醫(yī)用滴速計 -電子系統(tǒng)課程設(shè)計[優(yōu)秀]

1、醫(yī)用滴速計 河北工程大學(xué)一、課程設(shè)計目的加強實踐,提高動手能力,將所學(xué)的理論知識與實際聯(lián)系起來,掌握電子應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程.(1)掌握醫(yī)用滴液速度計的工作原理;(2)熟悉電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計過程和硬件實現(xiàn)的方法;(3)熟悉數(shù)字電路中相關(guān)器件的用法功能;(4)要求能用相關(guān)器件檢測液滴,并對其進行計數(shù)和定時,從而實現(xiàn)速度的計算和顯示.二、課程設(shè)計正文2.1 總體論述2.1.1具體設(shè)計任務(wù);熟悉CD4098雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、CD4013、米C14518二/十進制同步加計數(shù)器、CD4012與非門、CD40103、CD4520、CD4001、4040、4553、4線-7段鎖存譯碼器/驅(qū)動器CC4511以及數(shù)碼

2、管LED的原理及其應(yīng)用;掌握三極管的使用方法;設(shè)計外部硬件電路;對硬件電路進行調(diào)試.2.1.2輸入要求;NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過米C14518芯片分頻,分別產(chǎn)生 10Hz和1000Hz的脈沖,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013芯片工作.2.1.3輸出要求;能夠?qū)崟r顯示滴速,定時時間一到4553立即鎖存.2.1.4性能指標(biāo);系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性,測試應(yīng)具有較高的精確度,能達到0.001s.2.1.5實際電路所能完成的功能:實際電路能夠測試液滴的滴速(單位:滴/分鐘),并且每兩滴即可測試出滴速,滴三滴數(shù)碼管顯示值就會刷新一次.本電路具有實時性好的優(yōu)點,但滴速有上限,即滴速不

3、能超過100滴/分鐘,若超過了就不能正確顯示.系統(tǒng)穩(wěn)定性較好但按鍵有一定的抖動.2.1.6理論電路所能完成的功能.理論電路能夠測試液滴的滴速(單位:滴/分鐘),并不是每過一分鐘數(shù)碼管的值才刷新一次,而是滴了三滴數(shù)碼管顯示值就會刷新一次,兩滴即可測試出滴速.本電路具有實時性好的優(yōu)點,但滴速有上限,即滴速不能超過100滴/分鐘,若超過了就不能正確顯示.CD4040計數(shù)周期600米s.假設(shè)已知滴速為v滴/分鐘(每滴的間隔為60/v秒),通過分析電路經(jīng)過600/(60/(0.1*v)運算結(jié)果正好就是v,所以此電路顯示的就是每分鐘的 滴速v. 2.2 方案選型2.2.1電路的總體方案根據(jù)設(shè)計要求,選擇電

4、路的總體方案如下,本系統(tǒng)分三個模塊分別是:時鐘輸入模塊、運算模塊和動態(tài)顯示模塊.醫(yī)用滴速計總體電路圖如圖1所示:圖1醫(yī)用滴速計總體電路圖本系統(tǒng)是測試液滴的滴速,即每60秒滴下的滴數(shù),而通過兩滴即可測試出液滴的滴速,第三滴滴下顯示刷新,為了調(diào)試方便,暫以按鍵代替?zhèn)鞲衅鳈z測液滴.上電后,通過對電容充電使CD4013復(fù)位完成系統(tǒng)初始化設(shè)置,系統(tǒng)檢測是否有上升沿,若沒有檢測到上升沿回到初始化狀態(tài),當(dāng)按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013-1芯片工作,4013-1芯片Q端輸出為高電平與米C14518芯片分頻產(chǎn)生 10Hz脈沖共同經(jīng)過4001產(chǎn)生上升沿以使門1打開門2關(guān)閉cd4520計數(shù)并為40103提供預(yù)置

