贺 莉，郭 强，罗丹羽

（1.郑州电力高等专科学校，河南 郑州450000；2.郑州宇通客车股份有限公司，河南 郑州450000）

1 引言

近年来，随着工业控制自动化程度不断提高和非电量测试技术飞速发展，峰值是动态信号测量中的重要测量对象，对冲击信号的测量更显重要。在生产实际中，许多非电的或电的动态信号的峰值需测量。在科研、生产各个领域都会用到峰值检测设备，例如检测建筑物的最大承受力，检测钢丝允许的最大拉力，水流的瞬时最大流量，电力系统中短时电流冲击，心电图的心电信号的检测等。准确的测量峰值有着重要的意义[1]。近年来，随着自动化水平的不断提高，测试测量技术得到了巨大的进步。然而，在“中国制造2025”和“互联网+”的时代背景下，自动化技术和信息化技术更加深度地融合，因而需要更加具备“智慧”的测试测量技术来辅助科研、生产和制造领域发展。面对中国当前测量仪器和分析仪器的现状，尤其在用于科学研究和设计验证的高精度测量仪器的核心芯片和关键器件上，与国外同类产品还存在不少差距，赶上并超过国外同类产品还需要走相当长的道路。

而在实际工作中，信号波形可能会从几毫伏到十几伏大小不等，如何检测小信号波形峰值具有重要意义。本文针对这个问题，给出了一种基于定时器来检测微弱信号电压幅值的检测电路，该电路为可达毫伏数量级的小信号峰值检测的电路[2]。

2 设计思路

考虑到输入电压信号比较小，所以在采样前对信号进行适当放大，这样更方便于信号的采样和保持[3]，能提高采集到的信号的稳定性，然后把采集来的峰值电压进行模拟信号到数字信号转换，在实现模拟信号到数字信号的转换时，没有采用特定功能的D/A转换芯片，而是利用一个电压比较器和外围触发电路来实现。通过数字电路对转换后的数字信号进行计数，最后锁存、显示。

3 电路实现

3.1 前置多级放大电路

在设计前置放大电路时，通过两级放大对信号进行100倍放大，使电压达到伏级，便于后续电路进行信号的采集和保持。采用多级放大可以避免一次放大倍数过大，产生较大的误差，电路原理如图1所示。

3.2 采样保持电路

在采样保持电路中，电路中仅用一个运算放大器就能完成对输入信号波形的峰值电压的保持。在电压上升至峰值期间，D1导通使C1充电跟随达到峰值，D2起到电压跟随器的作用，判断电压峰值点。峰值过后由于R4的限流作用，C1放电微乎其微，到下一次峰值再度充电，期间维持峰值电压输出。1Ω电阻用于防止电流冲击。

3.3 数字电路部分

首先通过电容C2的充放电来进行电压的比较和脉冲计数，来实现模拟量向数字量的转换，R3、R4用来调节输入口电流的大小，限制电流过大。TLC2272实现电压的比较，构成电压比较电路。CD40106用来转换TLC2272输出口电平高、低，实现对后续电路的计数和控制。

利用两个40106BD（施密特触发器）构成一个脉冲发生电路，由以上两部分共同完成了电压信号从模拟信号到数字信号的转换，而没有采用特定功能的D/A转换芯片。同时这两部分的作用也在于控制后续的计数和分频电路部分。

随后为配合前端电路，计数器一次完成计数，把数据传送给锁存器后清零，锁存器得到数据后使能锁存控制，本设计采用74LS390双十进制计数器搭建一个两千分频的分频器来提供计数部分清零和锁存部分使能的判断信号。

计数与锁存电路部分，是利用一片74LS160带使能端的十进制计数器和一片74LS390双十进制计数器构成一个三位的十进制计数器，用高位的进位来直接接入74ls74D触发器来实现三位半的半位计数。锁存电路采用双向D触发器74ls273来实现对计数器传送来的数据的锁存，为了避免锁存器锁存数据前计数器就产生清零动作，采用了两个40106BD来实现触发信号的延时，目的在于使计数器的清零信号滞后与锁存器的锁存信号。

驱动和显示电路部分采用具有内拉电阻的74LS48来实现，显示管采用的是共阴极电路。读数时从下向上依次是百位、十位、个位、小数点后一位。整个数字部分电路的实现如图2所示。

图2 模数转化和显示整体电路

4 结论

在前端设计短路中，如果是先进性信号的采集和保持，会出现小电压信号无法进行测量的现象，还会出现与后续电路相连接时，该段电路的电压会受后面TLC2272的影响，使电压出现被下拉的现象。因此在实际设计时一定要先放大信号，然后再进行峰值的采集和保持。其次，由于采取的电容为10 uF不可变电容，这样就使测量时只能对一定频率的信号进行检测，如果高于该段频率会出现测量转换频率过快，显示跳动的现象，如果低于该段频率就会出现很明显的充电过程，降低了测量的速度。这个问题可以通过并联多个电容，改变适应频率段的方法，来手动或自动切换电容大小。在后续显示电路中由于TLC2272周围电路设计上所选电阻不合理，比较输出信号会出现毛刺现象，可以通过改变R3、R4的比例关系来进行调整，最好是将其中的R3改用为变阻器，可以进行手动调节，减小误差的产生。

同时在实际系统中刷新频率过快，使得显示数字有闪动的现象，可以通过改变对应的分频器来实现稳定显示。

在设计中会出现74LS390清零端空接的问题，会使分频器不能工作，可以让清零端接地。