峰值检测系统的设计Word下载.docx

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在科研、生产各个领域都会用到峰值检测设备：

例如检测建筑物的最大承受力、检测钢丝绳允许的最大拉力等，准确测量峰值对有关课题的研究是有非常重要意义的，本设计的任务是设计一个峰值检测系统，其关键任务是检测峰值并保持稳定。

其框图如图1所示：

它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D（模数转换）、译码显示、数字锁存控制电路组成。

各部分的作用如下：

传感器：

把被测信号量转换成电压量。

放大器：

将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。

采样/保持：

对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。

采样/保持控制电路：

该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰值，大于原峰值时保持新的峰值。

A/D转换：

将模拟量转换成数字量。

译码显示：

完成峰值数字量的译码显示。

数字锁存控制电路：

对模数转换的峰值数字量进行锁存，小于峰值的数字量不锁存。

图1峰值检测系统示例方案原理框图

二、技术指标

1.放大器输入阻抗：

Ri>

1MΩ;

频带宽度：

0HZ~1KHZ;

共模抑制比：

KCMRR>

70dB.

2.测量值用数字显示，显示范围为：

0000~1999；

三、设计要求

1.传感器输出信号为0~5mv,1mv等效于400kg；

2.根据技术指标通过分析计算确定电路形式和元器件参数；

3.画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。

四、实验要求

1．根据技术指标制定实验或仿真方案，验证所设计的电路；

2．进行必要的实验或仿真数据处理和分析。

五、推荐参考资料

1.张福学编著.传感器应用及其电路精选.北京：

电子工业出版社，1992.

六、按照要求撰写课程设计报告

指导教师年月日

负责教师年月日

学生签字年月日

摘要:

在科研、生产各个领域都会用到峰值检测设备，例如检测建筑物的最大承受力、检测钢丝绳允许的最大拉力等。

准确测量峰值对有关课题的研究是有重要意义的。

峰值检测的关键任务是测量检测峰值并使之稳定，且用数字显示峰值。

本文主要通过将被测信号经传感器变为电信号，再经放大电路进行放大，采样/保持后进行A/D转换和信号处理后显示输出的方法进行阐述。

关键字：

峰值检测；

采样/保持；

A/D转换；

一.概述

由于输入信号为0-5mv，则5mv等效于2000kg，因而选用电压增益为400的放大电路就能完成系统对小信号放大的要求。

为将传感器输出的微弱信号进行放大，采用高精度数据放大器，即此种放大器有输入电阻大，共模抑制比高的优点。

而采样保持电路主要有运算放大器、电压控制开关以及稳压电容等组成。

本文设计的原理电路通过控制信号实现对峰值采样，若大于原峰值时保持新的峰值，小于、等于原峰值，保持原峰值不变。

原理框图如图1。

二.方案论证及步骤

（一）放大电路选用电压增益Au=400的放大电路就能完成系统对小信号放大的要求。

尽管放大电路种类繁多，但为了将传感器输出的微弱信号能够有效的放大，故而采用高精度放大器，如图2所示。

三个运算放大器分别用U1，U2，U3表示。

该电路U1和U2的失调电压的量值和方向相同，可以相互抵消，所以此种电路精度很高。

这种高精度放大器对完成弱信号的放大有重要作用。

图2高精度数据放大器

（二）采样/保持及控制电路

该电路的核心器件为开关控制电路和电容，它们的作用是采样和存储。

图3采样/保持控制电路

三.电路工作原理及设计说明

1．电路原理图

图2电路原理图

2.说明：

首先让信号源输入20mv交流信号通过电压增益为400的放大电路，得到8V的输出信号。

将输出信号接入采样/保持控制电路，该部分原理参考上页，得到直流的输出信号，从而实现峰值的采样。

四.电路设计、参数计算、元器件选择

（1）电路设计图如上页。

（2）参数计算，元器件选择。

放大电路：

设输入电压为Ui=5mv，输出电压为Uo=2v。

根据公式Uo/Ui=R5/R4（1+R1/R7），将Uo和Ui代入公式中，得Uo/Ui=2/（5×

0.001）=-R5/R4（1+R2/R4），即400=R5/R4（1+R1/R7）。

放大器完成400倍的放大任务，分配第一级电压增益为1+（R1+R2）/R7=8，其中R1=R2,分配第二级电压增益为400/8=50=R5/R4，则电阻值分别为R1=R2=4kohm，R3=R4=3kohm，R5=R6=240kohm，R7=2kohm。

（3）器件选择

R1~R7均选择1/8w金属膜电阻，其标称值如上，三个运算放大器均选用OPAMP_5T_VIRTUAL型放大器。

U1，U2也选择OPAMP_5T_VIRTUAL型运算放大器。

电容采用聚碳酸醋电容器。

五.性能的测试方法与实验数据

首先测试放大电路的放大功能，输入5mv的正弦信号，将信号的输入端与放大器的输出端一同接入示波器，其中放大器的电压增益为400，观察波形和峰峰值验证放大电路是否正确。

仿真图如图5：

B端为输入端，A端为输出端。

图5放大电路波形仿真图

对于采样/保持控制电路的结果测试，选用示波器，并将放大后的输入信号与电容中保持的信号一同接入，观测波形：

当输入为5mv时，输出波形如图6；

当输入10mv时，输出波形如图7；

当输入3mv时，输出波形如图8。

其中A为输入，B为输出。

图6输入为5mv时的波形

图7输入为10mv时的波形

图8输入为3mv时的波形

六.实验数据分析与处理

由第五部的测设和所记录的实验数据可以得出以下结论：

（一）电压增益为400的放大电路符合设计要求。

（二）采样/保持控制电路的设计符合要求，能观测到预测的结果。

七.结论、性价比、课设体会及合理化建议

通过这一周的课程设计使我学到了很多，这阶段我查过很多资料查阅到很多放大电路和采样/保持电路，有了这些经历对于我日后工作一定会有很大帮助。

性价比：

本次设计所使用的的主要器件OPAMP_5T_VIRTUAL型放大器具有很高而输入共模电压和输入差模电压范围，具有失调电压调整能力和短路保护能力，功率较低，电源电压适应范围较宽等特点，最重要价格合理，所以放大器选用该器件比较合适。

合理化建议：

希望老师允许其他的仿真软件进行仿真，因为考虑到multisim2001软件库中元件不全，如LF398运算放大器并不存在，而且该软件也对电脑系统构成严重的伤害，故而提出此建议。

实验结论:

本次实验我所设计的峰值检测系统能够将信号峰值检测并保持。

八.参考文献

[1]．阎石主编.数字电子技术.[M]北京：

高等教育出版社，2006年

[2]．黄继昌等编著.数字集成电路应用300例.[M]北京：

人民邮电出版社，2002年

[3]张福学主编.传感器应用及其电路精选.[M]北京：

电子工业出版社，1992年

[4]．孙余凯等编著.精选实用电子电路260例.[M]北京：

电子工业出版社，2007年

[5]．何希才编著.常用电子电路应用365例.[M]北京：

电子工业出版社，2006年

[6]．何希才编著.新型电子电路应用实例.[M]北京：

科学出版社，2005年

[7]．孙肖子等编著.模拟电子技术基础.[M]西安：

西安电子科技大学出版社,2001年

附录Ⅰ

元器件清单

OPAMP_5T_VIRTUAL型放大器

6个

信号源

1个

开关控制电路

示波器

1个

万用表

2个

电阻

若干

电容器

4个

直流电压源

A/D转换器MC14433

锁存器CD4511

数码显示管