基于fpga高速数据采集电化学阻抗仪研制

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1、华中科技大学硕士学位论文AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringStudyonEISAnalysisInstrumentBasedonFPGAandHigh-speedDataAcquisitionCandidate：ZhangXianjinMajor：AppliedChemistrySupervisor：Asso.Prof.DongZehuaHuazhongUniversityofScienceandTechnol

2、ogyWuhan,Hubei430074,P.R.ChinaMay,2008华中科技大学硕士学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2008年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机

3、构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2008年月日日期：2008年月日摘要近二十年来，随着PC机和电子技术的快速发展，国内电化学测试仪器取得到了较大进步，但是从整体来看国内电化学测试仪器与国外产品存在一定差距。因此，本文对微机化电化学测试方法进行了研究，以FPGA、C8051

4、f单片机及高速AD/DA转换器、DDS信号发生器、频率响应分析器配合恒电位仪，设计一套包括正弦波输出、高速数据采集、实时图形显示的电化学阻抗测试系统。系统采用数字相关算法来测量电压与电流信号的相位差和幅值，提高测试精度，通过双通道信号积分和自动去偏置电路，极大地提高信噪比。通过试验发现，所设计的仪器与国外同类型仪器的测量结果非常接近。本文首先系统地介绍了国内外电化学测量仪的研究状况和己经达到的技术水平，以及当前广泛使用的测量仪器中存在的问题。介绍了多种电化学阻抗测量的原理与实现方法，阐述了数字相关分析法的优点及本设计采用数字相关分析

5、法的依据。其次根据数字相关分析法测量阻抗的特点和目前国内电化学测量仪应用的实际情况，提出了本课题设计的基于FPGA电化学阻抗分析仪的整个框架结构、要实现的功能、实现这些功能的硬件设计方案和软件设计思想。在硬件设计方面，采用了基于FPGA的硬件系统。设计上选用C8051f020单片机配合FPGAEP1C6，充分利用其强大的运算能力和片内外资源并采用数字信号处理的方法，进行信号的信噪分离和矢量分解，使该测量仪具有高速，宽量程，测量准确的优点。在软件设计方面，编写了数据采集程序、数据处理和计算程序以及与外设接口程序。论文中详细介绍了电化学

6、阻抗分析仪的测量原理和设计方案，给出了硬件电路和软件实现方法以及具体的软、硬件实现过程和相关的试验结果。关键词：FPGA；高速同步数据采集；数字相关算法；电化学阻抗；IAbstractOnrecenttwentyyears,coupledwiththerapiddevelopmentofPCandelectronictechnique,electrochemicalanalysismeasuringmachinesindomesticshasprogressedmuch.Onthewholetherearesomedifferenc

7、esbetweenelectrochemicalanalysisandmeasurementmachinesintheworld.Hence,inthisthesis,theelectrochemicalmeasurementmethodshavebeenstudied,anelectrochemistryimpedanceSpectrum(EIS)measuringinstrumentbasedonFPGAandC8051F020MCUhasbeendesignedinthisthesis,whichincludeaDDSsine

8、-wavegenerator,afrequencyresponseanalyzercomposedofdualchannelsynchronichigh-speedA/DD/Adataacquisitionsandareal-time