3.4 采样保持电路

Simulink环境下的SAR ADC行为建模与仿真分析韩笑;孙玲;吴秀山【摘要】逐次逼近型模/数转换器由于电路复杂度较低,且功耗和速度等性能可以随着集成电路工艺的进步而不断提升,在高速、高精度ADC设计中被广泛应用.借助Matlab软件环境下的Simulink工具,该文以14位SAR ADC为例给出了电路的行为级建模方法,分析了SAR ADC采样频率、输入信号频率以及内部时钟之间的关系,充分讨论了Simulink下各模块的具体实现并给出了仿真结果.该分析为SAR ADC的晶体管极电路设计与实现提供了重要参考依据.%The analog-to-digital converter (ADC) of the successive approximation register (SAR) has been widely used in the design of the high-speed and high-precision ADC because its circuit complexity is low,and its performances such as power dissipation and speed can be constantly improved with the improvement of the integrated circuit technique.By virtue of the Simulink tool under Matlab software environment,the 14-bit SAR ADC is taken as an example to give the behavior modeling method of the circuit,and the relationship among the sampling frequency,input signal frequency and internal clock of SAR ADC is analyzed.Each module implemented with Simulink is discussed,and the simulation results are given.The simulation analysis provides an important reference for the design and implementation of the transistor circuit of SAR ADC.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2017(040)006【总页数】4页(P136-139)【关键词】模/数转换器;逐次逼近型结构;行为级建模;Simulink【作者】韩笑;孙玲;吴秀山【作者单位】南通大学电子信息学院,江苏南通226019;南通大学电子信息学院,江苏南通226019;中国计量学院机电工程学院,浙江杭州 310018【正文语种】中文【中图分类】TN911-34;TN492近年来电子技术发展迅猛，随处可见的电子产品不仅使人们的日常生活变得更加便捷，还丰富了人们的娱乐生活。

adc电压采样电路ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）电压采样电路是一种将模拟电压信号转换为数字信号的电路。

在现代电子设备中，ADC电压采样电路被广泛应用于各种测量、控制和通信系统中。

让我们来了解一下ADC电压采样电路的基本原理。

ADC电压采样电路通常由四个主要部分组成：输入信号调理电路、采样保持电路、比较器和数字化逻辑电路。

输入信号调理电路用于对输入信号进行放大、滤波和调整，以便使输入信号范围适应ADC的输入范围。

输入信号调理电路通常由放大器、滤波器和可变增益放大器组成。

采样保持电路的作用是在给定时间间隔内对输入信号进行采样并保持其值，以便进行后续的数字化处理。

采样保持电路通常由采样开关和保持电容器组成。

采样开关在给定时间间隔内打开，将输入信号传递到保持电容器上，并在采样结束后关闭，以保持输入信号的值。

比较器是将模拟输入信号与参考电平进行比较，并输出一个数字信号的电路。

当输入信号大于参考电平时，比较器输出高电平；当输入信号小于参考电平时，比较器输出低电平。

数字化逻辑电路将比较器输出的数字信号进行处理，将其转换为二进制数字信号。

数字化逻辑电路通常由编码器、计数器和控制逻辑电路组成。

编码器将比较器输出的高低电平转换为二进制数字信号；计数器用于计数编码器输出的脉冲数量，以确定输入信号的数值；控制逻辑电路用于控制采样保持电路、比较器和编码器的工作状态。

