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时间:2018-10-31
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1、指导教师:参赛学生参赛学校及院系:峰值检测电路设计摘要在生产、科研等各个领域都会用到峰值检测设备。本设计介绍了峰值检测系统的设计原理、软硬件设计方法,系统性能指标调试方法以及multisim的仿真模拟。以STC89C52单片机为核心处理器,主要控制电压的输出,最后在数码管上显示。在峰值检测系统中,通过NE5532P型运算放大器和开关二极管1N60组成采样保持电路。其输出电压经由A/D转换器送至单片机,经过单片机的控制和处理最终输出相应的数字电压,最后采用nmltisini仿真,与实际测量效果进行对比分析得出结论,实现Y峰值的连续检测和保持。关键词:
2、峰值检测;采样/保持电路;A/D转换器;STC89C52;multisim目录、系统方案1.1总体方案论证与选择1.2总体设计思路、电路与理论分析2.1峰值检测基本原理2.2峰值检测理论分析与计算三、软件设计与流程四、系统调试与误差分析4.1系统调试4.2误差分析五、总结六、参考文献附录1总电路附录2源程序444556677101011121215附录3元器件清单一、系统方案1.1总体方案论证与选择方案一:基于1CL-7135双积分A/D转换芯片的数字电路设计。用采样/保持峰值电路,通过数据锁存控制电路锁存峰值的数字量。设计的原理阁较为复杂,它由被
3、测信号、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。需要用到的主要芯片有LF398采样/保持芯片,555定吋器,ICL-7135型A/D转换器,74LS47译码器,8段数码管等。方案二:运用一个运算放大器的模拟电路设计。将运算放大器的正极与信号源连接,运算放大器的输出直接与负极相连,组成一个简单的电压跟随器,在输出端即既能检测信号源的峰值电压。方案三:运用两个运算放大器的模拟电路设计。运用信号源正向上升电压对电容进行充电,当信号源达到峰值的时候充电结束,此吋电容两端的电压也就等于信号源的峰值,由于电容电压不能
4、突变,此时可以直接测量电容电压也就检测出信号源的峰值。该电路主要包括模拟峰值存储器,单向电流开关,输入输出缓冲隔离,电容放电复位开关(这部分非必须,如:如果电容值选取合适,两次采样吋间间隔较大)对比三个方案可以看出,方案一采用了大量的芯片,电路较为复杂,相比之下,各芯片成木较高,而見LF398芯片在proteus和multisini等常用电路模拟软件中均无模拟模型,为电路的模拟造成困难。而方案二与方案三,需用用到的都是常见的器件,更容易获得,面且便于模拟,有利于对电路整体性能的把握,便于实现。但是相比方案三,方案二采用电容器储能,并且有输出缓冲,能
5、有效呢抑制电容器放电,运用电容器电压不能发生突变的原理便与测量,因此选择方案三更为合理。1.2总体设计思路根据电路耍求,模拟峰值存储器,可以选择合适范围的电容器存储电压;单向电流开关(即开关二极管)则选用具有开关快速恢复能力的二极管;输入输出缓冲隔离,即运算放大器;AD转换器则用來实现模拟电压1到数字电压的转换;最后,再利用单片机和数码管控制处理输出相应的数字电压。当信号源正向电压通过运放时,二极管导通,电容器不断充电,输出电压即为电容器上存储的模拟峰值电压,当信号源电压下降时,由于单向电流的开关作用,抑制了电容器放电,可以短时间维持电容器电压,峰
6、值保持不变,此时检测电容器两端的电压即信号源峰值。电路设计框图如图1.1所示:命出显/J图1.1电路设计框图二、电路与理论分析2.1峰值检测基本原理峰值检测电路(PKD,PeakDetector)的作用就是对输入信号的峰值进行提取,产生输出松=Vpeak,为丫实现这样的目标,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2.1所示:图2.1峰值检测基本效果原理峰值检测的基木原理很简单,通过一个电压跟随器,正相输入信号,输出直接接反相,这样输出值与输入值相等。若在输出与波形检测部分并接一电容,当波形值增加时,显示部分能指
7、示出这一±符加过程,同时电容也在充电,电容的电压不断增加。当波形的峰值下降时,由于电容已充电,这是波形显示部分显示的是电容记录的最大值。为了防止电容电压下降,在电容与电压跟随器之间加一二极管。由于二极管的的单向导通性,二极管的电压不会“流失”,这样就能保证显示部分记录的就是输入波形的最大值。即“遇增增,遇减不变”2.2峰值检测理论分析与计算如电路图所示,由于二极管的卑向导电性,应该选择具有更快开源速度的二极管,本系统选用了1N6000B;对运放的频带宽度为丫满足要求,选用了高性能低噪声的NE5532P;对时间常数r(r=R3.CDr越小,在低频阶段
8、下降明显,增大,输出相应时间变慢,而C1越大,下降速率越慢,67越大,下降速率越快,为了满足要求,木系统选用了3.3.uf
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