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1、电子线路综合课程设计报告课程题目院系专业班级 学生姓名学生学号电子线路综合课程设计信号峰值检测仪电子科学学院电子15-2班宋忠民150901240207指导教师韩连福2017年7月10日电子线路综合课程设计报告目录第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 .63.3 信号峰值检测电路模块的设计 .83.4 NE555芯片25khz时钟信号产生电路模块的设计 93.5 模数转换模块的设计 1.13.6 锁存器锁存数字信号连接数码管显示模块的
2、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 19I电子线路综合课程设计报告第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
3、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
4、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
5、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20业和信息产业的不断发展, 来愈大的作用。对信号的采集处理方面的要求愈加突出，它将发挥愈第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 o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
6、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
7、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、NE555S片25KHz寸钟信号产生电路、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
8、，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
9、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， AD
10、C16的引脚图如图32$世KR 二 1:4567k IL DbDDDBDD图3-13为74LS273示意图第4章电路的仿真启动Multisim ,对该电路进行仿真，图4-1为测量峰值为一伏的正弦信号总体电路仿真图，从该图可以看到整体的电路结构以及实时输出状态，由该图可以 看到数码管的显示值也为FFFF,能够达到对该信号峰值的测量，拨动单刀双掷 开关可切换到检测该信号的实时电压值。如图 4-2所示，当拨动开关时动态显示出被测信号的实时数字量VsU1U31.154k C .R1VORSTOUTDISTHR2.309k a_2VfiLM358DRl上L10kQVref+Vref-D0D1D2D3D4
11、D5D6D7D8D9 D10D11D12D13D14D151D2D3D4D5D6D7D8D1D2D3D4D5D6D7D8DVCC1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q2Q 3Q4Q5Q6Q 7QV1R7WV20k。20kQ-i- 100 fi F2.5k Q图4-2显示动态电压值为了验证此信号峰值检测仪的准确性， 对输入电压进行采点分析，分别将信号源的电位偏移量调节到0、-1、-2则峰值电压变为IV、0V、-1V,经运放后变 为5V、0V、-5V对电路进行仿真，分别得到电路的实时输入状态和数码管的显 示值如下图4-3、图4-4、图4-5所示：U8U9U10U11U3VSS74LS273N74LS27
12、3NR8OPAMP_3T_VIRTUALOPAMP_3T_VIRTUALC3七 100 fi FCLR CLKGND1D2D3D 4D5D6D7D8DCLRCLK GNDVCC1Q2Q3Q4Q 5Q6Q 7Q8QVCC 1Q 2c 3c4c 5c6c 7c 8C320kQJS1DCD_HEXD0D1D2D3D4D5D6D71D2D3D4D5D6D7D8DVref+Vref-SOCADC16D8D9D10D11D12D13D14D15U.AU6A 7406N键=空格图4-4数码管显示8000由以上仿真，可基本得出结论，该设计当信号峰值在-1V1V内可基本实现该信号峰值检测仪的功能。最后结果为0.
13、00015*（数码管显示数字）-5/5V。本次信号峰值检测仪的设计，应用非反向放大电路对被测信号进行放大处 理，应用了 ADC完成对输入模拟量的数字输出转换，用数字锁存器及16进制数码管完成数码管的显示。经实验分析，可实现 -11V峰值电压的测量。通过前面的信号峰值检测仪的设计、 模块的检测、元器件的选择和仿真，可 基本了解数字电压的逻辑构成，但在仿真方面，元器件显得特别不给力，本来计 划好的用ADC0809和LF358发现元件库基本没有，导致不断地改方案，用ADC16 代替ADC0809进行模数转换，LF358采样保持器是A/D转换过程中必要的环节， 本次设计采用高速的时钟信号测量频率比较低
14、的信号，从而避免了使用LF358,虽然最后成功完成，但仿真效果显得不够完美。最后的显示结果是16进制，而且0000代表-5V, FFFF代表+5V,显示结果不够直观。虽然自己的设计还不够完善，不管是方案的原因还是元器件仿真的原因， 本 次设计让自己体会到了如何利用自己掌握的知识设计出自己想要的作品，并且夯实了自己的基础知识，能够熟练地应用简单的逻辑原件和基本的芯片， 对于刚刚 学过的数字电路，再此能够应用上无疑是一次很好的锻炼， 对数字电路的理解加 深了。参考文献1童诗白，华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京：高等教育出版社， 2006.2阎石.数字电子技术基础（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.3韩建，全星慧，周围.电子技术课程设计指导M.哈尔滨：哈尔滨工程 大学出版社，2014.4黎小桃.数字电子电路分析与应用M.北京：北京理工大学出版社，2014.5高吉祥.电子技术基础实验与课程设计M.北京：电子工业出版社，2002.6陈明义.电子技术课程设计实用教程（第3版）M.长沙：中南大学出版 社，2010.7程春雨.模拟电子技术实验与课程设计M.北京：电子工业出版社， 2016.附录元器件清单A/D转换器ADC161锁存器74LS2732555定时器NE5551反相器74061集成运放LM3583数码管DCD HEX4