信号峰值检测研究与设计

1、目录绪论1一峰值检测基本原理2二系统方案设计22.1系统总体框图设计22.2峰值检测方案设计和论证3三硬件设计43. 1单片机a/d转换电路和lcd接口电路43. 1. 1 atmega16简介43. 1. 2 atmega16的管脚分布及功能53. 1.3 lcd1602 的接 口电路53.2小信号放大电路63. 3电源电路7四软件设计84. 1 atmega16单片机的模数转换器adc介绍84. 2 atmega16单片机的模数转换器adc相关的i/o寄存器94. 2. 1 adc多路复用器选择寄存器admux94.2.2 adc控制和状态寄存器aadcsra104. 2. 3 adc 数

2、据寄存器adcl和adch114.3系统软件框图设计12五系统仿真调试与结果分析135. 1系统仿真调试135.2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. h20附录d实物图22致谢23信号峰值检测研究与设计摘要木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屯信号，再经运放ad620和0p07放人、lf398 采样/保持后进行a/d转化和信号处理后数字显示输出。研究的主耍内容有：方 案论证、硬件设计、软件设计、系统实物调试。硬件设计主要冇小信号放大电路、 峰值采样/保

3、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 lf398abstractthis design introduced the design principle of the peak detection system > the design method and system performance testing method. the sensor signa

4、l 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

5、, 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

6、 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。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

7、数字存储示波器及数据采集卡屮的重要技术z,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 检测某建筑物屮梁的最大承受力，检测一根钢丝绳的最大允许拉力等，这就需耍 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。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，主要表现在两个方而：第一，若选择rc电路时间常数大一些，则输岀信号的波形会好一些，但 检波输出z后的信号幅值和检波z前的信号幅值有明显的差距，输岀信号幅值 明显降低，峰值检波效率变差，同时，信号快变部分的丢失

8、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，信号的快变分量明显变好，但输出信号的波形明显变差，不利 j 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lcd 1602液品 显示峰值。一峰值检测基本原理峰值检测电路(pkd, peak detector)的作用就是对输入信号的峰值进行提

9、取，产生输出vo二vpeak,为了实现这样的目标，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1所示：图1峰值检测基本原理二系统方案设计2.1系统总体框图设计本系统的关键任务是检测出峰值并使之保持稳定和数字显示，其总体结构框 图如图2所示。它由传感器、放大器、采样/保持电路、采样/保持控制电路、a/d 转换电路、峰值显示电路组成。由传感器测量得到一定的输入信号，该输入信号 一般较小，需经放大器放犬，放大后的信号送入峰值采样/保持电路，单片机将 得到的峰值模拟信号进行a/d转换后数字输川并显示。图2峰值检测系统设计总体结构框图2. 2峰值检测方案设计和论证方案1：

10、如图3所示即为一般止峰值检测电路，其工作原理为：初始状态电 容电压uc等于零时，当输入电压ui 20的时候，由于运放u3充当跟随器，故 ui=uo ,二极管d2导通，电压ui对电容c2充电，直至电容c2上的电压uc 等于输入电压ui的峰值，只耍输入电压ui wuc，二极管d2就截止，电容电 压uc保持不变，即电容电压uc保持先前检测到的输入电压ui的峰值，只有 输入电压ui 2uc时,二极管vd才导通,电容c进行充电。总z ,电容电压 uc始终保持输入电压ui的峰值。但此电路存在缺陷，当输入小信号波形的正向峰值小于二极管d2的正向 导通电压时，二极管将截止，此峰值检测电路便不能工作。可见，此电

11、路不能用 于检测小信号波形的峰值。图3 一般峰值信号检测原理图方案2：如图4所示为小信号峰值检测电路，此电路是由一级运放构成，二 极管vd置于反馈回路z中。运放u1与电容c1 一道构成峰值检测电路;运放u2 构成跟随器，使峰值检测电路与后面的电路隔离。当小信号输入时，即使输入信 号的正半周很小，由于运放u1的av （ av为运放环路电压增益）很大，而u1 的输出电压等于uin- av,所以u1的输出电压也足以使二极管导通，迫使运放 u1处于跟随状态，从而能实现对输入小信号的峰值进行检测。虽避免了方案1 的不足之处，但是该方案对各个元件的参数要求较高，而口容易受干扰。12v图4小信号峰值检测原理

