峰值检测系统设计
10页1、摘 要: 在科研、生产各个领域都会用到峰值检测设备,本设计的任务是设计一个峰值检测系统,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。关键词:峰值检测;放大器;采样/保持; 数字锁存;A/D;译码显示一、概述 在科学实验、工业检测等领域经常遇到需对信号的峰值进行检测的情况,例如:金属材料承受的最大压力和拉力;振动物体振动时受到的最大策动力等,本文通过理论分析,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,并对系统电路进行了研究。二、工作原理说明据分析,可确定需设计系统的电路原理框图如图1所示:传感器放大器采样/保持采样/保持控制电路数字锁存控制电路A/D转换译码显示数字显示表表头图1 峰值检测系统原理框图传感器: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
2、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。三、电路设计1、传感器:把被测信号量转换成电压量(本文不做设计)。2、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。由于输入信号为05mv,1mv等于400kg,因而选用电压增益Au=400的放大器电路。如图2所示,采用差动放大电路(此种电路精度高),因为放大器A1和A2的失调电压量值和方向相同,可以互相抵消。Vo1+ViR4R4R3R3R2R2R1U1U2A3A1A2图2差动放大电路根据公式分配第一级放大器放大倍数为=8,分配第二级放大倍数为,则选取电阻值分别为R1=1.6K,R2=5.6K,R3=2K,R4=100K,R1R4均选1/8W金属模电阻。放大器A1A3可选用具有很高的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等特点的uA741型运算放大器。3、采样/保持:对放大后的被测模拟量进行采样,并保持峰值。其核心器件选用LF398采样保持集成电路蕊片,具体电路如图3所示。LF398的8脚是采样/保持控制脚,当该脚输入高电平时LF398进行采样
3、,输入低电平时保持。采样时输入信号使采样保持电容Ch迅速充电到Vi。其中Ch可选用电阻大、漏电小的聚苯乙烯电容,取Ch=0.1uF。4、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。具体电路可选用比较电路,如图4所示。比较电路将LF398的输入端电压与输出端电压相比较,产生一个控制信号Vk,用Vk控制LF398的逻辑控制脚,此外Vk还用来控制数字锁存控制电路。当Vi VO2时,比较器输出Vk为高电平,使LF398采样。当Vi VO2时,比较器输出Vk为低电平,使LF398保持。图4中比较器A4选用运算放大器uA741,二极管选用普通硅二极管2CK11。Vo25V-V+66748310.1uFCH逻辑输入Vi模拟输入LF3982CK11D4723VkV-V+Vo2ViA4图3 采样/保持电路 图4采样/保持控制电路5、数字显示表头电路:由A/D转换(将模拟量转换成数字量)和译码显示(完成峰值数字量的译码显示)组成,如图5所示。图5 数字显示表头电路该电路可采用位数字电压表,选择期间如下:位A/D转换器MC14433、七路达林顿驱
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