【分享】第5组 米长江 梁海奇 LC测量仪

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一、作品简介[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]本作品是一款基于STM32G431的自动化电感电容测量仪，针对传统手动测量效率低、误差大、无法自动判别元件类型等问题，采用伏安法结合FFT数字信号处理技术，实现L/C元件的一键快速测量与可视化显示。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]核心指标：测量范围电容1nF~100μF、电感10μH~100mH，误差≤2%（优于设计指标5%），耗时≤1s，支持100Hz~80kHz自适应频率切换。显示模块采用T5L智能屏，实时呈现电压、电流、相位差、L/C值及损耗因数D，适用于电子实验教学与小型生产检测场景。

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二、工作原理[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]系统基于伏安法：向被测元件施加10kHz正弦激励，测量其端电压V_x与回路电流I，通过阻抗Z_x=V_x/I计算元件参数。电流I由串联采样电阻R_S（100Ω）上的压降V_Rs=V_total-V_x间接获得，电压-电流相位差自动判别元件类型（正为感性，负为容性）。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]硬件链路：AD9850 DDS生成10kHz信号→OP07D精密运放4倍放大→100Ω精密电阻与待测元件串联→STM32双ADC同步采样V_total与V_x→DMA传输→FFT频域分析提取幅值相位→计算L/C值→T5L屏显示。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]核心算法：1024点基4-FFT由ARM DSP库硬件加速，耗时≤200ms；频率插值修正峰值定位；频域复数相减求V_Rs避免时域噪声；自适应量程根据初测阻抗动态调整激励频率，解决固定频率下小信号微弱、大信号相位重叠问题。

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三、设计思路[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]硬件架构：以STM32G431RBT6（170MHz，FPU+DSP）为核心，TIM1配置40kHz更新事件同步触发ADC1/ADC2，保证双通道严格同相采样；ADC12位分辨率，采样时间24.5周期，输入前串联2.2kΩ限流电阻，将异常高压下的注入电流限制在2.3mA以内，防止芯片烧毁。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]软件分层：系统初始化层（HAL库、时钟170MHz）→信号激励层（AD9850 SPI驱动）→数据采集层（TIM1+双ADC+DMA）→算法计算层（FFT、自适应量程、参数计算）→通信显示层（USART2 DGUS协议）。关键优化：独立双通道FFT输入数组避免数据覆盖；去直流偏置消除ADC零漂；损耗因数D=|cot(phase_diff)|反映元件品质。
[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]创新点：自适应三档量程（小/中/大）自动切换激励频率与采样率；频域复数运算替代时域减法，抗干扰能力提升。