12、图方案3 :如图5所示，采用lf398作为峰值采样/保持电路的核心，lf398 是一种反馈型采样/保持放大器，它的第8个引脚为采样保持器的控制脚，输人 高电平时，芯片工作在采样状态,输入低电平时，芯片工作在保持状态。由于冋 路阻抗很大，所以保持功能很强，电路的保持功能是依靠c1对vi的充电实现 的，因而对c1的耍求较高，一般选用有机薄膜介质电容。ua741构成比较器电 路，将被测信号与保持信号v。进行比较，若vi>vo,比较器输出高电平，开启 lf398进人采样状态，若vi<vo,比较器输出低电平，使lf398保持原有信号峰值。通过实验发现，方案3不仅避免了前两种方案的缺陷，而且相

13、比于前两个方 案，其峰值保持效果有极大的提升，简化了硬件电路，在一定程度上减少了元件 参数的影响，因此木系统采用了方案3。三硬件设计3. 1单片机a/d转换电路和lcd接口电路3.1.1 atmega16 简介atmega16单片机是1997年由atmel公司研发出的增强型内置flash的 risc (reduced instruction set cpu)精简指令集高速8位单片机。与其它单片 机相比，avr单片机具有如下优点：哈佛结构，具备1mtps / mhz的高速运行处理能力；超功能精简指令集(risc),具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 mcu采用单一 acc进行处理造成的瓶

14、颈现象；快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号flash非常大，特别适用于使用高级语言进行开发； 大部分 avr 片上资源丰富：带 e2pr0m, pwm, spi, uart, twi, isp, ad, analog comparator, wdt 等；片内集成多种频率的rc振荡器、上电口动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠；3.1.2 atmega16的管脚分布及功能如图6所示为atmega 16的管脚图。vcc(io):数字电路的电源。gxd(11> 31):地。xtal1 (13):反向振荡放大器与片内时钟

15、电路输入端。xtal2 (12)：反向振荡放大器输出端。avcc (30):端口 a与a/d转换器电源。aref (32) :a/d模拟基准电压输入引脚。pbo fro) pbi ao pb2 (aino) pb3(aini) pfm (ss) pb5 (mosd pb6 (miso) pb7 (sck>1419 盈 21pdo (rxd) pd1 (txd) pd2 (into) pd3 (inti)pd4 (ocib) pd5 (oc1a) pdd (icp) pd7 (tosc2)reset】312atmegaj6393837363s33222425262728為323!30are

16、f acnd avcc(adco) pao (adc!) pai (adc2) pa2 (adc3) pa3 (adc4) pa4 (adcs) pa5 (adc6) pa*5 (adc7) pa74。pcopcipc2pc3pc4pcs crosci) pco (tosc2) pc7图6 atmega16l管脚图reset (9):复位输入脚，持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。端口 a (pa0-pa7)端口 a为8位双向i/o 口，具有可编程的内部上拉电阻。端口 b (pb0-pb7)端口 c (pc0-pc7)端口 d (pd0-pd7)端】b为8位双向i/o i-i, 端

17、口 c为8位双向i/o 口, 端口 d为8位双向i/o 口,具有可编程的内部上拉电阻。具有可编程的内部上拉电阻。具有可编程的内部上拉电阻。3.1.3 lcd 1602 的接口电路lcd 1602引脚分布及功能与atmega 16l单片机的接口电路如图7所示。+5vor13lok1reset|10uf cis挣tr=800omhz19pbo (to)l (adco)paopbl(tl)>(adcl)palpb2 (aino)(adc2)pa2pb3 (ain1)(adc3)pa3pb4 (ss)(adc4jpa4pbs (mosi)(adc5)pa5pb6 (miso)(adc6)pa6p

