設(shè)計(jì)峰值檢測(cè)電路-課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)(論文)</b></p><p>　　題 目 名 稱(chēng) 設(shè)計(jì)峰值檢測(cè)電路 </p><p>　　課 程 名 稱(chēng) 電氣測(cè)量技術(shù)與儀器課程設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　系 、專(zhuān) 業(yè) 電氣工程系 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師

3、 </p><p>　　2014年12月27日</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　注：1．此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，經(jīng)系、教研室審批，指導(dǎo)教師、學(xué)生簽字后生效；</p><p>　　2．此表1式3份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、教研室各1份。</p><p>　

4、　指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：</p><p>　　課程設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱表</p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) </p><p>　　系 電氣工程系

5、 專(zhuān)業(yè)班級(jí) </p><p>　　題目名稱(chēng) 設(shè)計(jì)峰值檢測(cè)電路 課程名稱(chēng) 電氣測(cè)量技術(shù)與儀器 </p><p><b>　　一、學(xué)生自我總結(jié)</b></p><p><

6、b>　　二、指導(dǎo)教師評(píng)定</b></p><p>　　注：1、本表是學(xué)生課程設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)?cè)u(píng)定的依據(jù)，裝訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（或論文）的“任務(wù)書(shū)”頁(yè)后面；</p><p>　　2、表中的“評(píng)分項(xiàng)目”及“權(quán)重”根據(jù)各系的考核細(xì)則和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)確定。</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本

7、設(shè)計(jì)介紹了峰值檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、軟硬件設(shè)計(jì)方法及系統(tǒng)性能指標(biāo)調(diào)試方法。被測(cè)信號(hào)經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再經(jīng)運(yùn)放AD620和OP07放大、LF398采樣/保持后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化和信號(hào)處理后數(shù)字顯示輸出。研究的主要內(nèi)容有：方案論證、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試。硬件設(shè)計(jì)主要有小信號(hào)放大電路、峰值采樣/保持及采樣控制電路、程控放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、自動(dòng)量程切換電路、LCD顯示電路、電源電路和單片機(jī)最小系統(tǒng)。 </p><

8、;p>　　關(guān)鍵詞： 峰值檢測(cè)；程控放大；采樣/保持電路；LF398</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　1 峰值檢測(cè)基本原理2</p>&

9、lt;p>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.2 峰值檢測(cè)方案設(shè)計(jì)和論證3</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)5</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD接口電路5</p><p>　　3.1

10、.1 ATMEGA16簡(jiǎn)介5</p><p>　　3.1.2 ATMEGA16的管腳分布及功能5</p><p>　　3.1.3 LCD1602的接口電路5</p><p>　　3.2 小信號(hào)放大電路6</p><p>　　3.3 程控放大及量程轉(zhuǎn)換電路7</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)

11、9</b></p><p>　　4.1 ATMEGA16單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC介紹9</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件框圖設(shè)計(jì)9</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真調(diào)試與分析11</p><p><b>　　6 總結(jié)12</b></p><p><b>　　7

12、參考文獻(xiàn)13</b></p><p><b>　　附錄14</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)總體電路圖14</p><p>　　附錄B PCB板圖14</p><p>　　附錄C 實(shí)物圖15</p><p><b>　　致謝16</b><

13、/p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　峰值檢測(cè)是電子測(cè)量、自動(dòng)化儀表以及其它相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域常會(huì)遇到的問(wèn)題。峰值反映了信號(hào)極為重要的方面,尤其是小信號(hào)[1]。設(shè)計(jì)完善的峰值檢測(cè)系統(tǒng)，不僅可以用于對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行檢測(cè) ,還可以通過(guò)傳感器對(duì)其它非電信號(hào)如微弱的機(jī)械振動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和控制 ,從而構(gòu)成完整的測(cè)控系統(tǒng) ,因此峰值檢測(cè)具有廣泛的實(shí)用價(jià)值 。</p

14、><p>　　峰值檢測(cè)技術(shù)是數(shù)字存儲(chǔ)示波器及數(shù)據(jù)采集卡中的重要技術(shù)之一, 用來(lái)實(shí)現(xiàn)波形的峰值捕捉[2]。在科研、生產(chǎn)的許多領(lǐng)域都需要用到峰值檢測(cè)設(shè)備，比如檢測(cè)某建筑物中梁的最大承受力 ,檢測(cè)一根鋼絲繩的最大允許拉力等，這就需要用到相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備。</p><p>　　目前常用的方法是先求得檢測(cè)信號(hào)的平均值，但使用平均值掩蓋了被檢測(cè)信號(hào)的突然脈沖，從而可能引起系統(tǒng)的失靈及不穩(wěn)定[3]。若用由二極

