一种基于单片机的峰值检波器
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一、 引言
在低频或超低频的受调信号的检测和处理过程中,当信号通过放大达到一定的强度就必须对其进行检波,以获得需要的信号。如在红外分光测油仪中对红外线的检测,由于调制频率很低,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,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。以上两种情况如图1所示。
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二、硬件设计
如何解决以上所讨论的问题呢?即要求得到检波输出波形良好,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)的峰值检波电路。该电路由单片机、电子开关、保持电路等几个部分组成,其逻辑结构如图2所示。???
该电路的特点是利用单片机编程灵活的特点,外围电路无可调件,通过单片机准确产生开关信号,使低频受调信号的检波始终被锁定在信号的峰值上,从而保证了峰值检波的效率和效果。如果由于一些技术上的原因造成信号延时,为了保证检波始终锁定在信号的峰值上,只需要通过PC机向单片机传送延时参数就可以了,避免了固定电路调整麻烦的问题。该峰值检波器的检波输出波形如图3所示。?
在该电路系统中,单片机选用MCS-51系列8位单片机,该单片机运行速度快,功耗低、性能好。电子开关选用4066 四模拟开关集成电路,该集成电路的开关导通电阻很小,而阻断电阻很大,具有良好的开关特性,而保持电路则由集成运放构成。其定位信号的产生由过零比较电路通过低频受调信号而得到。?
三、软件设计
峰值检波最关键的问题就是要准确地捕捉信号的峰值,在该电路中是利用软件来实现的,其设计思想是以定位信号为参照,通过软件调整延时量来准确捕捉信号峰值。单片机中延时子程序的构成框图如图4所示。
程序由汇编语言编写,本文不作具体介绍。?
四、应用
该电路系统在数字红外分光测油仪的设计开发中得到应用,获得了很好的应用效果。与传统的峰值检波电路相比,其检波效率和效果明显提高。该电路系统还可以直接应用于其他低频率受调信号的峰值检波。??
参考文献
[1]孙涵芳.MCS-51/96单片机原理及应用[M].北京:航空航天大学出版社,1988.
[2]康华光.电子技术基础(第三版)[M].北京:高等教育出版社,1988.
[3]微型计算机及外部设备常用芯片手册[M].北京:清华大学出版社,1999.