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电子技术课程设计报告.docx

发布时间：2022-06-16 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.18M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    电子技术课程设计报告 专业班级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2020 年 6 月 18 日 - 0 -
    目 录 一 ． 设 计 目 的……………………………………………………………………… 二 ． 设 计 要 求……………………………………………………………………… 三 ． 设 计 指 标……………………………………………………………………… 四 ． 设 计 框 图 及 整 机 概 述………………………………………………………… 五 ． 各 单 元 电 路 的 设 计 及 仿 真…………………………………………………… 1 ． 检 测 电 路………………………………………………………………… 2 ． 放 大 电 路………………………………………………………………… 3 ． 滤 波 电 路………………………………………………………………… 4 ． 整 形 电 路………………………………………………………………… 5 ． 定 时 电 路………………………………………………………………… 6 ． 计 数 电 路………………………………………………………………… 7 ． 译 码 电 路………………………………………………………………… 8 ． 显 示 电 路………………………………………………………………… 六 ． 电 路 装 配 、 调 试 与 结 果 分 析………………………………………………… 七 ． 设 计 、 装 配 及 调 试 中 的 体 会………………………………………………… 八．附 录（包括整机逻辑电 路图和元器件清单）……………………………… 九 ． 参 考 资 料……………………………………………………… …….. ……… I
    一．设计目的 电子技术课程设计是综合应用模拟电子技术、数字电子技术、电子设计自动化（EDA） 技术进行电子系统的综合设计。本课程设计通过电子脉搏测试仪的设计，要求学生熟悉电 子系统设计的方法、步骤，包括参数计算、元器件选择、仿真、画原理图和印制电路板图、 焊接、模拟电路的调试、数字电路的调试，以及整机通调等。 红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动,由计数器计 算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍 数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以使学 生掌握常用模拟、数字集成电路(运算放大器、非门、555 定时器、计数器、译码器等)的应 用。 二．设计要求 脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图测量的主要组成 部分。本次课程设计要求用红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计 算出每分钟波动的次数 2、设置指示电路指示直流电源的正常和否。 3、放大电路之后设置指示电路指示放大电路的正常和否。 4、放大电路放大倍数可调。 5、整形电路输出的方波占空比可调。 三．设计指标 通过放大、整形电路的设计，实现模拟信号到数字信号（方波）的转换。用 555 芯片 设计半分钟定时器，同时设计三位计数电路对方波信号进行计数，并设计译码电路将 BCD 码翻译成数码管的七段码。设计驱动电路驱动三位数码管显示半分钟心跳次数。 四．设计框图及整机概述 1
    图 1 原理框图 整机电路由-10V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整型滤波电路、三位计数电 路、门控电路、译码驱动显示电路组成。信号由检测电路进入系统，经过放大、整型、滤 波，进入三位计数器，同时由 555 计时器组成的门控电路的时间信号进入计数器，由数码 管显示脉搏数。 五．各单元电路的设计 1．检测电路 血液波动检测电路首先通过红外光电传感器（TCRT5000）把血液中波动的成分检测 出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。TCRT5000 是集红外线发射管、接收管为 一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的的红外线穿过 动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管 把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过 C1 耦合到放大器。 图 2 血液波动检测电路 2 （1） Av=vovi