15、管和電阻電容構(gòu)成的普通峰值檢波電路來(lái)檢波 ,效果會(huì)很差 ,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:</p><p>　　第一 ,若選擇 RC電路時(shí)間常數(shù)大一些 ,則輸出信號(hào)的波形會(huì)好一些 ,但檢波輸出之后的信號(hào)幅值和檢波之前的信號(hào)幅值有明顯的差距 ,輸出信號(hào)幅值明顯降低 ,峰值檢波效率變差 ,同時(shí) ,信號(hào)快變部分的丟失變得嚴(yán)重。</p><p>　　第二 ,若選擇 RC電路時(shí)間常數(shù)小一些 ,則會(huì)發(fā)現(xiàn)檢波前后的

16、信號(hào)幅值的差異變小 ,信號(hào)之中的快變分量明顯變好 ,但輸出信號(hào)的波形明顯變差 ,不利于對(duì)信號(hào)的A/ D變換。</p><p>　　為了得到良好的輸出波形,同時(shí)峰值檢波前后的信號(hào)幅值差異小 ,信號(hào)快變部分丟失小 ,檢波效率高 ,以利于 A/ D 變換的需要 ,一種較好的方法就是采用基于單片機(jī)(MCU)和LF398的峰值檢波電路，本文分析設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于AVR單片機(jī)(MCU)和LF398的信號(hào)峰值檢測(cè)儀 ,測(cè)量精度為0

17、.005V,采用LCD1602液晶顯示峰值。</p><p>　　1 峰值檢測(cè)基本原理</p><p>　　峰值檢測(cè)電路（PKD，Peak Detector）的作用就是對(duì)輸入信號(hào)的峰值進(jìn)行提取，產(chǎn)生輸出Vo = Vpeak，為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，電路輸出值需一直保持，直到一個(gè)新的更大的峰值出現(xiàn)或電路復(fù)位。其效果原理如圖1.1所示：</p><p>　　圖1.1 峰值檢

18、測(cè)基本原理</p><p><b>　　2 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體框圖設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)是檢測(cè)出峰值并使之保持穩(wěn)定和數(shù)字顯示，其總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。它由傳感器、放大器、采樣/保持電路、采樣/保持控制電路、程控放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、自動(dòng)切換量程電路、峰值顯示電路組成。由傳感器測(cè)

19、量得到一定的輸入信號(hào)，該輸入信號(hào)一般較小，需經(jīng)放大器放大，放大后的信號(hào)送入峰值采樣/保持電路，單片機(jī)將得到的峰值模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后數(shù)字輸出并顯示。</p><p>　　圖2.1 峰值檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2 峰值檢測(cè)方案設(shè)計(jì)和論證</p><p>　　方案1：如圖2.2所示為一般峰值檢測(cè)電路，工作原理為：初始狀態(tài)電容電壓 Uc等于零

20、時(shí),當(dāng)輸入電壓Ui ≥0 時(shí),由于運(yùn)放 U3 充當(dāng)跟隨器,故 Ui= Uo ,二極管 D2 導(dǎo)通 ,電壓 Ui 對(duì)電容 C2充電 ,直至電容 C2上的電壓 Uc 等于輸入電壓 Ui 的峰值，只要輸入電壓 Ui ≤Uc ,二極管 D2 就截止,電容電壓 Uc 保持不變,即電容電壓 Uc 保持先前檢測(cè)到的輸入電壓 Ui 的峰值,只有輸入電壓 Ui ≥Uc時(shí),二極管 VD才導(dǎo)通 ,電容 C 進(jìn)行充電。 </p><p>

21、;　　但此電路存在缺陷 ,當(dāng)輸入小信號(hào)波形的正向峰值小于二極管 D2 的正向?qū)妷簳r(shí) ,二極管將截止 ,此峰值檢測(cè)電路便不能工作?？梢?jiàn) ,此電路不能用于檢測(cè)小信號(hào)波形的峰值。</p><p>　　圖2.2 一般峰值信號(hào)檢測(cè)原理圖</p><p>　　方案2：如圖2.3所示為小信號(hào)峰值檢測(cè)電路,此電路是由一級(jí)運(yùn)放構(gòu)成 ,二極管VD置于反饋回路之中。運(yùn)放 U1 與電容 C1一道構(gòu)成峰值檢測(cè)電

