數(shù)顯脈搏測試儀課程設(shè)計報告

1、 電子電路課程設(shè)計報告院、 系： 信息工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 學(xué) 號： 姓 名： 同 組 人： 指導(dǎo)教師： 二0一一年一月七日目 錄一、課程設(shè)計實驗?zāi)康?二、課程實驗設(shè)計方案3三、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)3 4、 課程設(shè)計實驗器材35、 課程設(shè)計實驗原理4 （1）集成運放放大電路4 （2）555定時器原理及應(yīng)用介紹4 （3）計數(shù)器6 （4）譯碼器7 （5）七段數(shù)碼管9 （6）壓電陶瓷片10六、仿真調(diào)試與分析11七、元件安裝與焊接11八、課程設(shè)計實驗心得12 電子電路課程設(shè)計報告 脈搏測試儀是用來測量一個人心臟跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來測量頻率較低的小信號（傳感器輸

2、出電壓一般為幾個毫伏）。我們組選擇本課題設(shè)計項目，主要是感覺做一個難度相對比較高的課題既能鍛煉自己設(shè)計和動手的能力，而且成品又具有現(xiàn)實運用的價值，一舉兩得。一、課程設(shè)計實驗?zāi)康模? 通過對電子技術(shù)的綜合運用，使學(xué)到的理論知識相互融泄貫通，在認(rèn)識上產(chǎn)生一個飛躍。2初步掌握一般電子電路設(shè)計的方法，使學(xué)生得到一些工程設(shè)計的初步訓(xùn)練，并為以后的畢業(yè)設(shè)計奠定良好基礎(chǔ)。3培養(yǎng)同學(xué)自學(xué)能力，獨立分析問題、解決問題的能力。對設(shè)計中遇到的問題，通過獨立思考、查找工具書、參考文獻、尋求正確答案；對實驗中碰到的一些問題，能通過觀察、分析、判斷、改正、再實驗、再分析等基本方法去解決。4通過課程設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)，樹立嚴(yán)

3、肅認(rèn)真，文明仔細(xì)，實事求是的科學(xué)作用，樹立生產(chǎn)觀點，經(jīng)濟觀點和全局觀點。 為更好的運用所學(xué)的知識，加深對電子電路的掌握，達到創(chuàng)新的目的。通過實踐制作一個數(shù)字頻率計，學(xué)會合理的利用集成電子器件制作電路 二、課程實驗設(shè)計方案： 把轉(zhuǎn)換的為電信號的脈搏信號，在單位時間內(nèi)進行記數(shù)，并用數(shù)字顯示其記數(shù)值，從而直接得到每分鐘的脈搏數(shù)。三、設(shè)計要求及技術(shù)指標(biāo)它的基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電信號，并加以放大，整形和濾波。在短時間內(nèi)（15s)測出每分鐘的脈搏數(shù)。它的作用可以再15S內(nèi)測量1min的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。正常人脈搏為60-80次每分鐘，嬰兒為90-100次每分鐘，老人為100-150

4、次每分鐘。 要求： 1、實現(xiàn)在3060內(nèi)秒測量1分鐘的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。正常人脈搏數(shù)為6080次/min，小孩為90100次/min,老人為100150次/min.。 2、用傳感器將脈搏的跳動轉(zhuǎn)換為電壓信號，并加以放大整形和濾波。 3、測試誤差不小于2次/min。四、課程設(shè)計實驗器材： 電阻（共22個）： 357 ohm 14個 100 ohm 1個 100 kohm 1個 6.2 Mohm 1個 1 kohm 3個 8.2 Mohm 1個 10 Mohm 1個 電容： 6.8 uF 1個 1 uF 1個 按鍵開關(guān)： 2個 集成運放：LM324AJ 1個 施密特觸發(fā)器：7414N 1個

5、定時器： LM555 1個 計數(shù)器：74160 2個 譯碼器：4511BD 2個 共陰極七段數(shù)碼管： 2個 與門： 7408N/74LS08 1個 發(fā)光二極管：紅色，藍(lán)色各一個 壓電陶瓷片： 1個 電源盒：（4節(jié)5號電池） 1個 附帶：導(dǎo)線若干，烙鐵，焊錫，尖頭鉗五、課程設(shè)計實驗原理：（1）集成運放放大電路： 從已學(xué)過的電路知識可知，單級放大電路的基本要求是：放大倍數(shù)要足夠大，通頻帶要足夠?qū)?，波形失真要足夠小，電路溫度穩(wěn)定性要好，所以設(shè)計電路時，主要以上述指標(biāo)為依據(jù)。同相比例放大器是一個電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，它具有高輸入電阻，輸出電壓與輸入電壓同相等特點。是應(yīng)用較廣泛的基本電路組態(tài)之一，如圖