18、b7 (sck)(adc7)pa7pdo (rxd)pcopdlftxd)pcipd2 (into)pc2pd3 (inti)pc3pd4(oc1b)pc4pd5(oc1a)pc5pd6 (icp)(t0sc1jpc6pd7 (t0sc2)(tosc2jpc7resetarefagndxiavcccx2§89 ratmega"-+5vt14152 t456u54039382021371细i5vl235lcd vo "v,334rs433rw5en6227238249251026 11271228132914.<tt|1532163130vss vcc vo

19、rs rw en db0 db1 db2 dbs db4 db5 db6 db7 led+ led-lcd 1602lcd v0103ll"图7 a/d转换电路和lcd显示电路第1脚：vss为地电源。第2脚:vdd接5v正电源。第3脚：v0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时 对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10k的电位器 调整对比度。第4脚：rs为寄存器选择，高电平选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。 第5脚：rw为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当rs 和rw共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当rs为低

20、电平rw为高电平 时可以读忙信号，当rs为高电平rw为低电平时可以写入数据。第6脚：e为使能端，当e端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。第714脚：dod7为8位双向数据线。第1516脚:背光电源。3.2小信号放大电路在一般的信号放大应用中通常只要经过差动放大电路即可满足要求，然而基 木的井动放大电路精密度较井，而且并动放大电路上改变放大增益时，必须调整 两个电阻，影响整个放大精确度的因素就更加复杂。而仪表放大器ad620增益范 围宽（增益为1-1000）,电源供电范围宽（+2. 3v-+18v）,功耗低，精确度高, 电路简单，只需外接一个电阻就可改变放大倍数，图8为ad620的管脚图

21、，其 屮1、8脚需跨接一电阻来调整放大倍率，4、7脚需提供正负相等的工作电压，2、3脚接入输入信号即可从6脚得到放大后的信号，5脚为参考基准电压输入， 如果接地则6脚的输出即为与地z间的相对电压，ad620的放大增益关系式如式（1）和式（2）所示，由此2式我们即可推 出各种增益所需要的电阻rg.49. 4krg+1(1)49. 4krg = vf(2)-rg+rg-in+vs+inout-vsrefm)620图8 ad620管脚图基于上述有利条件，我们以ad620为核心，0p07 （扩大増益范围）为辅构成 系统的放大电路，电路如图9所示：信号经过而级电压跟随器器后送入ad620进 行第一级放大

22、，ad620输出信号送至0p07进行第二级放大后输出。j212>/vvr310k卜p|+12vu920pq7 6c0n22-rg+rgin+vs+inout-vsrefu33ad620an图9信号放大电路3.3电源电路电源是整个系统的能量来源，它直接关系到系统能否运行。在本系统中单片 机、液晶显示电路需要5v的电源，因此电路中选用稳压芯片7805；峰值采样/ 保持芯片lf398, ad620, 0p07等芯片需要+12v和-12v的双电源，因此电路屮采 用了稳压芯片7812和7912,其最大输出电流为1.5a,能够满足系统的要求，其电路如图10所示。gnd3 刃 ouf330uf104u

23、4lm79l12aczd6 403前 n 匚岳+5v104= =cll+12vukd2 k 4007d4 耳 40073300uf330uf1042v laano2vane 血u22vs&2v3图10电源电路四软件设计4. 1 atmega16单片机的模数转换器adc介绍avr的模数转换器adc具有下列特点： 10位精度； 0. 5lsb积分非线形误差 ±2lsb的绝对精度； 13as260m的转换吋间；在最大精度下可达到每秒15ksps的采样速率； 8路可选的单端输入通道； 7路差分输入通道； 2路差分输入通道带有可选的10x和200x增益； adc转换结果的读取可设置为左

24、端对齐(left a叮ustment)； adc的电压输入范围0vcc；可选择的内部2. 56v的adc参考电压源； 口由连续转换模式和单次转换模式； adc自动转换触发模式选择； adc转换完成中断;休眠模式下的噪声抑制器(noise canceler)；由于单片机只能处理数字信号，所以外部的模拟信号量需要转变成数字量才 能进一步的由单片机进行处理。atmegal6内部集成有一个10位逐次比较 (successive approximation) adc电路。因此使用avr可以非常方便的处理输 入的模拟信号量。atmegal6的adc与一个8通道的模拟多路选择器连接，能够对以porta作 为

