電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告----峰值檢測(cè)系統(tǒng)

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　課題名稱(chēng): 峰值檢測(cè)系統(tǒng) </p><p>　　系（院）: </p><p>　　專(zhuān) 業(yè): </p><p>　　班 級(jí)

2、: </p><p>　　姓 名 : 學(xué) 號(hào): </p><p>　　指導(dǎo)教師: </p><p>　　學(xué)年學(xué)期: 2011 ~ 2012 學(xué)年 第 1 學(xué)期</p>&

3、lt;p>　　2011年 12 月 16 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1、內(nèi)容摘要…………………………………………………………………………2</p><p>　　2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求…………………………………………………………………2</p><p>　　3

4、、比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，畫(huà)出系統(tǒng)框圖…………………………………2</p><p>　　3.1方案一……………………………………………………………………… 2 </p><p>　　3.2方案二……………………………………………………………………… 3</p><p>　　4、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇………………………………………… 4</p>

5、<p>　　4.1放大電路 …………………………………………………………………… 4</p><p>　　4.2采樣／保持電路 …………………………………………………………… 5</p><p>　　4.3采樣／保持控制電路…………………………………………………………6</p><p>　　4.4數(shù)字顯示表頭電路 …………………………………………………

6、……… 6</p><p>　　4.5數(shù)字鎖存控制電路……………………………………………………………7</p><p>　　5、電路的工作原理………………………………………………………………… 8</p><p>　　6、組裝調(diào)試的內(nèi)容………………………………………………………………… 9</p><p>　　7、系統(tǒng)需要的元器件………………

7、………………………………………………10</p><p>　　8、參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………11</p><p><b>　　1、內(nèi)容摘要</b></p><p>　　在科研、生產(chǎn)各個(gè)領(lǐng)域都會(huì)用到峰值檢測(cè)設(shè)備，例如檢測(cè)建筑物的最大承受力，檢測(cè)鋼絲繩允許的最大拉力等等．準(zhǔn)確測(cè)量峰值對(duì)有關(guān)課題的研究是有重要意義

8、的。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求</b></p><p>　　(1)用傳感器和檢測(cè)電路測(cè)量某建筑物的最大承受力。傳感器的輸出信號(hào)為0mV～5mV，lmV 等效于400kg。 </p><p>　　(2)測(cè)量值用數(shù)字顯示，顯示范圍為0000—1999。 </p><p>　　(3)峰值電壓保持穩(wěn)定。&l

9、t;/p><p>　　3、比較和選定設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方案，畫(huà)出系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3.1方案一 </b></p><p>　　本課題的關(guān)鍵任務(wù)是檢測(cè)峰值并使之保持穩(wěn)定，且用數(shù)字顯示峰值．該方案用采樣／保持峰值電路，通過(guò)數(shù)據(jù)鎖存控制電路鎖存峰值的數(shù)字量。如圖1所示。它由傳感器、放大器、采樣／保持、采樣／保持控制電路、A／D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)、譯

10、碼顯示、數(shù)字鎖存控制電路組成。各組成部分的作用是：</p><p>　　圖 1 峰值檢測(cè)系統(tǒng)的方案一框圖</p><p>　　(1)傳感器：把被測(cè)信號(hào)量轉(zhuǎn)換成電壓量。 </p><p>　　(2)放大器：將傳感器輸出的小信號(hào)放大，放大器的輸出結(jié)果滿(mǎn)足模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換范圍。 </p><p>　　(3)采樣／保持：對(duì)放大后的被測(cè)模擬量進(jìn)行采樣

11、，并保持峰值。 </p><p>　　(4)采樣／保持控制電路：該電路通過(guò)控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)峰值采樣，小于原峰值時(shí)，保持原峰值，大于原峰值時(shí)保持新的峰值。 </p><p>　　(5)A／D 轉(zhuǎn)換：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)宇量。 </p><p>　　(6)譯碼顯示：完成峰值數(shù)字量的譯碼顯示。 </p><p>　　(7)數(shù)字鎖存控制電路：對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的峰

