TIDA-060029 文档

由于现有器件限制，使用的运放为 LF347，刚好4个够用。运放电路较为简单，并未采用补偿机制，但测量精度尚可。由于电路的非理想特性，若不采用补偿机制，只能通过后期 FFT 所得参数进行拟合调教。

硬件组件

TMS320F28335: 高性能 DSP
LCD1602: 显示模块
LF347: 四运放芯片

功能介绍

🌐 高效计算: 采用 DSP 提高计算效率
📊 精确测量: 通过自定义电路实现高精度测量
🖥️ 实时显示: 使用 LCD1602 实时显示测量数据

连接示例

TMS320F28335    LCD1602   LF347
VCC             VCC       VCC
GND             GND       GND
SDA             SDA       -
SCL             SCL       -
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