25、adc输入引脚的8路单端模拟输入电压进行采样，单端电压输入以0v (gnd) 为参考。另外还支持16种差分电压输入组合,其中2种差分输入方式(adc1, adc0和acd3, adc2)带有可编程增益放大器，能在a/d转换前对差分输入电压 进行odb (ix), 20db (10x)或46db (200x)的放大。还有七种差分输入方 式的模拟输入通道共用一个负极(adc1),此吋其它任意一个adc引脚都可作为 相应的正极。若增益为ix或10x,则可获得8位的精度，如果增益为200x, 那么转换精度为7位。avr的adc功能单元由独立的专用模拟电源引脚avcc供电。avcc和vcc的 电压差别不

26、能大于±0. 3vo adc转换的参考电源可采用芯片内部的2. 56v参考电 源，或采用avcc,也可使用外部参考电源。使用外部参考电源时，外部参考电 源由引脚arfe接入。使用内部电压参考源吋，可以通过在aref引脚外部并接一 个电容來提高adc的抗噪性能。adc功能单元包括采样保持电路，以确保输入电压在adc转换过程中保持恒 定。adc通过逐次比较(successive approximation)方式，将输入端的模拟电 压转换成10位的数字量。最小值代表地，最大值为aref引脚上的电压值减1 个lsbo可以通过admux寄存器中refsn位的设置，选择将芯片内部参考电源 (2.

27、 56v)或avcc连接到aref,作为a/d转换的参考电压。这时，内部电压参 考源可以通过外接于aref引脚的电容來稳定，以改进抗噪特性。模拟输入通道和弟分增益的选择是通过admux寄存器中的mux位设定的。任 何一个adc的输入引脚，包括地(gnd)以及内部的恒定能隙(fixed beindgeip) 电压参考源，都可以被选择用来作为adc的单端输入信号。而adc的某些输入引 脚则可选择作为茅分增益放大器的止、负极输入端。当选定了茅分输入通道后， 差分増益放人器将两输入通道上的电压差按选定増益系数放人，然后输入到adc 中。若选定使用单端输入通道，则增益放大器无效。通过设置adcsra寄存

28、器中的adc使能位aden来使能adc。在aden没有置 “1”前,参考电压源和输入通道的选定将不起作用。当aden位清“0”后,adc 将不消耗能量，因此建议在进入节电休眠模式前将adc关掉。adc将10位的转换结果放在adc数据寄存器中(adcii和adcl)o默认情况 下，转换结果为右端对齐(right adjusted)的。但可以通过设置admux寄存器 中adlar位，调整为左端对齐(left adjusted)。如杲转换结杲是左端对齐，并 且只需要8位的精度，那么只需读取adcii寄存器的数据作为转换结果就达到要 求了。否则，必须先读取adcl寄存器，然后再读取adcii寄存器，以

29、保证数据寄 存器中的内容是同一次转换的结果。因为一旦adcl寄存器被读取，就阻断了 adc 对adc数据寄存器的操作。这就意味着，一旦指令读取了 adcl,那么必须紧接 着读取一次adc1i；如果在读取adcl和读取adci1的过程中正好有一次adc转换 完成，adc的2个数据寄存器的内容是不会被更新的，该次转换的结果将丢失。 只有当adcii寄存器被读取后，adc才可以继续对adcl和adcii寄存器操作更新。adc有自己的中断，当转换完成时中断将被触发。尽管在顺序读取adcl和 adcii寄存器过程中，adc对adc数据寄存器的更新被禁止，转换的结杲丢失，但 仍会触发adc中断。4. 2

30、atmega16单片机的模数转换器adc相关的i/o寄存器 4.2.1 adc多路复用器选择寄存器admux:如图11所示1、位7, 6refs1:0： adc参考电源选择：refs1、refs2用于选择adc的参 考电压源，见表lo如果这些位在adc转换过程中被改变，新的选择将在该次adc 转换完成后(adcsra中的adif被置位)才生效。一旦选择内部参考源(avcc、2. 56v)为adc的参考电压后，aref引脚上不得施加外部的参考电源，只能与gnd z间并接抗干扰电容。2、位5adlar： adc结果左对齐选择：adlar位决定转换结果在adc数据寄存 器中的存放形式。写“1”到ad