ADC电压采样电路的输出是一个二进制数字信号，可以表示输入信号的大小。

这个二进制数字信号可以被微处理器或其他数字电路处理和分析，实现各种功能，如数据存储、显示和控制。

ADC电压采样电路有许多应用领域。

在测量系统中，ADC电压采样电路可用于测量各种物理量，如温度、压力、流量等，将模拟信号转换为数字信号，并通过数字处理实现数据存储和分析。

在通信系统中，ADC电压采样电路可用于模拟信号的数字化传输，提高信号的抗干扰性和传输质量。

ADC电流采样电路1. 简介ADC（Analog-to-Digital Converter）电流采样电路是一种用于将模拟信号转换为数字信号的电路。

在现代电子系统中，由于数字系统的广泛应用，需要将模拟信号进行数字化处理。

ADC电流采样电路能够将模拟信号转换为数字信号，并且具有高精度、高速度和低功耗等特点，因此被广泛应用于各种领域，例如通信、测量仪器、工业控制等。

2. ADC电流采样原理ADC电流采样原理基于模数转换的基本原理，即将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

ADC电流采样电路主要包含以下几个重要组成部分：2.1 输入端输入端是ADC电流采样电路的接口，用于接收待转换的模拟信号。

输入端通常包含一个输入阻抗较高的运放放大器，以提供对外部模拟信号的缓冲和放大功能。

2.2 参考源参考源是ADC电流采样中非常重要的部分之一。

参考源提供一个已知稳定值作为参考，用于比较输入信号的大小。

常用的参考源有内部参考源和外部参考源两种。

内部参考源是集成在ADC芯片内部的一个稳定电压源，通常为固定值（如1.2V、2.5V等）。

外部参考源可以是外接电阻分压电路、稳压器等，通过选择合适的电阻或稳压器来提供所需的参考电压。

2.3 采样保持电路采样保持电路用于在转换过程中对输入信号进行采样和保持。

由于ADC转换需要一定时间，而输入信号可能会随时间变化，因此需要采样保持电路来固定输入信号的值。

采样保持电路通常由开关、采样电容和运放组成。

2.4 模数转换器模数转换器是ADC电流采样电路中最核心的部分，用于将模拟信号转换为数字信号。

常见的模数转换器有两种类型：逐次逼近型（Successive Approximation Type）和并行型（Parallel Type）。

逐次逼近型模数转换器是一种按位逼近的方法进行转换，它从最高有效位（MSB）开始，根据比较结果决定当前位是0还是1，并一步步向低位进行逼近。

逐次逼近型模数转换器的优点是结构简单，适用于低速高精度的应用。

adc采样电压电路
ADC（模数转换器）采样电路是一种用于将连续模拟信号转换为离散数字信号的电路。

它在电子设备中起着至关重要的作用，因为它使我们能够将现实世界中的模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号。

