设计峰值检测电路课程设计Word下载.docx

1、设计自动切换量程电路,完成各种量程的转换。注:1.此表由指导教师填写,经系、教研室审批,指导教师、学生签字后生效;2.此表1式3份,学生、指导教师、教研室各1份。四、参考资料与现有基础条件（包括实验室、主要仪器设备等）陈立周编 电气测量第三版,机械工业出版,2011,2申忠如 等编著电气测量技术,科学出版社,2012,1。五、进度安排2014年12月15日-16日:收集与课程设计有关的资料,熟悉课题任务与要求2014年12月17日-18日:总体方案设计2014年12月19日-20日:硬件电路设计2014年12月21日-22日:软件设计2014年12月23日-25日:系统调试改进2014年12月

2、26日:整理书写设计说明书2014年12月27日:答辩并考核六、教研室审批意见教研室主任（签字）: 年 月 日七|、主管教学主任意见 主管主任（签字）:八、备注指导教师（签名）: 学生（签名）:邵阳学院课程设计（论文）评阅表学生姓名 学 号 系 电气工程系 专业班级 题目名称 设计峰值检测电路 课程名称 电气测量技术与仪器 一、学生自我总结通过此次课程设计,使我更加扎实的掌握了有关高频电子线路方面的知识,在设计过程中虽然遇到了一些问题,但经过一次又一次的思考,一遍又一遍的检查终于找出了原因所在,也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺与经验不足。实践出真知,通过亲自动手制作,使我们掌握的知识不再就是

3、纸上谈兵。此次设计也让我明白了思路即出路,有什么不懂不明白的地方要及时请教或上网查询,只要认真钻研,动脑思考,动手实践,就没有弄不懂的知识,收获颇丰。 学生签名:二、指导教师评定评分项目平时成绩论文答辩综合成绩权 重3040单项成绩指导教师评语: 指导教师（签名）:1、本表就是学生课程设计（论文）成绩评定的依据,装订在设计说明书（或论文）的“任务书”页后面;2、表中的“评分项目”及“权重”根据各系的考核细则与评分标准确定。摘要本设计介绍了峰值检测系统的设计原理、软硬件设计方法及系统性能指标调试方法。被测信号经传感器转化为电信号,再经运放AD620与OP07放大、LF398采样/保持后进行A/D

4、转化与信号处理后数字显示输出。研究的主要内容有:方案论证、硬件设计、软件设计、系统实物调试。硬件设计主要有小信号放大电路、峰值采样/保持及采样控制电路、程控放大电路、AD转换电路、自动量程切换电路、LCD显示电路、电源电路与单片机最小系统。 关键词: 峰值检测;程控放大;采样/保持电路;LF398摘要 I绪论峰值检测就是电子测量、自动化仪表以及其它相关技术领域常会遇到的问题。峰值反映了信号极为重要的方面,尤其就是小信号1。设计完善的峰值检测系统,不仅可以用于对微弱信号进行检测 ,还可以通过传感器对其它非电信号如微弱的机械振动实现自动检测与控制 ,从而构成完整的测控系统 ,因此峰值检测具有广泛的

5、实用价值 。峰值检测技术就是数字存储示波器及数据采集卡中的重要技术之一, 用来实现波形的峰值捕捉2。在科研、生产的许多领域都需要用到峰值检测设备,比如检测某建筑物中梁的最大承受力 ,检测一根钢丝绳的最大允许拉力等,这就需要用到相应的检测设备。目前常用的方法就是先求得检测信号的平均值,但使用平均值掩盖了被检测信号的突然脉冲,从而可能引起系统的失灵及不稳定3。若用由二极管与电阻电容构成的普通峰值检波电路来检波 ,效果会很差 ,主要表现在两个方面:第一 ,若选择 RC电路时间常数大一些 ,则输出信号的波形会好一些 ,但检波输出之后的信号幅值与检波之前的信号幅值有明显的差距 ,输出信号幅值明显降低 ,

6、峰值检波效率变差 ,同时 ,信号快变部分的丢失变得严重。第二 ,若选择 RC电路时间常数小一些 ,则会发现检波前后的信号幅值的差异变小 ,信号之中的快变分量明显变好 ,但输出信号的波形明显变差 ,不利于对信号的A/ D变换。为了得到良好的输出波形,同时峰值检波前后的信号幅值差异小 ,信号快变部分丢失小 ,检波效率高 ,以利于 A/ D 变换的需要 ,一种较好的方法就就是采用基于单片机（MCU）与LF398的峰值检波电路,本文分析设计了一台基于AVR单片机（MCU）与LF398的信号峰值检测仪 ,测量精度为0、005V,采用LCD1602液晶显示峰值。1 峰值检测基本原理峰值检测电路（PKD,P

7、eak Detector）的作用就就是对输入信号的峰值进行提取,产生输出Vo = Vpeak,为了实现这样的目标,电路输出值需一直保持,直到一个新的更大的峰值出现或电路复位。其效果原理如图1、1所示:图1、1 峰值检测基本原理2 系统方案设计2、1 系统总体框图设计本系统的关键任务就是检测出峰值并使之保持稳定与数字显示,其总体结构框图如图2、1所示。它由传感器、放大器、采样/保持电路、采样/保持控制电路、程控放大器、A/D转换电路、自动切换量程电路、峰值显示电路组成。由传感器测量得到一定的输入信号,该输入信号一般较小,需经放大器放大,放大后的信号送入峰值采样/保持电路,单片机将得到的峰值模拟信