31、lar位，将使转换结果左对齐(left adjust)； 否则，转换结杲为右对齐(right adjust)。无论adc是否正在进行转换，改变 adlar位都将会立即影响adc数据寄存器。位$07(m027)76543210refs1retojmiramux3mux2muamikdi愛r/wwriwwwriwrfwr/w00000000图11寄存器admux3、位4. 0mux4:0：模拟通道和增益选择：这5个位用于对连接到adc的输入 通道和井分通道的增益进行选择设置，只有转换结束后(adcsra的adif是“1”), 改变这些位才会有效。表1 adc参考电源选择refs1refsoadc参

32、考电源00外部引脚aref,断开内部参考源连接01avcc, aref外部并接电容10保留11内部2. 56v, aref外部并接电容4.2.2adc控制和状态寄存器aadcsra：如图12所示。位76543210$06®0q6)?centoc/mmefiofade?£fs2acrs1fitfs)iwwwwnwniwwmv00000000图12状态寄存器adcsra1、位7aden： adc使能：该位写入“1”时使能adc,写入“0”关闭adc。如 在adc转换过程中将adc关闭，该次转换随即停止。2、位6adsc： adc转换开始：在单次转换模式下，置该位为“1”，将启动

33、一 次转换。在自由连续转换模式下，该位写入“1”将启动第-次转换。先置位aden 位使能adc,再置位adsc；或置位adsc的同时使能adc,都会使能adc开始进 行第一次转换。3、位5adate： adc自动转换触发允许：当该位被置为“1”时，允许adc工作 在口动转换触发工作模式2在该模式下，在触发信号的上升沿时adc将门动开 始一次adc转换过程。adc的白动转换触发信号源由sfior寄存器中的adts位 选择确定。4、位4adif： adc中断标志位：当adc转换完成并且adc数据寄存器被更新后 该位被置位。如果adie位（adc转换结束中断允许）和sreg寄存器中的i位被 置“1”

34、 , adc中断服务程序将被执行。adif在执行相应的中断处理向量时被硕 件口动清零。此外，adif位可以通过写入逻辑“1”來清零。5、位3adie： adc中断允许：当该位和sreg寄存器中的i位同时被置位时， 允许adc转换完成中断。6、位2, 0adps2:0： adc预分频选择：这些位决定了 xtal时钟与输入到adc 的adc时钟z间的分频数，见表2。表2 adc预分频选择dps2:0分频系数000/0012010401181001610132110641111284.2.3 adc数据寄存器adcl和adch :如图13所示1、当adlar二0时，adc转换结果右对齐，adc结果的

35、保存方式如图（a）。2、当adlar二1吋，adc转换结果左对齐，adc结果的保存方式如图（b）。当adc转换完成后，可以读取adc寄存器的adc0-adc9得到adc的转换的结 果。如果是差分输入，转换值为二进制的补码形式。一旦开始读取adcl后，adc 数据寄存器就不能被adc更新，直到adch寄存器被读取为止。因此，如果结果 是左对齐（adlar二1）,且不需要大于8位的精度的话，仅仅读取adch寄存器就足够了。否则，必须先读取adcl寄存器，再读取adcii寄存器。admux寄存器中 的adlar位决定了从adc数据寄存器中读取结果的格式。如果adlar位为“1”， 结果将是左对齐；如

36、果adlar位为“0”（默认情况）,结果将是右对齐。位15141312111098$05(80025)-adc9adc8adcb$04(30024)adc7ado5adc5adcmadc3adc2adc1adc0adcl位76543210rrrrrrrrrrrrrrrr切、'/伯0000000000000000(a)rrrrrrrrrrrradchadcl图13数据寄存器adcl和adch4. 3系统软件框图设计软件设计是整个系统的灵魂，也是系统一个重要的调试部分。如图14所示 为整个系统的软件框图，主程序先对系统资源进行初始化，然后完成峰值的釆样 /保持控制、a/d转换控制和峰值lc