ADC采样电路的主要目标是准确地测量模拟信号并将其转换为数字形式。

为了实现这一目标，ADC采样电路通常包括三个主要部分：采样保持电路、模数转换器和数字信号处理电路。

采样保持电路用于定期采样模拟信号，并将其保持在一个恒定的电平上，以便模数转换器对其进行测量。

这是非常重要的，因为模数转换器需要在一段时间内测量信号的平均值，以减小噪声和干扰的影响。

接下来是模数转换器，它将采样保持电路中的模拟信号转换为数字形式。

常见的模数转换器有逐次逼近型模数转换器（SAR）和逐渐逼近型模数转换器（Delta-Sigma）。

这些模数转换器都有自己的优缺点，根据应用的具体要求选择合适的模数转换器。

最后是数字信号处理电路，它用于对数字信号进行进一步处理和分析。

这可能包括数字滤波、数值计算或其他算法。

数字信号处理电路可以根据应用要求进行设计，以满足特定的性能需求。

总的来说，ADC采样电路在现代电子设备中扮演着重要的角色。

它
使我们能够将现实世界中的模拟信号转换为数字形式，以便计算机可以处理和分析。

通过合理设计和选择合适的组件，我们可以获得准确、可靠的数字信号，并为各种应用提供有效的解决方案。

单片机ADC采样率1. 什么是ADC采样率？ADC（Analog-to-Digital Converter，模数转换器）是将模拟信号转换为数字信号的设备。

ADC采样率是指ADC每秒钟进行模拟信号采样的次数，单位为赫兹（Hz）。

采样率越高，表示ADC能够更快地将模拟信号转换为数字信号，从而更准确地反映模拟信号的变化。

2. 单片机ADC的工作原理单片机的ADC模块通常由采样保持电路、模数转换电路和控制电路组成。

其中，采样保持电路用于将模拟信号进行采样和保持，模数转换电路用于将采样后的模拟信号转换为数字信号，控制电路用于控制ADC的工作模式和采样率。

在采样过程中，ADC模块会周期性地对模拟信号进行采样，并将采样结果转换为数字信号。

采样率的高低决定了ADC对模拟信号变化的灵敏度和精度。

3. 影响ADC采样率的因素3.1 单片机主频单片机主频是指单片机内部时钟频率。

主频越高，单片机处理能力越强，ADC模块处理采样数据的速度也越快，从而可以实现更高的采样率。

3.2 ADC分辨率ADC分辨率是指ADC模块将模拟信号转换为数字信号时的精度。

分辨率越高，ADC可以将模拟信号转换为更精确的数字信号，从而提高采样率。

3.3 采样保持时间采样保持时间是指ADC模块对模拟信号进行采样和保持的时间。

采样保持时间越短，ADC可以更频繁地进行采样，从而提高采样率。

3.4 ADC模块的工作模式ADC模块通常有单次转换模式和连续转换模式两种工作模式。

在单次转换模式下，ADC仅进行一次模拟信号转换；而在连续转换模式下，ADC会连续不断地进行模拟信号转换。

连续转换模式可以实现更高的采样率。

3.5 ADC时钟源ADC时钟源是指供给ADC模块的时钟信号源。

时钟信号的频率和稳定性会直接影响ADC的采样率和精度。

选择适合的时钟源可以提高ADC的性能。

4. 如何提高ADC采样率？4.1 提高单片机主频提高单片机主频可以增加单片机处理采样数据的能力，从而提高ADC的采样率。

1. 采样/保持电路采样保持电路实质上是一种模拟信号存储器，它在数字指令控制下，使开关通断，对输入信号瞬时值进行采样并寄存，通常用两个运算放大器构成高输入阻抗的采样/保持电路，如图5-2所示。

放大器A 1是射随器。

它对模拟信号提供了高输入阻抗，并提供了一个低的输出阻抗，使存储电容C H 能快速充电和放电，放大器A 2在存储电容和输出端之间起缓冲作用。

开关K 1在指令控制下通断，对电容C H 充电或放电，开关S 1通常使用FET 开关或MOSFET 开关，存储电容C H 一般取0.01~0.1μF 。

采样/保持电路经常使用集成电路LF398，该器件的工作原理和使用方法说明如下： LF398具有采样和保持功能，它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。

图5-3是该器件的引脚图。

各引脚端的功能如下： ①和④端分别为V CC 和V EE 电源端。

电源电压范围为±5V ～±15V 。

②端为失调调零端。

当输入V i =0，且在逻辑输入为1采样使，可调节②端使V o =0。

③端为模拟量输入端。

⑤端为输出端。

⑥端为接采样保持电容C H 端。

⑦端为逻辑基准端（接地）。

⑧端为逻辑输入控制端。

该端电平为 “1”时采样，为“0”时保持。

LF398内部电路原理图如图5-4所示。

当8端为“1”时，使LF398内部开关闭合，此时A 1和A 2构成1：1的电压跟随器，所以，V o = V i ，并使迅速充电到V i ，电压跟随器A 2输出的电压等于C H 上的电压。

图5-3 LF398引脚图图5-2 两运放构成高输入阻抗的S/H电当8端为“０”时，LF398内部开关断开，输出电压V o 值为控制端８由“１”跳到“０”时C H 上保持的电压，以实现保持目的。

端８的逻辑输入再次为“１”、再次采样时，输出电压跟随变化。

2.信号采样/保持电路采用保持器LF398对电压信号进行采样/保持。

中性点接地方式涉及电力系统的运行，电力设备的绝缘，供电可靠性，对电信系统的影响，操作和故障时引起的内外过电压等各个领域。

目前我国采用的中性点接地方式大体是：·220kV系统，直接接地；·110kV系统，直接接地；·35kV系统，经消弧线圈接地；·10kV系统，不接地或经消弧线圈接地、经电阻或电抗接地；·380/220V系统直接接地不同接地方式的特点：(1)中性点直接接地方式。