22、路;運(yùn)放 U2 構(gòu)成跟隨器 ,使峰值檢測(cè)電路與后面的電路隔離。當(dāng)小信號(hào)輸入時(shí) ,即使輸入信號(hào)的正半周很小 ,由于運(yùn)放 U1的 Av ( Av為運(yùn)放環(huán)路電壓增益) 很大,而 U1 的輸出電壓等于Uin· Av ,所以 U1 的輸出電壓也足以使二極管導(dǎo)通,迫使運(yùn)放 U1 處于跟隨狀態(tài),從而能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入小信號(hào)的峰值進(jìn)行檢測(cè)。雖避免了方案1的不足之處，但是該方案對(duì)各個(gè)元件的參數(shù)要求較高，而且容易受干擾。</p><

23、p>　　圖2.3 小信號(hào)峰值檢測(cè)原理圖</p><p>　　方案3 ：如圖2.4所示，采用LF398作為峰值采樣/保持電路的核心，LF398是一種反饋型采樣/保持放大器，它的第8個(gè)引腳為采樣保持器的控制腳 ,輸人高電平時(shí) ,芯片工作在采樣狀態(tài),輸入低電平時(shí) ,芯片工作在保持狀態(tài) 。由于回路阻抗很大 ,所以保持功能很強(qiáng) ,電路的保持功能是依靠C1對(duì) Vi的充電實(shí)現(xiàn)的 ,因而對(duì)C1的要求較高 ,一般選用有機(jī)薄膜

24、介質(zhì)電容。UA741構(gòu)成比較器電路,將被測(cè)信號(hào)與保持信號(hào)Vo進(jìn)行比較,若Vi>Vo,比較器輸出高電平 ,開(kāi)啟 LF398進(jìn)人采樣狀態(tài) ，若Vi<Vo,比較器輸出低電平,使LF398保持原有信號(hào)峰值。</p><p>　　圖2.4 LF398采樣電路</p><p>　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，方案3不僅避免了前兩種方案的缺陷，而且相比于前兩個(gè)方案，其峰值保持效果有極大的提升，簡(jiǎn)化了硬件電

25、路，在一定程度上減少了元件參數(shù)的影響，因此本系統(tǒng)采用了方案3。</p><p><b>　　3 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD接口電路</p><p>　　3.1.1 ATMEGA16簡(jiǎn)介</p><p>　　ATMEGA16單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置

26、Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。與其它單片機(jī)相比，AVR 單片機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)： </p><p>　　哈佛結(jié)構(gòu)，具備1MIPS / MHz的高速運(yùn)行處理能力； </p><p>　　超功能精簡(jiǎn)指令集（RISC），具有32個(gè)通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用單一ACC進(jìn)行處理造成的瓶頸現(xiàn)象；</p>

27、;<p>　　快速的存取寄存器組、單周期指令系統(tǒng)，大大優(yōu)化了目標(biāo)代碼的大小、執(zhí)行效率，部分型號(hào)FLASH非常大，特別適用于使用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)；</p><p>　　大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等；</p><p>　　片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門(mén)狗、啟

28、動(dòng)延時(shí)等功能，外圍電路更加簡(jiǎn)單，系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠； </p><p>　　3.1.2 ATMEGA16的管腳分布及功能</p><p>　　如圖3.1所示為ATMEGA16的管腳圖。</p><p>　　VCC(10):數(shù)字電路的電源。</p><p>　　GND(11、31):地。</p><p>　　XTAL1(1

29、3):反向振蕩放大器與片內(nèi)時(shí)鐘電路輸入端。</p><p>　　XTAL2（12）：反向振蕩放大器輸出端。</p><p>　　AVCC（30）:端口A與A/D轉(zhuǎn)換器電源。</p><p>　　AREF（32）:A/D模擬基準(zhǔn)電壓輸入引腳。 圖3.1 ATMEGA16管腳圖</p><p>　　RESET（9）:復(fù)位輸入腳，持續(xù)

30、時(shí)間超過(guò)最小門(mén)限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。</p><p>　　端口A（PA0-PA7）:端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　端口B（PB0-PB7）: 端口B為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　端口C（PC0-PC7）: 端口C為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。</p>

