信号峰值检测仪课程设计报告.

东北石油大学课程设计

课程电子线路综合课程设计题目信号峰值检测仪

院系电子科学学院

专业班级电子15-2班

学生姓名宋忠民

学生学号150901240207

指导教师韩连福

2017年7月10日

目录

第1章概述 (1)

1.1 引言 (1)

第2章总体设计方案 (3)

2.1 系统设计方案................................................... 错误!未定义书签。

2.2 系统设计框图 (4)

第3章单元电路的设计 (5)

3.1 总电路的设计 (5)

3.2 待测电信号放大电路模块的设计 (6)

3.3 信号峰值检测电路模块的设计 (8)

3.4 NE555芯片25khz时钟信号产生电路模块的设计 (9)

3.5模数转换模块的设计 (11)

3.6 锁存器锁存数字信号连接数码管显示模块的设计 (12)

第4章电路的仿真 (14)

结论 (17)

参考文献 (18)

附录元器件清单 (19)

第1章概述

1.1 引言

峰值检测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，尤其是小信号。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他非电信号如微弱的机械振动实现自动检测和控制，从而构成完整的检测系统，因此峰值检测具有广泛的使用价值。

峰值检测通过对输入信号的峰值进行提取，产生输出，从而实现对信号的监控，保证系统中其他结构工作的稳定性，避免了过大输入对系统造成的损伤，延长了设备的使用寿命。峰值检测是电子测量、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。尤其是小信号。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和控制，从而构成完整的测控系统，因此峰值检测具有广泛的实用价值。

峰值检测技术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。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。若用由二极管和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和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，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。

峰值检测电路是将某一段时间内信号的最值反映出来，遇到信号峰值就跟着，若没有更大的就保持，其工作状态主要包括跟踪、保持和复位，可以广泛应用于信号采集和处理、仪器仪表、自动控制等众多领域。如用来实现波形的毛刺捕捉、冲刺信号峰值检测等。因此峰值检测器有广泛的市场应用，且随着电子产

业和信息产业的不断发展，对信号的采集处理方面的要求愈加突出，它将发挥愈来愈大的作用。

第2章总体设计方案

2.1 系统设计方案

1.基本原理分析

峰值检测器是用来检测交流电压峰值的电路。最简单的峰值检测器依据半波整流原理构成电路，如下图2-1。交流电源在正半周的一段时间内，通过二极管对电容充电，使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。只要RC够大，可以认为其输出的直流电压数值上十分接近于交流电压的峰值。交流电源在正半周的一段时间内，通过二极管对电容充电，使电容上的电压逐渐趋近于峰值电压。这种简单电路的工作过程是，在交流电压的每一周期中，可分为电容充电和放电两个过程。在交流电压的作用下，在正半周的峰值附近一段时间内，通过二极管对电容C 充电，而在其它时段电容C上的电压将对电阻R放电。

图2-1 简单峰值检测电路

基于该简单的峰值检测器，如采用集成电路对其功能实现，性能进行优化，则更具有实用性。峰值检测器之原理可概括为：当输入信号为峰值更大值时，电容刷新进行充电，相关原件记录新的峰值，如若未有新峰值，相关元件则进行保持功能。

2.设计思路

本课设的关键任务是检测出峰值并使之保持稳定和数字显示。将输入量的峰值检测出来并保持，在通过数据锁存控制电路所存峰值的数字量。通过A/D数模转换，将模拟量转换为数字量，然后需要将数字量显示在数码管上。该方案由待测电信号放大电路、信号峰值检测电路、NE555芯片25KHZ时钟信号产生电路、模数转换电路、锁存器锁存数字信号连接数码管显示电路五部分组成。

2.2 系统设计框图

图2-2信号峰值检测系统框图

第3章单元电路的设计

3.1 总电路的设计

将待测信号源经LM358构成的运算放大电路放大输出后，接一单刀双掷开关，开关一端接ADC16模数转换芯片转化为16位二进制数字信号，开关另一端接峰值信号检测电路并且输出信号峰值再接入ADC16模数转换芯片转换成16位数字信号，拨动开关可选择测量实时信号和峰值信号，NE555构成的多协振荡器输出25KHZ方波为ADC16提供时钟信号以保证ADC16能正常工作输出相应的数字信号，由于模数转换的过程是需要一定时间的，转换过程中会出现乱码所以在16输出端接入两个74LS273锁存器当ADC16转换完成后ADC16的SOC 引脚会输出低电平再接入7406非门就会产生一个上升沿驱动74LS273锁存并输出转换完成的16位数字量，最后将16位数据通过16跟数据线接在4个16进制数码管上显示出相应的值，完成信号实时检测和峰值检测。仿真电路有改进的地方也有不完善的地方，仿真电路用到了16位模数转换芯片其分辨率高达0.15MV，采用了运放电路将待测信号放大5倍后进行测量也提高了测量的精度，再有就是单刀双掷开关的设计可以选择性的测量信号峰值和实时信号，仿真也解决了采样保持的问题NE555构成的多谐振荡器发出25KHZ的时钟信号对于测量50HZ的电压信号其精度也非常高。仿真也有部分功能不够完善的部分，数码管采用的是4位16进制输出数字没有十进制看起来直观。仿真使用Multism13.0仿真软件进行，ADC模数转换芯片的转换范围是-5V~+5V当信号为5V时数码管显示FFFF为-5V时显示0000。测量结果为[0.00015*(数码管显示数字)-5]/5V。图3-1是由仿真软件Multism13.0绘制的应用ADC16设计的峰值信号检测仪，ADC16的引脚图如图3-2。