在发生单相接地故障时，故障相将发生较大的故障电流，电压可能降至零，而非故障相的对地电压将升高。

较大的接地故障电流会对电气设备造成损坏，并对电信线路和设备产生电磁感应和危险影响。

(2)中性点经电抗接地方式。

在单相接地故障时，因接入感抗所产生的电感性故障电流可以补偿系统本身电容电流，而减小故障电流，提高灭弧能力。

(3)中性点经低电阻接地方式。

在单相接地故障时，短路电流较大，尤其是经小电阻接地时，接地电位升高，对电气设备，电信线路和设备的影响与中性点直接接地方式相似。

不同接地方式的特点：(4)中性点不接地方式。

故障点不产生大的短路电流，在故障点流过的仅是系统对地电容电流。

在架空线为主的电网中，电容电流为数安到数十安。

但在电缆线路中，单相接地时电容电流可能达数百安，会造成接地电弧不易熄灭而出现过电压。

同时非故障相对地电位升高到线电压，会对电信线路产生干扰和危险影响。

尤其因中性点不接地系统允许单相接地运行2h，使影响将持续较长时间。

(5)中性点经消弧线圈接地方式此情况与中性点经电抗接地情况类似2.5.1分段器（Sectionatizers）1.作用分段器是一种智能化的负荷开关，具有灭弧功能，可用以切断负荷电流，不能开断短路电流。

它能和断路器或重合器配合使用。

在线路发生永久性故障时，它能记忆断路器或重合器的分合次数，当达到预先整定的动作次数后，分段器能在无故障电流情况下自动分闸（滞后0.1-0.25s）并闭锁，保持分闸状态，起到隔离线路故障区段的作用。

采样保持芯片采样保持芯片是一种在模拟信号处理中使用的重要元件。

它的主要作用是将模拟信号转换为数字信号，并且可以保持信号的数值，在一定的采样周期内进行处理或传输。

采样保持芯片通常由一个采样保持电路和一个开关电路组成。

采样保持电路负责将模拟信号进行采样并保持，而开关电路负责控制采样时间和保持时间。

采样过程中，采样保持电路对输入信号进行采样，将信号的幅值通过开关电路保存在一个电容器中。

当采样保持电路工作时，它会打开开关电路，将输入信号导入电容器，并且电容器中的电压会跟随输入信号的变化而变化。

当采样保持电路停止工作时，它会关闭开关电路，这样电容器中的电压就会被保持住，不再随输入信号的变化而变化。

采样过程中，采样保持芯片必须满足一定的采样速率，这是因为采样信号的频率一般比输入信号的频率高得多，只有满足一定的采样速率才能准确地还原输入信号。

采样速率是指在一定时间内对信号进行采样的次数，通常以每秒采样次数（Samples Per Second，SPS）来表示。

常见的采样速率有1kHz、10kHz、100kHz、1MHz等。

采样过程中，采样保持芯片还必须满足一定的保持时间，这是为了保证采样信号在保持过程中的稳定性。

保持时间是指在一次采样中保持信号的时间长度。

保持时间必须足够长，以保证信号的变化不会引起误差。

一般来说，保持时间是根据输入信号的变化速率和采样速率来确定的。

采样保持芯片主要应用于模拟信号采样、模拟信号转换、数据传输等领域。

在模拟信号采样中，采样保持芯片可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，以便后续的数字信号处理。

在模拟信号转换中，采样保持芯片可以将模拟信号转换为数字信号，使其可以被数字系统处理。

在数据传输中，采样保持芯片可以保持信号的数值，以便在一定的时间周期内传输。

总之，采样保持芯片是一种重要的模拟信号处理元件，它通过采样和保持信号的方式，将模拟信号转换为数字信号，并在一定的时间周期内进行处理或传输。

38计峰值检测电路：传感器输入信号的测量范围为1μV~10V~10μμV ，1010μμV ~100~100μμV ，100100μμV ~1mV ~1mV，，1mV~10mV 1mV~10mV；设计程控放大器，利用程控放大器将传感器的输入信号放大为；设计程控放大器，利用程控放大器将传感器的输入信号放大为0~1.999V 0~1.999V，，供A/D 转换用；设计自动切换量程电路，完成各种量程的转换。