12、值數(shù)字量進(jìn)行鎖存，小于峰值的數(shù)字量不能鎖存。模數(shù)轉(zhuǎn)換和譯碼顯示構(gòu)成數(shù)字顯示表頭（圖1的虛線部分)。 </p><p><b>　　3.2方案二</b></p><p>　　為實(shí)現(xiàn)峰值檢測(cè)，該方案采用數(shù)字式峰值保持器，該部分是圖2所示的虛線部分。</p><p>　　圖2 峰值檢測(cè)系統(tǒng)的方案二框圖</p><p>　　方

13、案二由傳感器、放大器、數(shù)字式峰值保持器和譯碼顯示器組成。該方案中除數(shù)字式峰值保持器外，其余三部分和方案一相同。數(shù)字式峰值保持器由比較器、控制門(mén)、方波發(fā)生器、計(jì)數(shù)器和D／A組成，各部分功能如下： </p><p>　　(1)比較器：比Ui和UO的大?。?dāng) Ui>Uo時(shí)，比較器輸出高電平，打開(kāi)控制門(mén)，時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器．當(dāng)Ui<Uo時(shí)，比較器輸出低電平，封閉控制門(mén)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 </p>

14、<p>　　(2)方波發(fā)生器：產(chǎn)生一定頻率的方波信號(hào)，作為控制門(mén)的時(shí)鐘脈沖信號(hào)。 </p><p>　　(3)控制門(mén)：控制時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器．當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，該門(mén)開(kāi)啟， 時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)，該門(mén)關(guān)閉。 </p><p>　　(4)計(jì)數(shù)器：被測(cè)信號(hào)的峰值通過(guò)控制門(mén)使時(shí)鐘脈沖進(jìn)入計(jì)數(shù)器，輸出數(shù)字量，供給譯碼顯示電路顯示峰值。計(jì)數(shù)器保持的數(shù)碼反映被檢測(cè)信號(hào)

15、的峰值。 </p><p>　　(5)D／A：計(jì)數(shù)器的數(shù)字量送入 D／A 轉(zhuǎn)換器后，進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。D／A 輸出模擬量UO和被測(cè)量Ui比較，由比較結(jié)果 1或 0決定計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)還是保持峰值。 </p><p><b>　　綜上所述：</b></p><p>　　方案一和方案二都可以將峰值保持并以數(shù)字形式輸出。方案一是對(duì)模擬量進(jìn)行采樣／保持并鎖存峰值

16、的數(shù)字量，它可以采用集成采樣／保持電路和大規(guī)模集成電路3位半A／D 轉(zhuǎn)換器。方案二是采用數(shù)字式峰值保持器，主要電路是計(jì)數(shù)器和D／A轉(zhuǎn)換，隨著輸出的位數(shù)增多，需要的器件也跟著增多．比較兩個(gè)方案可知，前者比后者電路簡(jiǎn)單，采用的器件先進(jìn)，所用元器件少，且容易實(shí)現(xiàn)．因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇方案一。</p><p>　　4、單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和器件選擇</p><p><b>　　4.1放

17、大電路 </b></p><p>　　由于輸入信號(hào)為0-5mV，則若選用 3位半 A/D，數(shù)字表頭顯示將是0000-1999感器輸出1mV等效于400kg，則 5mV等效于2000kg，因而選用放大倍數(shù)Au=400電路就能完成系統(tǒng)對(duì)小信號(hào)放大的要求。 </p><p>　　(1)選擇電路：放大電路種類(lèi)很多，為將傳感器輸出的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，采用高精度數(shù)據(jù)放大器，如圖 3所示。該

18、電路中 Ai，和 Ao 的失調(diào)電壓量值和方向相同，可以互相抵消，所以此種電路精度很高．這種高精度數(shù)據(jù)放大器對(duì)完成弱信號(hào)的放大有重要作用。</p><p>　　圖 3高精度數(shù)據(jù)放大器</p><p>　　(2)參數(shù)計(jì)算：由于Ui=Ux=0～5mV，U01=2V，根據(jù)公式： </p><p>　　U 01／Ui＝-(R4∕R3)（1+2R2／R1）,</p>

