峰值检测系统的设计

1、南通大学电工电子实验中心电子系统综合设计实验报告课题名称：峰值检测系统的设计姓 名：沈 益学 号：0812002017指导教师：陈 娟实验时间：2011年1月3日至14日峰值检测系统主要由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D转换电路、数码显示、数字锁存控制电路组成。其关键任务是检测峰值并使之保持稳定，且用数字显示峰值。一、设计目的1、掌握峰值检测系统的原理；2、掌握峰值检测系统的设计方法；3、掌握峰值检测系统的性能指标和调试方法。二、设计任务及要求1、任务：设计一个峰值检测系统；2、要求：（1）传感器输出05mV，对应承受力02000kg； （2）测量值要用数字显示，显示范围

2、是01999； （3）测量的峰值的电压要稳定。三、设计原理1、设计总体方案据分析，可确定需设计系统的电路原理框图如图1所示：图1 峰值检测系统原理框图2、各部分功能传感器：将被测信号量转换成电量；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。三、电路设计1、传感器：本

3、文不予考虑；2、放大器：由于输出信号为05mV，1mV对应400kg，因此选用电压增益为400的差动放大电路（该电路精度高），如图2所示。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，分配第二级放大器放大倍数为，则选取电阻值分别为，四只电阻均选1/8W金属膜电阻，三个放大器可选具有高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以及短路保护等特点的741型运算放大器。3、采样/保持：选用LF398采样保持集成电路芯片，电路如图3所示。图3 采样/保持电路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，输入低电平时保持。采样时输入信号使采样保持电容迅

4、速充电到。其中可选用电阻大、漏电小的聚苯乙烯电容，可取。4、采样/保持控制电路：该电路选用比较电路，如图4所示。图4 采样/保持控制电路比较电路将LF398的输入端电压与输出端电压相比较，产生一个控制信号，用控制LF398的逻辑控制脚，此外还用来控制数字锁存控制电路。当时，比较器输出为高电平，使LF398采样；当时，比较器输出为低电平，使LF398保持。图中选用741型运算放大器，二极管选用普通硅二极管2CK11。CH5、数字显示表头电路：该电路由A/D转换和译码显示电路组成，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，元件选择如下：位A/D转换器MC14433，七路达林顿驱动

5、器MC1413，BCD到七段锁存-译码-驱动器CD4511、基准电源MC1403和四个共阴极数码管。6、数字锁存控制电路：数字锁存控制电路时保证A/D转换的峰值数字被锁存在位A/D的输出锁存器里，且当被测信号不在量程内时，超量程或欠量程信号将控制小于峰值的数字量不能锁存。为完成峰值锁存必须掌握MC14433两个管脚的功能，其中一个管脚是数字显示更新输入控制端DU，另一个管脚是转换周期结束标志输出端EOC。DU功能为：当DU为高电平时，A/D转换结果被送入输出锁存器内；当DU为低电平时，A/D转换器仍输出锁存器中原来的结果。EOC的功能是：每一个A/D转换周期结束时，EOC端输出一个正脉冲。通常

6、电路利用EOC端的输出控制DU，则每次A/D转换结果都被输出，而峰值检测电路只允许峰值结果输出，小于峰值不输出。所以电路必须设置在峰值时，EOC的输出才能控制DU。考虑位A/D转换器转换周期为1/3s，当峰值信号来到时，应允许EOC的输出在1/3s内控制DU端。由于采样/保持电路能在A/D转换周期内保持峰值的模拟量，所以在A/D转换周期间峰值数据不会受影响。经过前面的分析，确定数字锁存控制电路如图6所示。图6 数字锁存控制电路该电路由单稳态延时电路、或门GA和与门GB，图中输入信号来自比较器的输出，表示峰值采样，表示峰值保持，电路工作情况如下：（1）当时，或门GA输出1，允许通过与门GB，若是

7、高电平，则也是高电平。可以控制DU端，峰值数据被锁存在A/D转换器的输出锁存器中。（2）当由高电平变成低电平时，单稳态触发器的3端是下降沿触发的脉冲展宽延时电路的输入端，在输入脉冲作用下，在1/3s内仍然保持高电平。在1/3s内使或门GA输出1，此间EOC的输出电平能通过与门GB，是高电平时，也是高电平，又可以控制DU端，使输出锁存器锁存峰值数据。（3）当，时，或门GA输出为0，封锁与门GB，不能通过与门GB，与门GB的输出为低电平，封锁A/D转换器的输出锁存器，输出锁存器仍输出原来的峰值数据。单稳态触发器3脚输入信号由高电平变为低电平时，使输出脉冲延时1/3s的高电平，数字锁存控制电路就能控