6、0所示。圖0 同相比例放大電路 1) 集成運放的選擇。在設(shè)計同相比例放大器時，對集成運放的選擇原則除考慮反相比例放大器設(shè)計中提出的各項要求外，還應(yīng)特別注意此時存在共橫輸入信號的問題，除要求集成運放的共模輸入電壓范圍必須大于實際的共模輸入信號幅值外，還要求有很高的共模抑制比。2） 反饋網(wǎng)絡(luò)元件的參數(shù)計算。最佳反饋電阻RfoP為RfoP=R1為R1=（2）555定時器原理及應(yīng)用介紹： 555 定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應(yīng)的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬

7、，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 圖1 555定時

8、器內(nèi)部方框圖 <555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖>555電路的工作原理 555電路的內(nèi)部電路方框圖如圖1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器A1同相比較端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。 A1和A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號輸入并超過時，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電，開關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電，開關(guān)管截止。Rd非是復(fù)位端，當(dāng)其為0時，555輸出低電平。平時該端開路或接VCC。V

9、c是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現(xiàn)對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01uf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路。555定時器應(yīng)用 555定時器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 圖2 555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器上圖2為由555定時器和外接定時元件R、C構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內(nèi)部放電開關(guān)管T導(dǎo)通，輸出端Vo輸出低電平，當(dāng)有一個外部負(fù)脈沖觸發(fā)信號加到Vi端。并使2端電位瞬時低于，低電平

10、比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個穩(wěn)態(tài)過程，電容C開始充電，Vc按指數(shù)規(guī)律增長。當(dāng)Vc充電到時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉(zhuǎn)，輸出Vo從高電平返回低電平，放電開關(guān)管T重新導(dǎo)通，電容C上的電荷很快經(jīng)放電開關(guān)管放電，暫態(tài)結(jié)束，恢復(fù)穩(wěn)定，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準(zhǔn)備。波形圖見圖3。圖3 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器波形圖 暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間Tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC 通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒和幾十分鐘之間變化。當(dāng)這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅(qū)動小型繼電器，并可采用復(fù)位端接地的方法來終止暫態(tài)，重新計時。此外需用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線

11、圈反電勢損壞內(nèi)部功率管。（3） 計數(shù)器：本實驗我們用到的是74160 ·用于快速計數(shù)的內(nèi)部超前進位 ·用于n 位級聯(lián)的進位輸出 ·同步可編程序 ·有置數(shù)控制線 ·二極管箝位輸入 ·直接清零 ·同步計數(shù) 本電路是由4 個主從觸發(fā)器和用作除2計數(shù)器及計數(shù)周期長度為除5的3位2進制計數(shù)器所用的附加選通所組成。有選通的零復(fù)位和置9輸入。為了利用本計數(shù)器的最大計數(shù)長度（十進制），可將B輸入同QA 輸出連接，輸入計數(shù)脈沖可加到輸入A上，此時輸出就如相應(yīng)的功能表上所要求的那樣。LS90可以獲得對稱的十分頻計數(shù)，辦法是將QD 輸出接到A輸入

12、端，并把輸入計數(shù)脈沖加到B輸入端，在QA輸出端處產(chǎn)生對稱的十分頻方波。74160引腳圖（4） 譯碼器：本實驗我們用到的是4511BDBCD七段顯示器譯碼器/譯碼器CD4511引腳圖及真值表IC CD4511 是一組用來作為BCD 對共陰極LED 七段顯示器譯碼的包裝。其引腳圖，圖1與真值表圖2所示，其各腳功能如下：LT：做燈泡測試用，當(dāng)LT=0，則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出abcdefg=1111111，使七段顯示器全亮，即顯示8，以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng)LT=1，則正常*。BI：空白輸入控制，當(dāng)BI=0 (LT 為1 時) 則不論DCBA 之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0，即七