19、<p>　　將U 01與Ui的數(shù)值代入，有400=-(R4∕R3)（1+2R2／R1）</p><p>　　放大器為完成 400倍的放大，分配第一級(jí)放大器放大倍數(shù)1+2R2／R 1=8，分配第二級(jí)放大倍數(shù)400／8 =50=R4／R 3，則電阻的阻值分別為 R1=1.6kΩ, R2=5.6kΩ, R3=2kΩ, R4=100kΩ。 </p><p>　　(3)器件選擇：R1，

20、R2，R3和R4都選 1／8W 金屬膜電阻，其阻值分別為1.6kΩ，5.6kΩ，2kΩ和100kΩ。A1，A2 和A3，選用μA741 型運(yùn)算放大器。 </p><p>　　由于μA741 具有很高的輸入共模電壓和輸入差模電壓范圍、具有失調(diào)電壓調(diào)整能力和短路保護(hù)功能、功耗較低、電源電壓適應(yīng)范圍較寬等特點(diǎn)，所以該放大電路采用此器件比較合適。 </p><p>　　4．2采樣／保持電路 <

21、;/p><p>　　該電路的核心器件選用 LF398 采樣／保持集成電路芯片，它具有體積小、功能強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。它的功能是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣和存儲(chǔ)．具體電路如圖4所示。 LF398的8腳是采樣／保持的邏輯控制腳，當(dāng)該腳輸入高電平時(shí)，LF398進(jìn)行采樣，輸入低電平時(shí)保持。保持時(shí)，回路阻抗很大，故保持能力很強(qiáng)；采樣時(shí)，輸入信號(hào)使采樣／保持電容CH迅速充電到Ui。CH的質(zhì)量對(duì)電路的性能影響很大，一般對(duì)此電容要求很高

22、，如要求它的絕緣電阻大、漏電小。可選用有機(jī)薄膜介質(zhì)電容，如聚苯乙烯和聚丙烯電容，取 CH=0.1μF。 </p><p>　　4.3采樣／保持控制電路 </p><p>　　采樣／保持控制電路可選用比較電路，如圖5 所示。比較電路將 LF398 的輸入端電壓與輸出端電壓相比較，產(chǎn)生一個(gè)控制信號(hào)Uk，用 Uk控制 LF398的邏輯控制腳。 </p><p>　　圖4

23、采樣保持電路 圖 5 采樣／保持控制電路 </p><p>　　當(dāng) Ui>Uo2時(shí)，比較器輸出 Uk為高電平，使 LF398 采樣。當(dāng) Ui<Uo2時(shí)，比較器輸出 Uk為低電平，使LF398 保持。 </p><p>　　圖5 中，二極管保證輸出低電平時(shí)，輸出端箝位于0 電平(管壓降忽略)。 Uk還用來(lái)控制數(shù)字鎖存控制

24、電路。 </p><p>　　比較器選用運(yùn)算放大器μA741。二極管選普通硅二極管2CKll。 </p><p>　　4.4數(shù)字顯示表頭電路 </p><p>　　數(shù)字顯示表頭電路由 A／D 轉(zhuǎn)換和譯碼顯示兩部分組成(見(jiàn)圖 1-4-1)。該電路可采用三位半數(shù)字電壓表電路。選擇器件如下：</p><p>　　三位半 A/D 轉(zhuǎn)換器 MCl443

25、3，七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器 MCl413，BCD 到七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器CD4511，能隙基準(zhǔn)電源MCl403 和四個(gè)共陰極LED 發(fā)光數(shù)碼管。注意數(shù)字顯示表頭電路中MCl4433 的EOC和DU端不是直接相連，而是通過(guò)數(shù)字鎖存控制電路連接．該表最大量程為1999kg，以 1．999代表1999kg，小數(shù)點(diǎn)不用顯示。 </p><p>　　4.5數(shù)字鎖存控制電路 </p><p>　　數(shù)字鎖存