5、數(shù).當(dāng)按鍵第二次按下后4013-1Q端輸出電平翻轉(zhuǎn),Q非端輸出電平由低變高,并且與通過米C14518芯片分頻產(chǎn)生 1000Hz脈沖共同經(jīng)過4001產(chǎn)生上升沿以使門2打開門1關(guān)閉時,cd4098-1的暫穩(wěn)態(tài)上升沿讓cd4040的R端翻轉(zhuǎn)為0,允許計數(shù),并在數(shù)碼管上顯示滴速,且讓cd4553鎖定鎖存器,當(dāng)按鍵第三次按下后4013-1Q端輸出電平翻轉(zhuǎn),Q端輸出電平由低變高開始第二次測速.否則顯示第一次的滴速.系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示:顯示最終計數(shù)結(jié)果開始初始狀態(tài)上升沿觸發(fā)輸入計數(shù)器1計數(shù)上升沿2次觸發(fā)否是計數(shù)器2減計數(shù)計數(shù)器3定時器開啟計數(shù)器4加計數(shù)計數(shù)器3定時截止否是圖2系統(tǒng)工作流程圖2.2.2各

6、單元電路方案及集成電路2.2.2.1時鐘輸入模塊NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過米C14518芯片分頻,分別產(chǎn)生 10Hz和1000Hz的脈沖,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013芯片工作.4013輸出分別與10Hz和1000Hz的脈沖共同作用通過4001產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)運算電路模塊工作,輸入及時鐘模塊電路如圖4所示:圖3輸入及時鐘模塊2.2.2.2運算模塊運算模塊是系統(tǒng)的核心部分,其模塊電路如圖4所示圖4 運算模塊2.2.2.3顯示模塊本系統(tǒng)中顯示模塊采用動態(tài)顯示,其模塊電路如圖5所示:圖5 顯示模塊2.3.3主要芯片介紹2.3.3.1 CD4013CD4013是一雙D觸發(fā)器,

7、由兩個相同的、相互獨立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成.每個觸發(fā)器有獨立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時鐘輸入和Q及Q輸出,此器件可用作移位寄存器,且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入,可用作寄存器和觸發(fā)器.在時鐘上升沿觸發(fā)時,加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端.置位和復(fù)位與時鐘無關(guān),而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成.真值表引腳圖如下:表1 CD4013真值表CL(Note 1)DRSQQ0000110010x00QQxx1001xx0110xx1111圖6 CD4013引腳圖2.3.3.2 CD4518CD4518是二、十進制(8421編碼)同步加計數(shù)器,內(nèi)含兩個單元的加計數(shù)器,其功能表如真值表所示.每單個單元有兩個時

8、鐘輸入端CLK和EN,可用時鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā).由表可知,若用EN信號下降沿觸發(fā),觸發(fā)信號由EN端輸入,CLK端置“0”;若用CLK信號上升沿觸發(fā),觸發(fā)信號由CLK端輸入,EN端置“1”.RESET端是清零端,RESET端置“1”時,計數(shù)器各段輸出端Q1Q4均為“0”,只有RESET端置“0”時,CD4518才開始計數(shù).CD4518采用并行進位方式,只要輸入一個時鐘脈沖,計數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1為1,Q4為0時,每輸入一個時鐘脈沖,計數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1=Q2=1時,每輸入一個時鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1時,每輸入一個時鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次.這樣

9、從初始狀態(tài)(“0”態(tài))開始計數(shù),每輸入10個時鐘脈沖,計數(shù)單元便自動恢復(fù)到“0”態(tài).若將第一個加計數(shù)器的輸出端Q4A作為第二個加計數(shù)器的輸入端ENB的時鐘脈沖信號,便可組成兩位8421編碼計數(shù)器,依次下去可以進行多位串行計數(shù).其真值表引腳圖如下:表2 CD4518真值表圖7 CD4518引腳圖2.3 電路工作原理系統(tǒng)上電后,電容C2相當(dāng)于短路,CD4013的復(fù)位端為高電平復(fù)位.充電完畢,C2相當(dāng)于斷路,CD4013開始工作.4013-1芯片的CLK端為高電平,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013-1芯片工作,且Q端輸出高電平與NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過CD4518芯片分頻產(chǎn)