37、d显示控制。系统中的比较器电路，将被测信 号与保持信号vo进行比较，若vi>vo,比较器输出高电平，系统开启lf398进人 采样状态,若vi<vo,比较器输出低电平,mcu使lf398保持原冇信号峰值。当 mcu检测到峰值采样完成时，系统将lf398的第8个管脚拉低，使lf398处于峰 值保持状态，同时进行a/d转换和峰值显示，一段时间后系统重新进入到峰值的 采样状态，实现信号的实时峰值数据采集。开始图14系统软件框图五系统仿真调试与结果分析5.1系统仿真调试在实验过程中，根据电路原理图，分三个个模块（电源模块、峰值采样/保 持模块和单片机lcd显示模块）分别进行测试。使用的测试工

38、具主要冇：万用表, 示波器和函数信号发生器等。首先将a/d转化程序卜载到单片机，验证a/d转化程序和lcd 1602的显示程 序，使用proteus仿真效果如图15所示，随后对实物进行同样测试，但lcd显 示白屏，考虑到可能是液晶对比对的问题，于是调节rv1变阻器后，显示正常。9-1k<text：1-ac wveresetpc0/sclpc1/sdaxtal1pc2/tckxtae2pc3/tmspc4/td0pa0/adc0pc5/tdipa1/adc1pc6/tosc1pa2/adc2pc7/tosc2pa3/x4dc3pa4xadc4pd0/rxdpa5wdc5pd1/txdpa6

39、/adc8pd2/int0pa7/adc7pd3/int1pd4/0c1bpb0/t0zxckpd5/oc1apb1/t1pd6/1cp1pb2/aincv1nt2pd7/oc2pb3/ainwcopb4/sspb5wsipb6/misoarefpb7/sckavccatmega16 <text>u1323039 38-22 d23 d24 d 严5 d26 d27 d 28 di 29d3216juz.1820 网 24 e.rv2 j2-13lcd1lm016l <text>图15 a/d转换程序和lcd显示程序测试结果接着调试峰值采样/保持模块，将峰值采样模块中的

40、放大倍数调节到50 (其 11' ad620的增益为25,0p07的增益为2),根据公式(1)和公式(2)可得r萨2058k, 用函数发生器实验仪器产生输入信号，但示波器在信号放大输岀端采集不到模拟 信号，考虑到可能是小信号功率不够，输入阻抗等问题，查阅资料和请教指导老 师后，在前面加了一级跟随器，问题果然得到解决。最后将已调试好的单片机模块、峰值采样/保持模块和电源组成整个系统， 通过不断改变输入信号的峰值，用示波器测量放大后的信号峰值，由示波器测得 输入信号峰值和lcd显示结果，见表3所示。表3实验测量数据输出显小结果(v)0.0450.0490.0630.0690.0800.08

41、60.0890.0950.100输入信号峰值(mv)4550627080859095101输! 11显示结果(v)0.104().1110.1160.1210.1250.1320.1360.1400.145输入信号峰值(mv)105110116120125131136140146输出显示结果(v)0.1510550600680.1750.1810.1830870.195输入信号峰值(mv)1501551611691761801841891965. 2结果分析从实验测量结果分析可得，本系统基本实现了输入信号的峰值提取和数字输 出，随着放大倍数的不同其测量范围也不同，误差范围小于等于0.005v,

42、可广 泛用于数据采集等方面。但对于微小信号，由于电源的纹波电压比较人，对测量 结果的精度影响较大，误差很明显，因此电源部分是有待改进。六总结木系统使用内部自带10位a/d转换器的atmega16单片机控制峰值采样/保 持模块、a/d转换模块的和显示模块。关键是对各单元电路的设计，包括小信号 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、单片 机最小系统以及各单元电路与单片机的外围接口设计。系统通过比较器电路,将 被测信号vi与保持信号vo进行比较，若vi>vo,比较器输出高电平，mcu检测到 高低平后,系统将lf398的第8个管脚拉高，开启lf398进人采样状态，