26、控制電路是保證 A/D 轉(zhuǎn)換的峰值數(shù)字被鎖存在三位半 A/D 的輸出鎖存器內(nèi)。為完成峰值鎖存必須掌握A／D 轉(zhuǎn)換器兩個(gè)管腳的功能，其中一個(gè)管腳是數(shù)字顯示更新輸入控制端DU，另一個(gè)管腳是轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志輸出端EOC。DU 的功能是：當(dāng) DU 的電平為1時(shí)，A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果被送入輸出鎖存器；當(dāng)DU的電平為0 時(shí)，A／D 轉(zhuǎn)換器仍輸出鎖存器中原來(lái)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。EOC 的功能是，每一個(gè) A／D 轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時(shí)，EOC 端輸出一個(gè)正脈沖。通常電路利

27、用EOC端的輸出控制DU，則每次 A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)果都會(huì)被輸出，而峰值檢測(cè)電路只允許峰值結(jié)果輸出，小于峰值則不輸出。所以電路必須設(shè)置在峰值時(shí)，EOC 的輸出才能控制 DU。考慮三位半 A／D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換周期為 1/3s，當(dāng)峰值信號(hào)來(lái)到時(shí)，應(yīng)允許 EOC的輸出在 1/3s內(nèi)控制DU端。由于采樣／保持電路能在A／D 轉(zhuǎn)換周期內(nèi)保持峰值的模擬量，所以在A／D 轉(zhuǎn)換周期間峰值數(shù)據(jù)不會(huì)受影響，經(jīng)過(guò)前面分析，設(shè)計(jì)數(shù)字鎖存控制電路。 </p>

28、;<p>　　(1) 電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的數(shù)字鎖存控制電路如圖 6 所示。電路由單穩(wěn)態(tài)延時(shí)電路 C、或門(mén)GA和與門(mén)GB組成。圖6中輸入信號(hào)Uk來(lái)自比較器的輸出，Uk=1 表示峰值采樣，Uk=0峰值保持。電路工作情況如下： </p><p>　　圖6 數(shù)字鎖存控制電路</p><p>　　① 當(dāng) Uk=1 時(shí)，或門(mén) GA輸出 1，允許 UEOC 通過(guò)與門(mén) GB，若 UEOC 是高

29、電平，則 UDU也是高電平。UDU可以控制DU端，峰值數(shù)據(jù)被鎖存在A／D 轉(zhuǎn)換器的輸出鎖存器中。</p><p>　?、?當(dāng) Uk由高電平變成低電平時(shí)，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 C的 3 端是下降沿觸發(fā)的脈沖展寬延時(shí)電路輸入端，在輸入脈沖作用下，Uo 在 1／3s 內(nèi)仍保持高電平。在 1／3s 內(nèi) Uo 使或門(mén)GA輸出1，此間EOC的輸出電平UEOC能通過(guò)與門(mén) GB,UEOC是高電平時(shí)，UDU也是高電平，UDU也能控制DU端

30、，使輸出鎖存器鎖存峰值數(shù)據(jù)。 </p><p>　?、郛?dāng) Uk=0V，Uo=0V時(shí)，或門(mén)GA輸出為 0，封鎖與門(mén) GB，UEOC不能通過(guò)與門(mén)GB，與門(mén) GB的輸出 UDU為低電平，UDU封鎖 A／D 轉(zhuǎn)換器的輸出鎖存器，輸出鎖存器仍輸出原來(lái)的峰值數(shù)據(jù)。 </p><p>　　(2) 參數(shù)計(jì)算：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器 3 腳輸入信號(hào) Uk 由高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí),使輸出脈沖U0延時(shí)1／3s的高電平，數(shù)字

31、鎖存控制電路就能控制A／D 的輸出鎖存器鎖存峰值數(shù)據(jù)。輸出脈沖的延時(shí)時(shí)間Tx=1／3s由外接部件RT和 CExt的數(shù)值大小所決定。</p><p>　　根據(jù)公式 Tx=CExtRTln2=0.7CExtRT; </p><p>　　取CExt =lμF，將 Tx=1／3s，CExt =1μF代入上式，得</p><p>　　1/3s = 0.7RT×10