31、<p>　　端口D（PD0-PD7）: 端口D為8位雙向I/O口，具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　3.1.3 LCD1602的接口電路</p><p>　　LCD1602引腳分布及功能與ATMEGA16L單片機(jī)的接口電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD顯示電路</p><p>

32、;　　3.2 小信號(hào)放大電路</p><p>　　在一般的信號(hào)放大應(yīng)用中通常只要經(jīng)過(guò)差動(dòng)放大電路即可滿(mǎn)足要求，然而基本的差動(dòng)放大電路精密度較差，而且差動(dòng)放大電路上改變放大增益時(shí)，必須調(diào)整兩個(gè)電阻，影響整個(gè)放大精確度的因素就更加復(fù)雜。而儀表放大器AD620增益范圍寬（增益為1-1000），電源供電范圍寬（+2.3V- +18V），功耗低，精確度高，電路簡(jiǎn)單，只需外接一個(gè)電阻就可改變放大倍數(shù)[4]，圖8為AD620的

33、管腳圖，其中1、8腳需跨接一電阻來(lái)調(diào)整放大倍率，4、7腳需提供正負(fù)相等的工作電壓，2、3腳接入輸入信號(hào)即可從6腳得到放大后的信號(hào)，5腳為參考基準(zhǔn)電壓輸入，如果接地則6腳的輸出即為與地之間的相對(duì)電壓，AD620的放大增益關(guān)系式如式（1）和式（2）所示，由此2式我們即可推出各種增益所需要的電阻Rg.</p><p>　　G = +1 （1）</p><p>　　Rg =

34、 （2）</p><p>　　圖3.3 AD620管腳圖</p><p>　　基于上述有利條件，我們以AD620為核心，OP07（擴(kuò)大增益范圍）為輔構(gòu)成系統(tǒng)的放大電路,電路如圖3.4所示：信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)電壓跟隨器器后送入AD620進(jìn)行第一級(jí)放大，AD620輸出信號(hào)送至OP07進(jìn)行第二級(jí)放大后輸出。</p><p>　　圖3.4 信號(hào)放大電路</p>

35、<p>　　3.3 程控放大及量程轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　因輸人信號(hào)Vi為1uV~10uV、10uV~100uV、100uV~1mV、1mV~10mV，右邊選用3位半A /D ，數(shù)字表頭顯示為0000一1999kg，對(duì)應(yīng)A/D 轉(zhuǎn)換的輸人電壓為0~1.999V.因此，若基本放大電路的放大倍數(shù)為A，而程控放大電路的放大倍數(shù)為Afi.，則:</p><p>　　輸人信號(hào)為1

36、uV~10uV時(shí)，Av*Af1=2/（10*10^-6）=2*10^5</p><p>　　輸人信號(hào)為10uV~100uV時(shí)，Av*Af2=2/（100*10^-6）=2*10^4</p><p>　　輸人信號(hào)為100uV~1mV時(shí)，Av*Af3=2/（1*10^-3）=2*10^3</p><p>　　輸入信號(hào)為1mV~10mV時(shí)，Av*Af4=2/（1*10^-

37、2）=2*10^2=200</p><p>　　若選用Av= 200 的基本放大器，則:Af1= 1000；Af2=100；Af3= 10 ；Af4= 1。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 ATmega16單片機(jī)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC介紹</p><p>　　AVR的模數(shù)轉(zhuǎn)換器

38、ADC具有下列特點(diǎn)：</p><p><b>　　10位精度；</b></p><p>　　0.5LSB積分非線(xiàn)形誤差</p><p>　　±2LSB的絕對(duì)精度；</p><p>　　13µs~260µs的轉(zhuǎn)換時(shí)間；</p><p>　　在最大精度下可達(dá)到每秒15kS

39、PS的采樣速率；</p><p>　　8路可選的單端輸入通道；</p><p><b>　　7路差分輸入通道；</b></p><p>　　2路差分輸入通道帶有可選的10×和200×增益；</p><p>　　ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取可設(shè)置為左端對(duì)齊（LEFT ADJUSTMENT）；</p>

40、<p>　　ADC的電壓輸入范圍0～Vcc；</p><p>　　可選擇的內(nèi)部2.56V的ADC參考電壓源；</p><p>　　自由連續(xù)轉(zhuǎn)換模式和單次轉(zhuǎn)換模式；</p><p>　　ADC自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸發(fā)模式選擇；</p><p>　　ADC轉(zhuǎn)換完成中斷；</p><p>　　休眠模式下的噪聲抑制器（NOI