一、设计方案峰值电流检测及保护电路通过检测流入电动机的电流来保护电机，在实际运行的基础上，给出了电动机过流保护的控制电路，并分析了相关的参数。

本课题的关键任务是检测峰值并使之保持稳定，本课题的关键任务是检测峰值并使之保持稳定，且用数字显示峰值。

且用数字显示峰值。

且用数字显示峰值。

该方案用采样该方案用采样该方案用采样//保持峰值电路，通过数据所存控制电峰值电路，通过数据所存控制电 路锁存峰值的数字量。

此方案的原理图如图路锁存峰值的数字量。

此方案的原理图如图1所示。

它由传感器、放大器、采样传感器、放大器、采样//保持、采样保持、采样//保持控制电路、保持控制电路、A/D A/D A/D（模数转换）（模数转换）、译码显示、数字锁存控制电路组成。

各组成部分的作用是：图 1 1 峰值检测系统原理框图峰值检测系统原理框图峰值检测系统原理框图（1）传感器：把被测信号量转换成电压量。

（2）放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。

）放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。

（3）采样）采样//保持：对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。

（4）采样采样//保持控制电路保持控制电路::该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰值，大于原峰值时保持新的峰值。

大于原峰值时保持新的峰值。

（5）A/D 转换：将模拟量转换成数字量。

转换：将模拟量转换成数字量。

电子科技大学信号与系统实验报告姓名：学院：学号：实验一：连续系统的幅频特性一、实验室名称：信号与系统实验室二、实验项目名称：连续系统的幅频特性测量 三、实验原理正弦波信号)cos()(0t A t x ω=输入连续LTI 系统，输出)(t y 仍为正弦波信号。

图3.3-1信号输入连续LTI 系统 图3.3-1中，)(cos()()(000ωωωj H t j H A t y ∠+=)通过测量输入)(t x 、输出)(t y 的正弦波信号幅度，计算输入、输出的正弦波信号幅度比值，可以得到系统的幅频特性在0ω处的测量值)(0ωj H 。

改变0ω可以测出不同频率处的系统幅频特性。

四、实验目的与任务目的：使学生对系统的频率特性有深入了解。

任务：记录不同频率正弦波通过低通、带通滤波器的响应波形，测量其幅度，拟合出频率响应的幅度特性；分析两个滤波器的截止频率。

五、实验器材数字信号处理实验箱、信号与系统实验板的低通滤波器模块U11、高通滤波器模块U21、PC 机端信号与系统实验软件、＋5V 电源、连接线、计算机串口连接线 六、实验内容打开PC 机端软件SSP .EXE ，在下拉菜单“实验选择”中选择“实验三”；使用串口电缆连接计算机串口和实验箱串口，打开实验箱电源。

实验内容（一）、低通滤波器的幅频特性测量 实验步骤：1、信号选择：按实验箱键盘“3”选择“正弦波”，再按“＋”或“－”依次选择表3.1中一个频率。

2、连接接口区的“输入信号1”和“输出信号”，如图3.3-2所示。

点击SSP 软件界面上的按钮，观察输入正弦波。

将正弦波频率值和幅度)(ωj H )(t x )(t y值(Vpp/2, Vpp 为峰-峰值)记录于表3.3-1。

接口区输入信号1输入信号2输出信号采样信号备用备用图3.3-2观察输入正弦波的连线示意图3、按图3.3-3的模块连线示意图连接各模块。

接口区输入信号1输入信号2输出信号采样信号备用备用低通滤波器U11输入S11输出S12图3.3-3 实验三实验内容（一）模块连线示意图4、点击SSP 软件界面上的按钮，观察输入正弦波通过连续系统的响应波形；适当调整X 、Y 轴的分辨率可得到如图3.3-4所示的实验结果。

采样调理电路公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]3.4 A/D采样电路及信号调理电路对连续信号)x,按一定的时间间隔s T抽取相应的瞬时值（即通常所说的(t离散化），这个过程称为采样。

