一种基于单片机的峰值检波器

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。



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.