8、制A/D转换器的输出锁存器锁存峰值数据。输出脉冲的延时时间由外接部件和的数值大小决定。据公式，取，将，代入上式，得，最终去标称值。（或门选74LS32，与门选74LS08）。附录：1、系统电路原理图 2、各芯片引脚排列图以及功能表 3、电路硬件搭试照片 4、总结附录1：系统电路原理图附录2：各芯片引脚排列图以及功能表1、 A741引脚图1、5号脚：偏置（调零端）2号脚：正相输入端3号脚：反向输入端4号脚：负电源6号脚：输出7号脚：正电源8号脚：空脚2、74LS08引脚图功能表3、74LS32引脚图功能表4、74LS121引脚图引脚符号说明：Cext：外接电容端Q：正脉冲输出端：负脉冲输出端 R

9、ext/Cext：外接电阻/电容端 Rint：内电阻端B：正触发输入端A1、A2：负触发输入端功能表5、CD4511 引脚图功能表 输 入 输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 0111011

10、0000000消隐 01111000000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 6、LF398引脚图引脚符号说明：V+:正电源电压输入引脚调零：偏置调零引脚IN：输入引脚V-：负电源电压输入引脚OUT：输出引脚CH：保持电容引脚REF：参考电压输入引脚CON：控制逻辑IN（+）7、MC14433引脚图和内部结构图引脚符号说明：VAG：被测电压V1和基准电压VREF的地电位VREF：外接基准电压输入端V1：被测电压输入端R1、R1/C1、C1：外接积分阻容元件端C01、C02：外接失调补偿电容端

11、DU：实时显示控制端，DU端输入一正脉冲，输出端就输出A/D转换结果。若和本电路的EOC端连接，则每次A/D转换结果均输出。CP1、CP0：时钟振荡器外接电阻端，外接电阻RC为300k时，振荡频率为66kHZ。其中CP0为时钟信号输出端，CP1为时钟信号输入端，使用外部时钟信号时由此输入。VEE：电路的电源最负端，VAG-VEE2.8VVSS：除CP0外所有输出端的低电平基准，VDD-VSS5VEOC：转换周期结果标志输出，每一A/D转换周期结束，EOC输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的1/2：过量程标志输出。当|V1|VREF时，输出为低电平功能表8、 MC1413引脚图MC1413是是高耐压

12、、大电流达林顿陈列反相驱动器，由七个硅NPN 达林顿管组成。MC1413的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。MC1413工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。9、 MC1403引脚图MC1403是低压基准芯片。一般用作812bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。 输出电压: 2.5 V /- 25 mV 输入电压范围: 4.5 V to 40 V 输出电流: 10 mA因为输出

13、是固定的，所以电路很简单。就是Vin接电源输入，GND接底，Vout加一个0.1uf-1uf的电容就可以了。 Vout一般用作812bit的D/A芯片的基准电压。MC1403是美国摩托罗拉公司生产的高准确度、低温漂、采用激光修正的带隙基准电压源，国产型号为5G1403和CH1403。它采用DIP8封装，引脚排列如图7-1-2所示。UI4.5V15V，UO2.500V（典型值），T可达10106/。为了配8P插座，还专门设置了5个空脚。其输出电压UOUg0(R3R4)/R41.2052.082.5V。MC1403的输入-输出特性 输入电压UiV 输出电压UoV 10 2.5028 9 2.502

14、8 8 2.5028 7 2.5028 6 2.5028 5 2.5028 4.5 2.5027当Ui从10V降至4.5V时，Uo只变化0.0001V，变化率仅为0.0018。10、 数码管引脚图 附录3：电路硬件搭试照片附录4：总结电子系统综合设计不仅是对理论知识的巩固，同时也是动手实践能力的培养。设计环节是将我们所学理论知识运用到实际中，所需要的理论知识不是单一的，而是电路、数字电子技术、模拟电子技术等的综合，有助于我们学会将理论知识灵活应用到实践中，进一步提高理论水平；硬件实现环节，需要我们有实践经验，例如元器件的布局以及布线等，同时也需要我们有很好的动手能力和耐心。我认为电子系统综合设计的关键之处主要在于以下几方面：1、 设计方案要合理可行。如果设计方案存在错误或者在硬件实现方面存在问题等，这都将影响整个设计的结果，因此在设计时应注意每一个细节，务必要细心谨慎。2、 器件布局要合理。器件布局直接影响后续的布线，布局不合理，会导致布线复杂，布线难度加大。3、 布线要细心美观。由于所采用的导线比较细，容易出现断裂，在布线时应务必细心，同时应充分利用面包板，尽可能使布线美观。4、 应调试每一