峰值检测系统

沈阳航空航天大学

课程设计

（说明书）

峰值检测系统的设计

班级24060403

学号2012040604107

学生姓名郭宁

指导教师于春和

沈阳航空航天大学

课程设计任务书

课程名称模拟与数字电子技术课程设计

课程设计题目峰值检测系统的设计

课程设计的内容及要求：

一、设计说明与技术指标

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。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。系统可采用如图1所示框图结构：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

技术指标

1. 放大器输入阻抗：R i>1MΩ；频带宽度：0Hz～1kHz；共模抑制比：K CMRR>70dB。

2. 测量值用数字显示，显示范围为：0 000~1 999；

二、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）。

三、实验要求

1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。

2．进行实验数据处理和分析。

四、推荐参考资料

1. 童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年

2. 李万臣，谢红编著. 模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出

版社，2001

3. 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.

五、按照要求撰写课程设计报告

成绩评定表：

指导教师签字：

2014 年12 月26日

一、概述

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。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。

二、方案论证

本次课程设计的峰值检测系统是由传感器、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。

传感器是用来把被测信号量转换成电压量；

放大器是将传感器输出的小信号放大，输出结果满足模数转换器的转换范围；

采样/保持是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。

原理框图如下：

图1 峰值检测系统方案原理框图

三、电路设计

1、放大电路设计：

选用电压增益Au=400的放大电路完成系统对小信号放大的要求。本次课程设计中所用的放大电路为高精度放大电路，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，采用高精度放大器的类型为RT3288，三个运算放大器分别用U1，U2，U3表示。该电路U1和U3的失调电压的量值和方向相同，可以相互抵消，减少了一些误差，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

放大有重要的作用且放大器输入阻抗R i 远大于1M Ω。

由于此电路中放大器要完成400倍的放大任务，400倍分为两级放大，所以要求两级的放大倍数相乘等于分配等于400即可，选取第一级的电压增益Au 1为5，分配第二级的电压增益Au 2为80，能够达到放大要求。

放大电路设计如图2所示：

图2 高精度数据放大器

该放大电路主要由三个运放构成；其中由于U 1和U 3采用相同的运算放大器，使U 1和U 3的失调电压的量值和方向相同，可以相互抵消，从而抑制共模信号，与此同时，差模信号得到放大，并且差模放大倍数越大，共模抑制比越高，从而精确地得到放大性能。其具体放大原理如下：根据集成运放的虚短虚断原理有以下算式：

()

()13124R4U U U 2R R -=

+ 2131

42R U U 1U R ⎛⎫-=+ ⎪⎝⎭

()603133182R U R U U R 1U R ⎛⎫

=--=+ ⎪⎝

⎭

R 1=10O Ω R 3=2K Ω R 2=100Ω R 4=200Ω

设输入电压为I U =5mV ，根据上述公式得出输出电压O U =2V 。

2、采样/保持电路设计：

采用运放提高直流特性，减小偏置电流OPA128的偏置电流,将场效应管当二极管用，可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动力；

该部分电路如图3所示：

图3 采样/保持控制电路

（1）模拟峰值存储器，即电容器C2，用来记录电压峰值；（2）单向电流开关，快速恢复二极管，即二极管D1；（3）离运算放大器OPA128JM，K CMRR=90dB。可以快速精确采样和保持，具有降低偏置，降低失调电流，输入输出缓冲隔的作用。（4）采用FET 集成运放提高直流特性，从而减小集成运放OPA128JM的偏置电流；（5）将场效应管当作二极管使用，可以有效减小反向电流同时增加第一个运放的输出驱动能力；（6）小电容是防止自激的，并记录峰值。

3.A/D转换及数字显示系统的设计

利用的A/D转换芯片是ICL7107, ICL7107是专为驱动LED显示器而设计的三位半双积分式A/D转换器，它能直接驱动共阳极LED显示器，不需另加驱动电路和限流电路，使整机电路简化，显示清晰，亮度高，便于夜间观察，显示器采用七段共阳极数码管。当模拟信号从模拟信号输入端输入时，经过A/D转换电路后即可将模拟信号转换为数字信号并