41、SE CANCELER）；</p><p>　　由于單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以外部的模擬信號(hào)量需要轉(zhuǎn)變成數(shù)字量才能進(jìn)一步的由單片機(jī)進(jìn)行處理。ATmega16內(nèi)部集成有一個(gè)10位逐次比較（successive approximation）ADC電路。因此使用AVR可以非常方便的處理輸入的模擬信號(hào)量。</p><p>　　ATmega16的ADC與一個(gè)8通道的模擬多路選擇器連接，能夠?qū)σ訮O

42、RTA作為ADC輸入引腳的8路單端模擬輸入電壓進(jìn)行采樣，單端電壓輸入以0V（GND）為參考。另外還支持16種差分電壓輸入組合，其中2種差分輸入方式（ADC1，ADC0和ACD3，ADC2）帶有可編程增益放大器，能在A/D轉(zhuǎn)換前對(duì)差分輸入電壓進(jìn)行0dB（1×），20dB（10×或46dB（200×）的放大。還有七種差分輸入方式的模擬輸入通道共用一個(gè)負(fù)極（ADC1），此時(shí)其它任意一個(gè)ADC引腳都可作為相應(yīng)的正極

43、。若增益為1×或10×，則可獲得8位的精度,如果增益為200×，那么轉(zhuǎn)換精度為7位。</p><p>　　AVR的ADC功能單元由獨(dú)立的專(zhuān)用模擬電源引腳AVcc供電。AVcc和Vcc的電壓差別不能大于±0.3V。ADC轉(zhuǎn)換的參考電源可采用芯片內(nèi)部的2.56V參考電源，或采用AVcc，也可使用外部參考電源。使用外部參考電源時(shí)，外部參考電源由引腳ARFE接入。使用內(nèi)部電壓參考源

44、時(shí)，可以通過(guò)在AREF引腳外部并接一個(gè)電容來(lái)提高ADC的抗噪性能。</p><p>　　ADC功能單元包括采樣保持電路，以確保輸入電壓在ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持恒定。ADC通過(guò)逐次比較（successive approximation）方式，將輸入端的模擬電壓轉(zhuǎn)換成10位的數(shù)字量。最小值代表地，最大值為AREF引腳上的電壓值減1個(gè)LSB?？梢酝ㄟ^(guò)ADMUX寄存器中REFSn位的設(shè)置，選擇將芯片內(nèi)部參考電源（2.56V

45、）或AVcc連接到AREF，作為A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓。這時(shí)，內(nèi)部電壓參考源可以通過(guò)外接于AREF引腳的電容來(lái)穩(wěn)定，以改進(jìn)抗噪特性。</p><p>　　模擬輸入通道和差分增益的選擇是通過(guò)ADMUX寄存器中的MUX位設(shè)定的。任何一個(gè)ADC的輸入引腳，包括地（GND）以及內(nèi)部的恒定能隙（fixed bandgap）電壓參考源，都可以被選擇用來(lái)作為ADC的單端輸入信號(hào)。而ADC的某些輸入引腳則可選擇作為差分增益放大器的

46、正、負(fù)極輸入端。當(dāng)選定了差分輸入通道后，差分增益放大器將兩輸入通道上的電壓差按選定增益系數(shù)放大，然后輸入到ADC中。若選定使用單端輸入通道，則增益放大器無(wú)效。</p><p>　　通過(guò)設(shè)置ADCSRA寄存器中的ADC使能位ADEN來(lái)使能ADC。在ADEN沒(méi)有置“1”前，參考電壓源和輸入通道的選定將不起作用。當(dāng)ADEN位清“0”后，ADC將不消耗能量，因此建議在進(jìn)入節(jié)電休眠模式前將ADC關(guān)掉。</p>

47、<p>　　ADC將10位的轉(zhuǎn)換結(jié)果放在ADC數(shù)據(jù)寄存器中（ADCH和ADCL）。默認(rèn)情況下，轉(zhuǎn)換結(jié)果為右端對(duì)齊（RIGHT ADJUSTED）的。但可以通過(guò)設(shè)置ADMUX寄存器中ADLAR位，調(diào)整為左端對(duì)齊（LEFT ADJUSTED）。如果轉(zhuǎn)換結(jié)果是左端對(duì)齊，并且只需要8位的精度，那么只需讀取ADCH寄存器的數(shù)據(jù)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果就達(dá)到要求了。否則，必須先讀取ADCL寄存器，然后再讀取ADCH寄存器，以保證數(shù)據(jù)寄存器中的內(nèi)容是