    2．放大电路 放大、滤波、整形电路是把传感器监测到的微弱电信号进行放大、滤波及整形，最后输出 反映心跳频率的方波，其电路如图 3 所示 图 3 放大、滤波、整形电路 其中 LM741 为高精度单运放电路。由于传感器传输来的信号幅度只有 2-5mV,要放大到 10V 左右才能作为计数器的输入脉冲。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放 大、反相后的波形是跟输入波形同相且放大了的交流信号波形。其中 U1、U2 的供电方式 是正、负电源供电，电源为+12V、-10V，其构成的二级放大电路放大倍数 A 的计算公式 如下=43×86≅4000 (2) 图四 放大电路 3
    R9、VD4 组成传感器工作指示电路，当传感器收到心跳信号时，VD4 就会按心跳的强度而 改变亮度，因此 VD4 正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入 U3 的同 相输入端，反相输入端接一个固定的电平，U3 作为一个电压比较器来工作，单电源供电， 供电电源为+12V。当 U3 的 3 引脚电压高于 2 引脚电压时，6 引脚输出高电平；3 引脚电压 低于 2 引脚电压时，6 引脚输出低电平。因此 U3 输出一个反应心跳频率的方波信号。 3．滤波电路 由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号，所以 经过 VD3 检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到 RC 两阶滤波电路， 滤除放大后的干扰信号。如图五所示。 图五 滤波电路 4．整形电路 如图六所示，直流脉冲信号滤波后送入 U3 的同相输入端，反相输入端接一个固定的 电平，U3 是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当 U3 的 3 脚电压高于 2 脚电 压的时候，6 脚输出高电平；当 U3 的 3 脚电压低于 2 脚电压的时候，6 脚输出低电平，所 以 U3 输出一个反应心跳频率的方波信号。 4
    5．定时电路 图六 整形电路 555 定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳 态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555 定时器在工业控制、定时、检测、 报警等方面有广泛应用。 555 内部电路由基本 RS 触发器 FF、比较器 COMP1、COMP2 和场效应管 V1 组成（参见图 8(a）)。当 555 内部的 COMP1 反相输入端（-）的输入信号 VR 小于其同相输入端（+）的比 较电压 VCO（ Vco  2 V 3 DD ）时，COMP1 输出高电位，置触发器 FF 为低电平，即 Q=0；当 COMP2 同相输入端（+）的输入信号 SV 大于其反相输入端（-）的比较电压 VCO/2(1/3VDD)时，COMP2 输出高电位，置触发器 FF 为高电平，即 Q=1。 DR 是直接复位端， R D  ，Q=0；MOS 管 V1 0 是单稳态等定时电路时，供定时电容 C 对地放电作用。 图八（a）555 定时器门控电路 图八（b）555 简化符号 5
    555 定时器内部电路及其电路功能如图七(a)、(b)所示。 注意：电压 VCO 可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压， 这时 COMP2 的比较电压为 VDD/3，不用时常接 0.01μF 电容到地以防干扰。 由 555 接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测 量的时间。 ① 当接通电源的时候，+12V 电源电压通过 R15 对电容 C4 进行充电，2 脚的电压马上变 成 12V（“1”电平），触发器 FF 被置“0”， 即 555 的 3 脚输出“0”电平。V6 截止，V6 的 C 极为高电位，所以计数器 MC14553 不计数，此时 V5 不亮。 ② 当按下 S1 按钮时，2 脚电压为 0V，低于 1/3 电源电压。555 内部 CMP2 输出高电平, 触发器 FF 被置“1”，即 3 脚输出“1”电平，V6 饱和导通，V5 发光，V6 集电极输出低电平， 使计数器 MC14553 清零，开始计数。同时 555 内场效应管截止，12V 电压通过 R17 给 C6 充电， C6 的电压逐渐增高。 ③ 当 C6 的电压充到 2/3 电源电压的时候，555 内 CMP1 输出高电平，触发器置“0”，3 脚输出低电平，V6 集电极输出高电平，因此计数器 MC14553 的 11 脚变为高电平，计数器停 止计数；同时 555 内场效应管导通，电容 C6 通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的 状态，定时结束。 脉宽 TW 可根据下式计算： =176 −23=1763=1.1176 （3） 6．计数电路 由 MC14553 组成的 3 位计数电路对输入的方波进行计数，并把计数结果以 BCD 码的形 式输出。 MC14553 为 16 引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图九（a）所示，有 4 个 BCD 码输出端 Q1~Q3，可分别输出三组 BCD 码；有三个分时同步控制信号 DS1～DS3，为计数器 的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控制端低电平有效。计数 电路包含了计数和输出驱动电路。 6
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