)x经过采样后转换为时间上离散的模拟信(t号)(sx，简称为采样信号。

s nT本系统中采集的模拟量主要是交流电压/电流（计算功率用）、整流输出直流电压/电流（用作脉冲调整）等交流量和直流量，此外加调理电路的作用是把采样信号进行硬件上的定标，变成DSP的A/D口可以识别的0~电平以内的信号。

3.4.1互感器电路原理及选型图电压互感器原理图如图，电流型电压互感器采用星格SPT204A（2mA/2mA）,R1是熔断电阻防止电流过大烧坏互感器，R2为限流电阻将电压信号转化为2mA电流信号，R3为压敏电阻起过电压保护作用，二次侧输出为2 mA电流信号送至采样模块。

5A输入 2.5mA输出图电流互感器原理图如图，电流互感器采用互感器采用星格SCT254AZ，将一次侧5A交流输入转化为输出送至采样板。

3.4.2交流电压/电流采样电路交流电压/电流采样电流采样信号来自同步变压器经霍尔电压/电流传感器的电压电流源。

为了更清楚的阐述采样电路的工作原理，首先需对电路中的重要器件LM358作简要说明：LM358内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。

它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

（1）交流电压采样电路整流器的输入是三相三线制，无中线，交流电压采集的是经过电流型电压互感器后的交流电流信号,以A相采样电路为例，如下图所示，输入电压经过放大电路电压跟随之后，叠加+的直流量，确保正弦电压的负半周上移到DSP能处理的单极性电压信号+电压范围之内：图交流采样电路Rd0为熔断电阻,防止电流过大；Rd1, Rd2为限流电阻，LM358作电压跟随。

在使用ADC芯片时，由于ADC的型号多样化，其性能各有局限性，所以为了使ADC能够适应现场需要以及满足后继电路的要求，必需对ADC的外围电路进行设计。

ADC外围电路的设计通常包括模拟电路、数字电路和电源电路的设计。

1 模拟电路的设计1．1 前置放大器电路的设计市场上除了少数的ADC本身带有放大电路外，多数ADC都不具备此结构，而一般模／数转换系统的模拟输入信号是比较小的，因此通常需要使用模拟放大器，来提升输入电压。

模拟放大器一般选用集成运算放大器、仪表放大器或隔离放大器等。

使用模拟放大器时要着重考虑放大器的带宽和精度，当选择运算放大器时，其带宽和精度都应当优于所选择的ADC。

模拟放大器不仅能放大模拟输入信号，而且还具有阻抗变化的作用。

对于输入电阻比较小的ADC，而信号源的内阻又比较大时，需要选用高输入阻抗、低输出阻抗的放大器，有时也可以加接电压跟随器，以提高输入阻抗，从而达到匹配的目的。

1．2 采样保持电路的设计采样保持电路可以使ADC转换器在转换期间保持电压不变，因此对于没有采样保持电路的ADC，必需在模拟输入之前加接采样保持电路。

在选用采样保持器时，要注重捕获时间和顶级率的选择，因为它们直接关系到模／数转换系统的整体性能。

捕获时间实质就是采样保持器的采样阶段所需的时间，它要与ADC的转换时间合理配合，过大则影响ADC的转换速率，过小则容易产生功能混乱或数据丢失等现象。

在ADC进行转换的过程中，采样保持电路进入保持阶段。

通常采样保持电路是靠电容来进行电压保持的，由于电容和采样开关中漏电流以及保持电路中偏置电流的影响，使保持的模拟电压随时间的延续而有所下降(或上升)，其下降的速率就是采样保持电路的顶级率。

顶级率过大就会影响转换精度。

顶级率和捕获时间不但与采样保持电路有关，而且还与外接的保持电容有关，增大电容时，可以减小顶级率，但捕获时间将增大，因此需要全面考虑。

对于模拟输入电压变化缓慢的系统，可以不使用采样保持电路，一般模拟输入电压变化不超过1／2LSB时，就可不用。

38计峰值检测电路：传感器输入信号的测量范围为1μV~10μV，10μV ~100μV，100μV ~1mV，1mV~10mV；设计程控放大器，利用程控放大器将传感器的输入信号放大为0~1.999V， 供A/D转换用；设计自动切换量程电路，完成各种量程的转换。