13、段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成字型的系亂。LE：數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511 中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0 時(LT=1 且 BI=1)，DCBA 數(shù)據(jù)會被送入IC 的緩存器中保存，以供譯碼器碼；當(dāng)LE=1 時，則IC 中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在LE=0 時的DCBA數(shù)據(jù)供譯碼器譯碼。換句話說當(dāng)LE=1 時，不論DCBA 的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcdefg 仍保留原來在LE 由0 轉(zhuǎn)為1 以前的資料。 （圖一）（圖二）（5） 七段顯示器 簡單介紹 十進制加減計數(shù)器/鎖存/七段簡要說

14、明： 為十進制可逆計數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計數(shù)，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能。 計數(shù)器有 2個計數(shù)時鐘輸入端 CPU和 CPD分別用作加計數(shù)時鐘輸入和減計數(shù)時鐘輸入。由于電路內(nèi)部有一個時鐘信號預(yù)處理邏輯，因此當(dāng)一個時鐘輸入端計數(shù)工作時，另一個時鐘輸入端可以是任意狀態(tài)。 計數(shù)器的進位輸出 CO和借位輸出 BO一般為高電平，當(dāng)計數(shù)器從 09時， BO輸出負(fù)脈沖；從 90時 CO輸出負(fù)脈沖。在多片級聯(lián)時，只需要將 CO和 BO分別接至下級計數(shù)器的 CPU和 CPD端，就可組成多位計數(shù)器。引出端符號： BO 借位輸出端 CO 進位輸出端 CPD 減計數(shù)器時鐘輸入端 CPU 加

15、計數(shù)器時鐘輸入端 CR 清除端 /CT 計數(shù)允許端 /LE 鎖存器預(yù)置端 VDD正電源 Vss 地 Ya6g 鎖存譯碼輸出端推薦工作條件：電源電壓范圍3V18V 輸入電壓范圍0VVDD極限值：電源電壓.0.5V18V 輸入電壓0.5VVDD+0.5V輸入電流.±10mA 儲存穩(wěn)定6（6） 壓電陶瓷片的原理及應(yīng)用 當(dāng)電壓作用于壓電陶瓷時，就會隨電壓和頻率的變化產(chǎn)生機械變形。另一方面，當(dāng)振動壓電陶瓷時，則會產(chǎn)生一個電荷。利用這一原理，當(dāng)給由兩片壓電陶瓷或一片壓電陶瓷和一個金屬片構(gòu)成的振動器，所謂叫雙壓電晶片元件，施加一個電信號時，就會因彎曲振動發(fā)射出超聲波。相反，當(dāng)向雙壓電晶片元件施加超

16、聲振動時，就會產(chǎn)生一個電信號?；谝陨献饔?，便可以將壓電陶瓷用作超聲波傳感器。 壓電陶瓷片是一種電子發(fā)音元件，在兩片銅制圓形電極中間放入壓電陶瓷介質(zhì)材料，當(dāng)在兩片電極上面接通交流音頻信號時，壓電片會根據(jù)信號的大小頻率發(fā)生震動而產(chǎn)生相應(yīng)的聲音來。壓電陶瓷片由于結(jié)構(gòu)簡單造價低廉，被廣泛的應(yīng)用于電子電器方面如：玩具，發(fā)音電子表，電子儀器，電子鐘表，定時器等方面。超聲波電機就是利用相關(guān)的性質(zhì)制成的。（圖一）壓電陶瓷片的機械形變與輸出電壓的關(guān)系（圖二）壓電陶瓷工作的溫度與輸出電流的關(guān)系總設(shè)計電路圖如下：六、仿真調(diào)試與分析： 1、把壓電陶器片放到脈搏上，借以檢測硬件是否有連線錯誤，是否有斷路和虛焊。結(jié)果發(fā)