43、若vivo, 比较器输出低电平，为了使lf398保持原有信号峰值，即当mcu检测到峰值采样 完成时，系统将lf398的第8个管脚拉低，使lf398处于峰值保持状态，同时进 行a/d转换和峰值显示，一段吋间后系统重新进入到峰值的采样状态，实现信号 的实吋峰值数据采集。木文给出了系统的设计原理、设计方法、软件设计过程、 系统实物调试过程及系统结果分析，通过不断的努力和实验，最终实现了输入信 号的峰值提取和数字输出。经过这次毕业设计，我学会了不少的知识，学会了怎样查阅资料和利用工具 书，以及熟练地使用proteus仿真软件和和关开发工具。通过这次毕业设计，我 更加深刻地认识到只有将书木与具体的实践相

44、结合，才会有真正的收获，才能巩 固自已的所学，认识到自己的不足。尤其是在调试过程屮我遇到了模拟电路设计 中的常见问题，通过对这些问题的探讨和解决，我也学会了模拟电路设计的一些 基木原则和考虑因素。更重要的是使用这种峰值检测技术可以让我们实现在全国 电子设计大赛中没能完成的部分任务（声咅检测），让我在全国电子设计大赛屮 跌倒后乂重新站起來了，找回了昔日的信心和兴趣，给我的大学四年画下了完美 的句号。七参考文献1 李凌，虞礼贞电压幅值可达毫伏数量级的小信号峰值检测电路的设计j. 南昌大学学报（理科版），2003, 04.2 曹吉花、王洪艳信号峰值检测仪的设计与应用电子设计工程期刊，2003 年.3

45、 刘海成avr单片机原理及测控工程北京航天航空大学出版社，2000 年.4 曹茂永，王 霞，孙农亮仪用放大器ad620及其应用j.电测与仪表， 2000.5 陈宪洲，赵晓玲,韩小河.低功耗仪用放大器ad620及其应用j.今日电子, 1996, 08.6 阎石数字电了技术基础高等教育出版社，1998年.7 华成英、童诗白模拟电子技术基础高等教育岀版社，2001年.8 邵贝贝单片机嵌入式应用的在线开发方法,北京清华大学出版社,2004. 谭浩强c程序设计北京清华大学出版社，1999.12.10戴伏生基础电子电路设计与实践国防工业出版社,2002年.附录附录a系统总体电路图raotojl1 rx&#

46、39;r!cuu ft±±士!1 乏f80(to) ?3i(n) f8：(ad»)fb3(aix1)覆moc) fmooso) ft (id)(adcopaoc：. ；a： (adc： ；.c 1dq pju (adc<)pa4 (adc： ；.v (adcf)p.u (adt)pa-3 w!cvt.ad主控模块电路capf33.：1xd)fd1(txd) pd： (otto)fd4(oc1b)fdj(ocia)ptcoic：)lcdwh:ahsam.diho.(tottl)pci (iok：)pra1u agnd arc1t丁"t"&q

47、uot;5"if""ithl-"r：lb14mvccknodblhhoksmkgglcd15kw： poti附录b主程序代码/* 毕业设 讣.言号 则 */#include <ioml6v. h>#include <macros h>#include lcdl602. h#define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar table = z/peak voltage" uchar table! = z/. (v)"uint ad_result,

48、 ad4 ;/ad转换结果寄存器配置;void init_port()iddrd|=bit(5) |bit(6) |b1t(7) ; /rs, rw, en 设置;ddrc=0xff;/*atmega16 内部 ad 车令换函数*/uint ad_mage!6()uint addata;ddra&=bit(pao) ;/llll 1110 pao 设置为输入;porta&b1t(pao) ;/llll 1110设置为不带上拉电阻的输入；admux=oxoo;/参考电压、右对齐、模拟通道选择设置；adcsr=0x86;/开ad转换使能位：aden, 64分频；acsr =(1&#

49、171;acd);/关闭模拟比较器adcsr|=bit(adsc) ;/0100 000 启动 ad 转换位：adsc;while(!adcsr&(bit(adif) ;/判断转换标志位adif是否为1,转换完毕;addata=adcl;/右对齐，先读取低8位；addata=addata+adch*256;/读取10位ad转换结果的高两位；return addata;uint data_change(uint x)long z;uint y;z二(4875*(long)x)/1024;y=(uint) z;return y;void result_disp()uchar i;/*调用 ad 数据显示车专换*/ ad_resul