1、 设计方案峰值电流检测及保护电路通过检测流入电动机的电流来保护电机，在实际运行的基础上，给出了电动机过流保护的控制电路，并分析了相关的参数。

本课题的关键任务是检测峰值并使之保持稳定，且用数字显示峰值。

该方案用采样/保持峰值电路，通过数据所存控制电 路锁存峰值的数字量。

此方案的原理图如图1所示。

它由传感器、放大器、采样/保持、采样/保持控制电路、A/D（模数转换）、译码显示、数字锁存控制电路组成。

各组成部分的作用是：图 1 峰值检测系统原理框图（1）传感器：把被测信号量转换成电压量。

（2）放大器：将传感器输出的小信号放大，放大器的输出结果满足模数转换器的转换范围。

（3）采样/保持：对放大后的被测模拟量进行采样，并保持峰值。

（4）采样/保持控制电路:该电路通过控制信号实现对峰值采样，小于原峰值时，保持原峰值，大于原峰值时保持新的峰值。

（5）A/D转换：将模拟量转换成数字量。

（6）译码显示：完成峰值数字量的译码显示。

（7）数字锁存控制电路：对模拟转换的峰值数字量进行锁存 ，小于峰值的数字量不能锁存。

二 、主要参考元器件μA741，集成采样/保持器LF398或LF198，74121，MC1403，MC14433，CC4511，MC1413，LED数码管。

三 、单元电路设计、参数计算3.1放大电路由于输入信号为0～5mV，后边选用位A/D，数字表头显示为0000～1999，由于传感器输出1 mv等效于400kg，则5 mV等效于2000 kg，因而选用放大倍数A V=400倍的放大电路就能完成系统对信号放大的要求。

3.1.1选择电路放大电路种类很多，为将传感器输出的微弱信号进行放大，采用高精度数据放大器，如图2所示。

目录第一章绪论 (1)1.1课题的目的及意义 (1)1.2国内外热量表发展现状 (4)1.3研究内容以及总体方案 (7)第二章方案论证 (9)第三章硬件部分设计 (12)3.1主控制器介绍 (12)3.2单片机上的外设 (16)3.3热量表的硬件设计 (18)3.3.1主控制器设计 (18)3.3.2发射电路 (19)3.3.3接收电路 (20)3.3.4采样保持电路 (21)3.3.5电压比较电路 (22)3.3.6超声波流量计的抗干扰措施 (22)3.3.7噪声源分析 (23)3.3.8滤波电路 (23)3.4温度采样 (24)第四章软件设计 (25)4.1测量部分设计 (25)4.2显示和键盘 (34)第五章结论与展望 (36)致谢 (37)参考文献 (38)附录一硬件连线图 (40)附录二软件流程和硬件框图 (41)附录三源程序代码 (42)第一章绪论1.1 课题的目的及意义我国北方广大地区冬季供暖时间长,供暖锅炉数量大,设备普遍落后,每年要浪费大量的燃料,但供热效果用户并不满意,存在供热过度或不足的问题。

国家建设部编制的建筑技术策(1996～2010) 中提出,供暖通风空调设备要发展“用热按户计量控制装置”。

热费结算将普遍采用分户计量,按实际使用热量收费,它的实施可带来20 %～30 %的节能效果。

传统的热量仪表主要是机械式叶轮热量表,它有以下缺点:对水质要求高,通常要加装过滤装置;压力损失大,造成能量损失;机械部件易磨损,需要经常校表;使用寿命短等。

本文从热量测量的基本原理出发,结合供暖系统的技术指标,设计了一种新型的非接触智能超声波热量计。

它对水质要求低、不破坏流场、无压力损失、测量精度高。

该热量计还具有电池供电、寿命长、安装维护方便等优点。

我国目前供热系统对热量表选用的流量计提出了苛刻的要求。

目前欧洲的热量表已经趋向选用超声波流量，因为其精度高，对恶劣谁知有较好的应用性，其它进入我国的机械式热量表流量计大部分采用了无磁传感技术。