48、同一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果。因?yàn)橐坏〢DCL寄存器被讀取，就阻斷了ADC對(duì)ADC數(shù)據(jù)寄存器的操作。這就意味著，一旦指令讀取了ADCL，那么必須緊接著讀取一次ADCH；如果在讀取ADCL和讀取ADCH的過(guò)程中正好有一次ADC轉(zhuǎn)換完成，ADC的2個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容是不會(huì)被更新的，該次轉(zhuǎn)換的結(jié)果將丟失。只有當(dāng)ADCH寄存器被讀取后，ADC才可以繼續(xù)對(duì)ADCL和ADCH寄存器操作更新。</p><p>　　ADC有自己的中斷，當(dāng)轉(zhuǎn)

49、換完成時(shí)中斷將被觸發(fā)。盡管在順序讀取ADCL和ADCH寄存器過(guò)程中，ADC對(duì)ADC數(shù)據(jù)寄存器的更新被禁止，轉(zhuǎn)換的結(jié)果丟失，但仍會(huì)觸發(fā)ADC中斷。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)軟件框圖設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂，也是系統(tǒng)一個(gè)重要的調(diào)試部分。如圖4.1所示為整個(gè)系統(tǒng)的軟件框圖，主程序先對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行初始化，然后完成峰值的采樣/保持控制、A/D轉(zhuǎn)換控制和峰值LCD顯示

50、控制。系統(tǒng)中的比較器電路,將被測(cè)信號(hào)與保持信號(hào)Vo進(jìn)行比較,若Vi>Vo,比較器輸出高電平 ,系統(tǒng)開(kāi)啟 LF398進(jìn)人采樣狀態(tài) ，若Vi<Vo,比較器輸出低電平,MCU使LF398保持原有信號(hào)峰值。當(dāng)MCU檢測(cè)到峰值采樣完成時(shí)，系統(tǒng)將LF398的第8個(gè)管腳拉低，使LF398處于峰值保持狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和峰值顯示，一段時(shí)間后系統(tǒng)重新進(jìn)入到峰值的采樣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)峰值數(shù)據(jù)采集。</p><p&g

51、t;　　圖4.1 系統(tǒng)軟件框圖</p><p>　　5 系統(tǒng)仿真調(diào)試與結(jié)果分析</p><p>　　5.1 系統(tǒng)仿真調(diào)試</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，根據(jù)電路原理圖，分三個(gè)個(gè)模塊（電源模塊、峰值采樣/保持模塊和單片機(jī)LCD顯示模塊）分別進(jìn)行測(cè)試。使用的測(cè)試工具主要有：萬(wàn)用表，示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器等。</p><p>　　首先將A/D轉(zhuǎn)

52、化程序下載到單片機(jī)，驗(yàn)證A/D轉(zhuǎn)化程序和LCD1602的顯示程序，使用Proteus仿真效果如圖5.1所示，隨后對(duì)實(shí)物進(jìn)行同樣測(cè)試，但LCD顯示白屏，考慮到可能是液晶對(duì)比對(duì)的問(wèn)題，于是調(diào)節(jié)RV1變阻器后，顯示正常。</p><p>　　圖5.1 A/D轉(zhuǎn)換程序和LCD顯示程序測(cè)試結(jié)果</p><p>　　接著調(diào)試峰值采樣/保持模塊，將峰值采樣模塊中的放大倍數(shù)調(diào)節(jié)到50（其中AD620的增益

53、為25，OP07的增益為2），根據(jù)公式（1）和公式（2）可得Rg=2.058K，用函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)儀器產(chǎn)生輸入信號(hào)，但示波器在信號(hào)放大輸出端采集不到模擬信號(hào)，考慮到可能是小信號(hào)功率不夠，輸入阻抗等問(wèn)題，查閱資料和請(qǐng)教指導(dǎo)老師后，在前面加了一級(jí)跟隨器，問(wèn)題果然得到解決。</p><p>　　最后將已調(diào)試好的單片機(jī)模塊、峰值采樣/保持模塊和電源組成整個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)不斷改變輸入信號(hào)的峰值，用示波器測(cè)量放大后的信號(hào)峰值，由示

