《电子技术》课程设计报告-数字式脉搏计设计与制作.doc

班级：电科1131 姓名： 学号：09 课题：数字式脉搏计设计与制作电子技术课程设计报告课题：数字式脉搏计设计与制作班级 电科1131 学号 1131207109学生姓名 专业 电子科学与技术 系别 电子信息工程学院 指导教师 电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院 电子与电气工程学院2015年6月一设计目的 (1)培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。(2)学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。(3)进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。(4)培养学生的创新能力。二设计要求1.电源+5v；2.测量1min的脉搏数，并显示其数字；3.有清零标志；4.主要单元电路和元器件参数计算、选择；5.画出总体电路图；6.安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，再通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；7.调试电路；8.电路性能指标测试；9提交格式的、上符合要求，内容完整的设计报告。三总体设计3.1 制作流程图放大整形计数传感器译码显示定时图1 设计总框图传感器的作用是将脉搏信号转化成微弱的电流或电压信号。放大整形电路将微弱的电流或电压信号通过运放放大几倍或几十倍再通过整形电路将信号整形成一定周期的方波信号。计数集成片通过感应方波信号的上升沿来计数，再通过译码电路显示。定时电路控制计数电路工作与否，从而起到对整个电路定时的作用。3.2 电路图脉搏信号通过压片电容转化成电信号通过lm324中的运放和外接电阻组成的放大电路放大，再经lm324中的运放和外接电阻、电容组成的整形电路整形成方波信号。cd4553的12脚则对方波信号中的下降沿敏感从而对方波信号即脉搏信号计数。cd4060在电路中起到定时作用。电源接通时，9和10脚之间的电容和电阻组成的rc震荡电路，其产生周期为t=2.2*r*c的方波。再通过3脚输到cd4553的11脚从而对cd4553的控制作用即定时作用。cd4553将lm324中7脚输出的方波信号计数再通过cd4511和led数码管显示出来。图2 数字式脉搏计电路图四单元电路设计4.1 波形的放大与整形4.1.1 波形放大电路波形的放大与整形是用lm324运放集成元件组成。lm324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为mc1741的静态电流的五分之一。共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“v+”、“v-”为正、负电源端，“vo”为输出端。两个信号输入端中，vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的位相反；vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端vo的信号与该输入端的相位相同。lm324的引脚排列见图3。 图 3 lm324引脚图放大器电压放大倍数av仅由外接电阻ri、rf决定：av=-rf/ri。在本设计中如图4的放大电路。 图4 lm324组成的放大电路根据虚短、虚断的概念：vp=vn,ip=in=0.vi=vp=r1/(r1+r2)vo从而可得到电压增益为：av=vo/vi=(r1+r2)/r1=1+(r2/r1)其中r1为可调电阻rv3。放大倍数即为电压增益。4.2 定时电路14位二进制计数器cd4060的计数脉冲由其内部振荡器和外接阻容元件rt、c组成的rc震荡电路产生。图5、6是cd4060的引脚图和定时电路图。图5 cd4060的引脚图图6 定时电路时基电路应产生一个方波定时脉冲，用来控制计数器cd4553的计数允许inh端，以便使计数器在定时脉冲宽度固定的时间内进行对脉搏电脉冲计数，固定时间为1min或30s。为得到精确的定时信号，采用振荡、分频的方法，在实验中选用cd4060组件来完成这种功能。为得到60s脉宽的定时信号，rc振荡器的输出脉冲需经214次分频得到，电路若如图3所示，则rc振荡器的脉冲的频率。当cd4060接成rc振荡器时，振荡频率f0与rc之间有近似关系：。电阻rt的值应大于1k，电容ct应大于或等于100pf。一般可先选定电容ct的容量，再根据上式估算出电阻rt的值。电阻rs是为了改善振荡器的稳定性，减少由于器件参数差异而引起的振荡周期的变化而接入的，rs的值应尽量大于rt，一般可取rs=10rt，此时振荡周期的变化可大大减小。为了得到准确的振荡频率值，实际上rt和rs均应采用电位器，以便调整。4.3 计数电路cd4553是三数字bcd计数器： 1-ds2，2-ds1，3-cextb，4-cexta，5-q3，6-q2， 7-q1，8-vss，9-q0，10-le，11-dis，12-clk， 13-mr，14-qf，15-ds3，16-vdd。计数器是脉搏测试系统的重要组成部分，若选用有选通脉冲输出控制的计数器，可使得电路设计中采取动态扫描显示方式，将大大简化电路，节省器件。