32、-6s ，即 RT = 476kΩ </p><p>　　取標(biāo)稱(chēng)值RT = 510kΩ。 </p><p>　　(3)器件選擇：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器選 74LSl21，或門(mén)選 74LS32，與門(mén)選 74LS08。CExt選lμF的聚苯乙烯電容，RT選510kΩ的金屬膜電阻。 </p><p><b>　　5、電路的工作原理</b></p>

33、<p>　　根據(jù)方案一的框圖和設(shè)計(jì)的各部分單元電路，繪制出本課題的整機(jī)電路圖，如圖7所示。圖中正電源用+5V，負(fù)電源用一5V。</p><p>　　圖 7 峰值檢測(cè)系統(tǒng)原理圖</p><p><b>　　6、組裝調(diào)試的內(nèi)容</b></p><p>　?、偈褂玫闹饕獌x器和儀表。 </p><p>　?、?/p>

34、調(diào)試電路的方法和技巧。 </p><p>　　③測(cè)試的數(shù)據(jù)和波形并與計(jì)算結(jié)果比較分析。 </p><p>　?、苷{(diào)試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法</p><p>　　7、系統(tǒng)需要的元器件</p><p><b>　　8、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)

35、,第四版，北京:高等教育出版社，1999</p><p>　　2.康華光主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分),第四版,北京：高等教育出版社，1999</p><p>　　3.童詩(shī)白主編,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),第三版,北京:高等教育出版社,2001</p><p>　　4.閻石主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，第四版，北京：高等教育出版社，1998 </p><p&g

36、t;　　5.孫梅生、李梅鶯、徐搌英編，電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社，1989</p><p>　　6.張志悅，鄒延引編，數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)用電路，廣州：華南理工大學(xué)出版社，1988</p><p>　　7．陳汝全主編，電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)，北京理工大學(xué)出版社，1991 </p><p>　　8.[美]David F.Stout著,龔啟墉,朱征云，彭湘

37、軍譯，微電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用手冊(cè)，北京國(guó)防工業(yè)出版，1987。 </p><p>　　9.繩廣基編著，數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn),上海交通大學(xué)出版社，1988 </p><p>　　10．賀天樞主編，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電氣制圖應(yīng)用指南，北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版杜，1989</p><p>　　11．宋光漢，方之稹編著，電氣實(shí)驗(yàn)技術(shù)與測(cè)量，北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1991 </p>

38、<p>　　12．何立民編著，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)，北京：北京航空航天大學(xué)1990 </p><p>　　13．尤德斐主編，數(shù)字化測(cè)量技術(shù)及儀器，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986</p><p>　　14．潘洪福等編著,電子測(cè)量技術(shù)與儀表,重慶：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社重慶分社，1991 </p><p>　　15．[日]山崎弘朗主編，姜德華，趙

39、秀芬譯，電子電路的抗干擾技術(shù)，北京：科學(xué)出版社，1989 </p><p>　　16．沈雷主編，CMOS集成電路原理及應(yīng)用，北京：光明日?qǐng)?bào)出版社，1986 </p><p>　　17．郝鴻安主編，模擬集成電路應(yīng)用集錦，上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1984</p><p>　　18．[美]D。沃布沙爾著，言華等譯，電子儀器的電路設(shè)計(jì)，北京：科學(xué)出版杜，1986 &l

40、t;/p><p>　　19．《中國(guó)集成電路大全)編寫(xiě)委員會(huì)編，中國(guó)集成電路大全集成運(yùn)算放大器，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985 </p><p>　　20．《中國(guó)集成電路大全》編寫(xiě)委員會(huì)編，中國(guó)集成電路大全 TTL 集成電路，北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1985 </p><p>　　21．《中國(guó)集成電路大全》編寫(xiě)委員會(huì)編，中國(guó)集成電路大全 CMOS 集成電路，北京：國(guó)防