8、号进行A/D转换后数字输出并显示。图2、1 峰值检测系统设计总体结构框图2、2 峰值检测方案设计与论证方案1:如图2、2所示为一般峰值检测电路,工作原理为:初始状态电容电压 Uc等于零时,当输入电压Ui 0 时,由于运放 U3 充当跟随器,故 Ui= Uo ,二极管 D2 导通 ,电压 Ui 对电容 C2充电 ,直至电容 C2上的电压 Uc 等于输入电压 Ui 的峰值,只要输入电压 Ui Uc ,二极管 D2 就截止,电容电压 Uc 保持不变,即电容电压 Uc 保持先前检测到的输入电压 Ui 的峰值,只有输入电压 Ui Uc时,二极管 VD才导通 ,电容 C 进行充电。但此电路存在缺陷 ,当输

9、入小信号波形的正向峰值小于二极管 D2 的正向导通电压时 ,二极管将截止 ,此峰值检测电路便不能工作。可见 ,此电路不能用于检测小信号波形的峰值。图2、2 一般峰值信号检测原理图方案2:如图2、3所示为小信号峰值检测电路,此电路就是由一级运放构成 ,二极管VD置于反馈回路之中。运放 U1 与电容 C1一道构成峰值检测电路;运放 U2 构成跟随器 ,使峰值检测电路与后面的电路隔离。当小信号输入时 ,即使输入信号的正半周很小 ,由于运放 U1的 Av （ Av为运放环路电压增益） 很大,而 U1 的输出电压等于Uin Av ,所以 U1 的输出电压也足以使二极管导通,迫使运放 U1 处于跟随状态,

10、从而能实现对输入小信号的峰值进行检测。虽避免了方案1的不足之处,但就是该方案对各个元件的参数要求较高,而且容易受干扰。图2、3 小信号峰值检测原理图方案3 :如图2、4所示,采用LF398作为峰值采样/保持电路的核心,LF398就是一种反馈型采样/保持放大器,它的第8个引脚为采样保持器的控制脚 ,输人高电平时 ,芯片工作在采样状态,输入低电平时 ,芯片工作在保持状态 。由于回路阻抗很大 ,所以保持功能很强 ,电路的保持功能就是依靠C1对 Vi的充电实现的 ,因而对C1的要求较高 ,一般选用有机薄膜介质电容。UA741构成比较器电路,将被测信号与保持信号Vo进行比较,若ViVo,比较器输出高电平

11、 ,开启 LF398进人采样状态 ,若ViVo,比较器输出高电平 ,系统开启 LF398进人采样状态 ,若ViVo,比较器输出高电平 ,MCU检测到高低平后,系统将LF398的第8个管脚拉高,开启 LF398进人采样状态 ,若ViVo,比较器输出低电平,为了使LF398保持原有信号峰值,即当MCU检测到峰值采样完成时,系统将LF398的第8个管脚拉低,使LF398处于峰值保持状态,同时进行A/D转换与峰值显示,一段时间后系统重新进入到峰值的采样状态,实现信号的实时峰值数据采集。本文给出了系统的设计原理、设计方法、软件设计过程、系统实物调试过程及系统结果分析,通过不断的努力与实验,最终实现了输入

12、信号的峰值提取与数字输出。7 参考文献1 李凌, 虞礼贞 电压幅值可达毫伏数量级的小信号峰值检测电路的设计J、 南昌大学学报（理科版）, 2003,04、2 曹吉花、王洪艳 信号峰值检测仪的设计与应用 电子设计工程期刊,2003年、3 刘海成 AVR单片机原理及测控工程 北京航天航空大学出版社,2000年、4 曹茂永,王 霞,孙农亮、仪用放大器 AD620及其应用 J、电测与仪表, 2000、5 陈宪洲,赵晓玲,韩小河、低功耗仪用放大器 AD620及其应用 J、今日电子, 1996,08、6 阎石数字电子技术基础 高等教育出版社,1998年、7 华成英、童诗白模拟电子技术基础 高等教育出版社,

13、2001年、8 邵贝贝 单片机嵌入式应用的在线开发方法,北京清华大学出版社,2004、9 谭浩强C程序设计 北京清华大学出版社,1999、12、10 戴伏生基础电子电路设计与实践国防工业出版社,2002年、附录附录A 峰值检测电路原理图附录B PCB板图附录C 实物图致谢 首先,在这里感谢学校给我们安排这次课程设计,使我有一个可以自己动手学习的机会。通过动手实践,我学习到了很多课本以外的知识,体会到了自己亲自动手做出成果的喜悦。 其次,在这要感谢我的指导老师邱雄迩老师,在百忙之中抽出宝贵的休息时间,仔细耐心为我为我指导,虽然老师工作繁忙,但还就是会时常关注学生的课设进展,并给出很多宝贵的点拨,帮助我们解决了很多技术上难题。可以说,没有老师的悉心指导,就不会有我今天的作品。 最后,我还要感谢这次课程设计中给我帮助的