基于ADuC847微电流测量仪的研究与开发

摘要

随着科学技术的不断发展和更新，对微弱电流的检测技术日益迫切，其检测技术在电化学、生物学、医学、航空航天等领域都有着广泛的应用，对推动相关领域的发展具有重要作用，通过检测分析微电流可以探索和发现新的自然规律，具有重要的现实意义，也是未来科学技术发展的必经之路。
　　 目前国内外的微电流测量技术有一定的发展，但多数设备电路结构复杂、价格昂贵、体积大、检测精度不高且无显示。为此，本文研究和开发了用ADI公司新推出的高性能24位数据采集与处理系统ADuC847作为控制核心的微电流检测仪装置。
　　 首先，在查阅大量文献资料的基础上，对目前国内外微弱电流检测理论研究和测量仪器的发展状况进行了介绍，阐述研制新型的微弱电流检测仪装置系统的意义，以及本文所完成的主要工作。
　　 其次，详细对比了微弱电流测量的几种方法及其原理，包括高阻抗负反馈运放放大法、电容积分转换法、运算放大器I-F转换换法、运放差分电路I-V变换法，分析了各种方法的优缺点，进行了仿真和实验对比，在设计中选取了能够更好的抑制零漂和抗共模干扰的运放差分电路I-V变换法。
　　 然后，详细的对微电流测量仪系统的基本原理与硬件结构进行撰写。硬件部分包括微机控制电路、差分测量放大电路、滤波电路、电源电路、通讯电路、LCD电路等主要环节。其中，重点对微电流信号的放大、量程自动切换和巴特沃斯滤波器的进行设计。
　　 接着，对微电流测量仪进行了基于控制芯片ADuC847的软件设计，包括各个功能子程序（初始化程序、继电器换挡程序、LCD液晶程序、数据采集程序等）的编写原理和流程图，重点说明了数字滤波技术。然后介绍了上位机软件的开发环境、开发过程和面向用户的应用软件界面和操作的方式。
　　 最后分析了微电流测量仪在调试过程中需要注意的一些事项和微电流测量实验与调试的过程结果与问题，以及在电化学分析方面应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 信号检测过程与检测系统的基本组成

1．3 微电流检测的国内外现状

1．4 课题的提出

第2章 微电流测量方法探讨

2．1 微电流测量方法介绍

2．2 高阻抗负反馈运放放大法

2．3 开关电容积分法

2．4 运算放大器I-F转换换法

2．5 运算放大器差分电路I-V变换法

2．6 本章小结

第3章 微电流测量仪的硬件设计

3．1 微电流测量仪的总体构成

3．2 微电流各硬件电路的设计

3．2．1 微控制器的选取和简介

3．2．2 差分放大电路设计

3．2．3 量程自动转换电路设计

3．2．4 滤波电路设计

3．2．5 电源电路的分析与设计

3．2．6 LCD液晶电路设计

3．2．7 通信接口电路

3．3 PCB板设计及其它硬件抗干扰措施

3．3．1 PCB板的设计

3．3．2 硬件抗干扰措施

3．4 本章小结

第4章 微电流测量仪的软件设计

4．1 单片机程序设计

4．1．1 单片机开发环境介绍

4．1．2 单片机的事务处理

4．1．3 初始化程序

4．1．4 数据采集和校准程序设计

4．1．5 量程自动切换程序设计

4．1．6 LCD液晶显示程序

4．1．7 串行通信程序

4．2 上位机软件设计

4．2．1 上位机开发环境介绍

4．2．2 VB的操作流程和属性设定

4．2．3 面向用户的应用程序开发

4．3 本章小结

第5章 微电流测量仪的调试与性能测试

5．1 硬件电路的调试

5．1．1 电路板检查

5．1．2 电源电路调试

5．1．3 单片机及其外围电路调试

5．1．4 测量电路的调试

5．1．5 LCD电路调试

5．1．6 整体电路板调试

5．2 微电流的测量实验

5．2．1 准确度与精密度

5．2．2 准确度测量

5．2．3 精密度测量

5．3 性能和测量调试与问题分析

5．3．1 测量调试的问题

5．3．2 仪器性能与存在的问题及改进

5．4 测量仪应用到电化学分析

5．5 本章小结

结论及展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及主要成果

附录B 微电流测量仪硬件电路图

附录C 程序清单