10、生 10Hz脈沖共同經(jīng)過4001產(chǎn)生上升沿以使門1打開門2關(guān)閉,計算器1(CD4520)開始計脈沖數(shù),并將此數(shù)預(yù)置到計算器2(CD40103)中.當(dāng)按鍵第二次按下后CD4013-1輸出電平翻轉(zhuǎn),Q端輸出電平由高變低,Q非端輸出電平由低變高,并且與NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過CD4518芯片分頻產(chǎn)生 1000Hz脈沖共同經(jīng)過4001產(chǎn)生上升沿以使門2打開門1關(guān)閉時, CD4098-1的暫穩(wěn)態(tài)上升沿讓CD4040的R端翻轉(zhuǎn)為0,允許計數(shù),且讓cd4553鎖定鎖存器,此時暫穩(wěn)態(tài)的高電平讓cd4553的計數(shù)器部分清零.在CD4040計數(shù)未到600米s時CD4520的R復(fù)位輸入端為0

11、無效,仍然保持第一個時間段的計數(shù)值,總為CD40103提供預(yù)置數(shù)據(jù).CD4040和CD40103共用同一個時鐘源.在600個米s脈沖內(nèi)CD40103總在從開始的預(yù)置數(shù)減到零,每減到零時CO就出現(xiàn)一個負(fù)脈沖,CD4553就加1,CO共產(chǎn)生600/(60/v/0.1)次負(fù)脈沖.到600米s時CD4013-2的輸出翻轉(zhuǎn)會讓CD4040的R端翻轉(zhuǎn)為1,讓CD4040一直復(fù)位且CD4553的計數(shù)值進入其內(nèi)部鎖存器部分并顯示.這樣600米s以后CD40103的CO就會保持低電平,不會有脈沖變化了.CO產(chǎn)生600/(60/v/0.1)次負(fù)脈沖,數(shù)碼管就會顯示滴速.從而兩滴即可測得滴速,且當(dāng)?shù)谌蔚蜗聲r顯示刷

12、新即開始新的一次的測速.并且兩滴間隔越長,精度就越高2.4器件清單表3 器件清單電阻1k1個40132個電阻10k1個40012個電阻1007個45111個電阻3k3個共陰數(shù)碼管3個開關(guān)1個40981個電容3個40401個401031個40121個45201個45531個45182個PNP3個三、課程設(shè)計總結(jié)經(jīng)過兩個周的電子系統(tǒng)設(shè)計,完成了數(shù)字滴速記的設(shè)計和調(diào)試,從早期的系統(tǒng)需求分析到原理框圖和電路圖的繪制,到計算機仿真,為便于焊接調(diào)試,采取了PCB板的繪制,最后對照PCB圖進行焊接,由于用萬用版進行搭建電路,難免會有焊錯的地方,由于有圖紙進行對照很容易發(fā)現(xiàn)錯誤之處,還有計算機仿真作為理論結(jié)果的參考,大大加快了電路搭建的速度和質(zhì)量.通過本次課程設(shè)計學(xué)到了很多東西也遇到了較多問題.（1） 在焊接CD4511顯示部分的時候,我們通過仿真正確,在焊接完成后發(fā)現(xiàn)亂碼現(xiàn)象,肯定是段碼對應(yīng)不對,對照從網(wǎng)上下載到的手冊和老師給的資料檢查沒有錯誤,最后對照仿真圖,發(fā)現(xiàn)兩者引腳不一致,然后抱著試試看的心態(tài),按照仿真圖的引腳順序焊接了一遍,最后正確的數(shù)據(jù)出來了.（2） 由于連續(xù)焊接3個小時以上,難免有錯誤,導(dǎo)致電路最最關(guān)鍵的計算部分出錯,所有