17、現(xiàn)有兩個數(shù)碼管不能顯示。斷開電源，仔細(xì)檢查線路，發(fā)現(xiàn)那兩個數(shù)碼管的位選端有斷線現(xiàn)象。用電烙鐵將其焊接好，通電再次檢查，顯示一切正常，顯示電路檢查完畢。2、進行總體調(diào)試：將程序燒寫到單片機內(nèi)，通電試機，發(fā)現(xiàn)時間走時很慢，大約8秒鐘秒單元才加一。斷定是1秒定時程序出錯。經(jīng)檢查修改程序后，重新測試，再次通電試機，1秒計時正常工作。接下來檢查調(diào)時功能，分別按下各功能鍵，觀看數(shù)碼管的顯示結(jié)果，當(dāng)在調(diào)整時鐘的分單元時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)減到59時就又變成調(diào)整小時單元了。再次檢查程序，在調(diào)時程序里有跳轉(zhuǎn)錯誤的地方，更正后再次測試，通電檢查調(diào)時功能，所有調(diào)時功能都實現(xiàn)了。最后就是測試。七、元件安裝與焊接：1）、實物連接制

18、作過程： 1. 根據(jù)我們的程序畫出電路圖，查找有關(guān)資料看我們所需元件是類型及作用原理； 2. 根據(jù)我們的電路圖向老師提交到我們所需的元件； 3. 根據(jù)元件的封裝來畫電路圖的PCB圖； 4. 根據(jù)所做的PCB圖確定電路板的大小，把PCB圖壓制到鍍銅板上；熱轉(zhuǎn)印好后放到腐蝕液里進行腐蝕； 5.把腐蝕好的板洗干凈進行鉆孔，完成后把元件依次安裝到板上； 2）、焊接： 準(zhǔn)備施焊；加熱焊件；送入焊絲；焊接元件。在焊接過程中要注意假焊，虛焊，焊接不規(guī)則等等問題，盡量避免不必要的錯誤。器件安裝焊接完后，就要焊接電線，一定要保證連接端口的正確連接，管腳的位置及所代表的含義不能搞錯，這樣才能避免電路板出現(xiàn)問題。

19、3）、進行實物調(diào)試。關(guān)鍵看定時器是不是定時延時和數(shù)碼管顯示變化。 八、課程設(shè)計實驗心得： 這次課程設(shè)計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。課程設(shè)計和平時作業(yè)題是有區(qū)別的，作業(yè)題是為了加深對課堂所講知識的理解，它內(nèi)容較窄、訓(xùn)練第一，且是經(jīng)過抽象加工后給出的理想化的條件，因而有唯一答案，而課程設(shè)計是實際的電路裝置，它涉及的知識面廣，需要綜合運用所學(xué)的知識，它一般沒有固定的答案、需要從實際出發(fā)、通過調(diào)查研究，查尋資料、方案比較及設(shè)計、計算等環(huán)節(jié)，才能得到一個較理想的設(shè)計方案，更重要的是，它不光是停留在理論設(shè)計和書面答案上，而要做出符合設(shè)計要求的實際電路。所以說，課程設(shè)計是一門知識的應(yīng)用、綜合、智

20、力開發(fā)創(chuàng)新、工程技能訓(xùn)練、理論性和實際性極強的課程。 在設(shè)計過程中，經(jīng)常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，開始的時候我們就是做其他的，但是在畫電路圖的時候，我們還是換了一個就是現(xiàn)在的這個。我在做課程設(shè)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。查閱了很多有關(guān)的資料，平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘

21、了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。所以這個期末測試之后的課程設(shè)計對我們的作用是非常大的。 總體來說，本次試驗使我們受益匪淺，在摸索該如何設(shè)計電路是之實現(xiàn)所需功能的過程中，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實際操作能力，我們都覺得以后更要加強這方面的設(shè)計，提高自己的能力。通過設(shè)計我們知到書本上的知識有了用武之地，這鞏固了和深化了自己的知識結(jié)構(gòu)。這次實習(xí)恰恰給了我們提供了一個應(yīng)用所學(xué)知識的機會。 從到圖書館館查資料到對電路的設(shè)計和定位再到最后的成型，都對我們所學(xué)的知識進行了檢驗，設(shè)計成功電路圖我們欣喜若狂，仿真成功我們感慨萬千，最后成品問世我們激動不已。 通過實習(xí)，我才真正領(lǐng)略到“艱苦奮斗”這一詞的真正含義，我才意識到老一輩電子設(shè)計為我們的社會付出。我想說，設(shè)計確實有些辛苦，但苦中也有樂，在如今單一的理論學(xué)習(xí)中，很少有機會能有實踐的機會，但我們可以，而且設(shè)計也是一個團隊的任務(wù)，一起的工作可以讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里3年的相處還趕不上這十來天的合作，雖然