此次实验采用cd4553作为计数器。cd4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。功能表如图所示表1 cd4553功能表输入输出rclinhle000不变000计数01不变010计数010不变00不变0锁存01锁存10q0=q1=q2=q3=04.4 显示和译码电路cd4511具有bcd转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的cmos电路能提供较大的拉电流。它本身由译码器和输出缓冲器组成，具有锁存、译码和驱动等功能，可直接驱动led显示器。1 _. y& d& c0 i& k. ?$ _用cd4511实现led与单片机的并行接口方法其功能介绍如下：! m: i- g%- _. bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。/ n9 k( j 2 s: x h lt：3脚是测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 3 u3 q4 i le：锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁a1、a2、a3、a4、为8421bcd码输入端。 7 f, d2 k( q4 e% u, x+ ua、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。2 h% r: # |8 n* pcd4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作图7 显示电路显示译码器cd4511是一个用于驱动共阴极 led （数码管）显示器的 bcd 码七段码译码器，特点如下：具有bcd转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的cmos电路能提供较大的拉电流。可直接驱动led显示器。cd4511引脚图c图8 cd4511引脚图bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。lt：3脚是测试输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。le：锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。a1、a2、a3、a4、为8421bcd码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。cd4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。表2 cd4511真值表lebiltdcbaabcdefg显示011111118010000000熄灭011000011111100011000101100001011001011011012011001111110013011010001100114011010110110115011011000111116011011111100007011100011111118011100111100119 0 1 1 101011110000000熄灭111 为le上跳前的bcd码决定锁存五元器件列表表3 元器件清单编号器件型号数量1集成块cd451112集成块cd455313集成块cd406014集成块lm3241516针插座46100uf电容17475pf电容1810pf电容19多用板110焊锡丝 若干 11导线若干 12开关 313510电阻 7 141k电阻 1 1510k电阻 6161.8k电阻117100k电阻418510k电阻3191m电阻120三位共阴数码管121压电片1六调试首先调试数码管能否正常工作，接通电源后三位led数码管能正常显示数值。按下清零按钮，数码管数值都为0，清零成功。用脉冲信号发生器的输出信号（理想方波）作为计数器的输入信号（加至cd4553的12引脚），从led数码管正常发光，并且数字跳动合理，置零按钮按下后数码管正常复位。然后测试放大整形电路部分是否正常工作，将压电片断开，用脉冲信号发生器的输出信号（低频正弦波）作为压电片输入信号，用示波器测试lm324的8脚（与cd4553的12脚断开）输出信号，测试结果为方波，则该部分正常工作。最后将所有线路上的元器件焊接好后，将压电片放在脉搏处，数码管的正常计数，则数字式脉搏计制作成功。七总结持续两周的课程设计给我很大的印象同时也给我许多帮助。我所做的数字式脉搏计设计与制作让我了解到各种器件并能够知道它们的用途。在老师的指导下，我也了解了仪器的调试与测试方法，并能够使用多用表来对器件进行测量。经过几天的焊接过程，不仅磨练了我的耐心，而且使我的焊接技术更加成熟。焊接脉搏计时不能心急，每条线都要理清 ，把整个电路分成几个板块按步骤来做，每一个板块结束之后，都进行调试。我要注意各个插孔的顺序，不能插反插乱，更不能焊反焊乱，最后要注意接地。在两周的设计与焊接过程中，我也发现了我的许多不足之处，对专业知识不能熟练的掌握，各个仪器的基本作用不了解。在焊接时，外形不够美观，焊接技术还