信号峰值检测研究及设计

目录

绪论 (1)

一峰值检测基本原理 (2)

二系统方案设计 (2)

2.1 系统总体框图设计 (2)

2.2 峰值检测方案设计和论证 (3)

三硬件设计 (4)

3.1 单片机A/D转换电路和LCD接口电路 (4)

3.1.1 ATMEGA16简介 (4)

3.1.2 ATMEGA16的管脚分布及功能 (5)

3.1.3 LCD1602的接口电路 (5)

3.2 小信号放大电路 (6)

3.3 电源电路 (7)

四软件设计 (8)

4.1 ATMEGA16单片机的模数转换器ADC介绍 (8)

4.2 ATMEGA16单片机的模数转换器ADC相关的I/O寄存器 (9)

4.2.1 ADC多路复用器选择寄存器—ADMUX (9)

4.2.2 ADC控制和状态寄存器A—ADCSRA (10)

4.2.3 ADC数据寄存器—ADCL和ADCH (11)

4.3 系统软件框图设计 (12)

五系统仿真调试与结果分析 (13)

5.1 系统仿真调试 (13)

5.2 结果分析 (14)

六总结 (15)

七参考文献 (16)

附录 (17)

附录A 系统总体电路图 (17)

附录B 主程序代码 (18)

附录C 头文件LCD1602.h (20)

附录D 实物图 (22)

致谢 (23)

信号峰值检测研究与设计

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和OP07放大、LF398采样/保持后进行A/D转化和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/保持电路、AD转换电路、LCD显示电路、电源电路及单片机最小系统。系统以ATMEGA16单片机作为控制核心，以LF398芯片为峰值采样/保持电路核心，实现了输入信号的峰值提取和数字输出，并给出了具体方案和实验样本。

【关键词】峰值采样/保持电路 ATMEGA16单片机 LF398

Abstract

This design introduced the design principle of the peak detection system、the design method and system performance testing method. The sensor signal is transformed into electrical signals, then the amplifier AD620 and OP07 amplifier、LF398 sampling/keep on the A/D transformation after and signal processing after digital display output. The main contents include: project argumetntation, hardware design, software design and debug. Physical system, The hardware design mainly small signal amplifier circuit, peak sampling/keep circuit, AD transform circuit, LCD display circuit, the power circuit chip and minimum system. As the control system with ATMEGA16 microcontroller core, with LF398 chip for peak sampling/keep circuit, realize the core of the input signal peak extraction and digital outputs, and presents a scheme and test sample.

【Keywords】peak sampling/keep circuit ATMEGA16 LF398

绪论

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[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[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。

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 ,一种较好的方法就是采用基于单片机(MCU)和LF398的峰值检波电路，本文分析设计了一台基于AVR单片机(MCU)和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。