54、波器測(cè)得輸入信號(hào)峰值和LCD顯示結(jié)果。 </p><p><b>　　6 總結(jié)</b></p><p>　　本系統(tǒng)使用內(nèi)部自帶10位A/D轉(zhuǎn)換器的ATMEGA16單片機(jī)控制峰值采樣/保持模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊的和顯示模塊。關(guān)鍵是對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)，包括小信號(hào)放大電路、峰值采樣/保持電路、AD轉(zhuǎn)換電路、LCD顯示電路、電源電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)以及各單元電路與單片機(jī)的外圍接

55、口設(shè)計(jì)。系統(tǒng)通過(guò)比較器電路,將被測(cè)信號(hào)Vi與保持信號(hào)Vo進(jìn)行比較,若Vi>Vo,比較器輸出高電平 ,MCU檢測(cè)到高低平后，系統(tǒng)將LF398的第8個(gè)管腳拉高，開(kāi)啟 LF398進(jìn)人采樣狀態(tài) ，若Vi<Vo,比較器輸出低電平，為了使LF398保持原有信號(hào)峰值，即當(dāng)MCU檢測(cè)到峰值采樣完成時(shí)，系統(tǒng)將LF398的第8個(gè)管腳拉低，使LF398處于峰值保持狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和峰值顯示，一段時(shí)間后系統(tǒng)重新進(jìn)入到峰值的采樣狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)

56、的實(shí)時(shí)峰值數(shù)據(jù)采集。本文給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法、軟件設(shè)計(jì)過(guò)程、系統(tǒng)實(shí)物調(diào)試過(guò)程及系統(tǒng)結(jié)果分析，通過(guò)不斷的努力和實(shí)驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào)的峰值提取和數(shù)字輸出。</p><p><b>　　7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李凌, 虞禮貞 電壓幅值可達(dá)毫伏數(shù)量級(jí)的小信號(hào)峰值檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)[J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(理科版), 2003，04.</

57、p><p>　　[2] 曹吉花、王洪艷 信號(hào)峰值檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 電子設(shè)計(jì)工程期刊，2003年.</p><p>　　[3] 劉海成 《AVR單片機(jī)原理及測(cè)控工程》 北京航天航空大學(xué)出版社，2000年.</p><p>　　[4] 曹茂永,王 霞,孫農(nóng)亮.儀用放大器 AD620及其應(yīng)用 [J].電測(cè)與儀表, 2000.</p><p>　　[5

58、] 陳憲洲,趙曉玲,韓小河.低功耗儀用放大器 AD620及其應(yīng)用 [J].今日電子, 1996,08.</p><p>　　[6] 閻石《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社，1998年.</p><p>　　[7] 華成英、童詩(shī)白《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》 高等教育出版社，2001年.</p><p>　　[8] 邵貝貝 《單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線(xiàn)開(kāi)發(fā)方法》，北京清華大學(xué)

59、出版社，2004.</p><p>　　[9] 譚浩強(qiáng)《C程序設(shè)計(jì)》 北京清華大學(xué)出版社，1999.12.</p><p>　　[10] 戴伏生《基礎(chǔ)電子電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐》國(guó)防工業(yè)出版社,2002年.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄A 峰值檢測(cè)電路原理圖</p><

60、p>　　附錄B PCB板圖</p><p><b>　　附錄C 實(shí)物圖</b></p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　首先，在這里感謝學(xué)校給我們安排這次課程設(shè)計(jì)，使我有一個(gè)可以自己動(dòng)手學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，我學(xué)習(xí)到了很多課本以外的知識(shí)，體會(huì)到了自己親自動(dòng)手做出成果的喜悅。 &

61、lt;/p><p>　　其次，在這要感謝我的指導(dǎo)老師邱雄邇老師，在百忙之中抽出寶貴的休息時(shí)間，仔細(xì)耐心為我為我指導(dǎo)，雖然老師工作繁忙，但還是會(huì)時(shí)常關(guān)注學(xué)生的課設(shè)進(jìn)展，并給出很多寶貴的點(diǎn)撥，幫助我們解決了很多技術(shù)上難題。可以說(shuō)，沒(méi)有老師的悉心指導(dǎo)，就不會(huì)有我今天的作品。 </p><p>　　最后，我還要感謝這次課程設(shè)計(jì)中給我?guī)椭耐瑢W(xué)，是你們的幫助，我才能順利的完成課程設(shè)計(jì)任務(wù)。謝謝