电子技术课程设计报告模板(一)

1、王孙希或大学电子技术课程设计学生姓名史宇洛学号11专业年级通信工程16级班级通信工程1班指导教师赵子龙刘备学院机电工程学院2017年07月10日基本情况设计项目心电信号测试系统的设计与制作设计时间7月3日至7月8日设计地点成栋楼811电子技术课程设计是在学习了电路、模拟和数字电子技术课程之后，对课程进行一次综合训练的一个重要实践教学环节。学生运用已学的理论知识，通过学习EDA辅助设计软件，经过选题、查阅资料、设计、测试电路，最终用硬件电路验证设计的正确性。通过设计、全过程的训练，使学生巩固和加紧对所学知识的理解。初步掌握用Multisim软件进行仿真设计的方法和步骤，并初步掌握组合逻辑电路、时

2、序逻辑电路的设计、调试的方法。为今后从事电子电路的设计、电子产品的开发研制打下一定的基础，是电子技术人才培养的必由之路o设 计 任 务设计要求及技术指标本设计以电路、模拟和数字电子技术课程中所涉及到的电子信息系统预处理中所用的仪表用放大器、集成运算放大电路、有源滤波电路、门电路、脉冲波形整形电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路和可编程逻辑器件为基础，对心电信号测试系统进行独立设计。(1)设计心率测量范围为50200次/分；(2)设计一数据放大器，将10mV左右的心电信号不失真地放大为4V;(3)设计一个50Hz的陷波器(即带阻滤波器)，滤除混人心电信号的50Hz工频干扰；(4)设计一个脉冲电路，实

3、现将模拟心电信号的波形整形功能；(5)设计一个倍频电路，实现数字心电信号的频率变换功能。1系统设计方案根据设计任务要求，首先采用放大器将微弱的心电信号放大，为了滤除50Hz工频干扰，在信号放大通道中嵌入50Hz陷波器。并对放大、滤波后大约为4V左右的信号进行测量心率。所以该系统包含信号调理电路与心率测量及显示电路两个模块，总体框图如图2-8所示。前置放大器 主大器 一 50Hz陷波器一整形电路PLL倍频电路信号调理电路心率测量 及显示心电信号处理系统组成框图2-9所示。心电信号计数器采用根据以上思想，采用常用的元器件，构成一个较为详细的框图，如图74160三片十进制计数器，并采用两片八D触发器

4、74LS374作为计数状态锁存器，保证LED显示器能稳定显示。译码驱动电路采用三片74LS47,数码管采用共阳极七段LED显示器BS20&该电路在本设计中采用,由CPL皱计的频率测量模块。3X 74LS47NE555CD40463X 74LS1602X 74LS3742信号调理电路设计前置放大器的设计根据设计任务要求，首先采用放大器将微弱的心电信号放大，为了滤除50Hz工频干扰,在信号放大通道中嵌入50Hz陷波器。并对放大、滤波后大约为4V左右的信号进行测量心率。所以该系统包含信号调理电路与心率测量及显示电路两个模块，总体框图如图2-8所示。信号调理电路前置放大器心电信号主大器50Hz陷波器整

5、形电路PLL倍频电路心率测量及显示图2-8心电信号处理系统组成框图根据以上思想，采用常用的元器件，构成一个较为详细的框图，如图2-9所示。心电信号计数器采用74160三片十进制计数器，并采用两片八D触发器74LS374作为计数状态锁存器，保证LED显示器能稳定显示。译码驱动电路采用三片74LS47,数码管采用共阳极七段LED显示器BS206该电路在本设计中采用，由CPLDK计的频率测量模块。心电信号NE555CD40463X 74LS160fs+ N锁存器译码器1fc-显示器2X 74LS3743X 74LS47主放大器的设计如前所述，分配给主大器的增益为40,其电路采用最普通的同相比例放大器

6、，如图3-5所示。放大器增益为：AUclt).R2RP2Au1Ui(t)Ri设计要求最小增益为21倍，最大增益为41倍。图3-5主放大器电路50Hz陷波器的设计心电信号测量过程中，比较容易受50Hz的工频干扰，如图3-6所示。所以在信号通道中,最好插人50Hz陷波器，以抑制干扰的影响。图3-6受50Hz工频干扰的心电信号陷波器即带阻滤波器一般有两种形式，二种是由双T网络和运放组成，另一种是由带通滤波器和相加器组成。双T网络和运放组成带阻滤波器通过引入正反馈提高砚，但是它存在调谐不方便的缺点，须严格控制元件的参数，以确保足够的调谐精度和合理的陷波深度，采用1麻度误差的元件参数，在陷波频率点大约可

7、以获得-40-60dB的陷波能力。多路反馈有源二阶带通滤波器（MFBP主要特点是元器件的数量少，由于存在很强的负反馈，Q值对元件变化的灵敏度较低，故可工作在高Q值的情况下。因此本设计选用由带通滤波器和相加器组成带阻滤波器，电路如图3-7所示，其中A1为带通滤波器，A2为相加器。输入电阻被分为R和R两个电阻，形成一个分压器，使得电路的增益和中心频率可以被控制。MFB帝通滤波器可以，允许对Q值、Au和fo进行独立调节，而且带宽和增益因子与R无关，因此，R可以用来调节中心频率和增益Au,而不会影响带宽2f0.7o带通滤波器的传递函数为:得频率特性方程为其幅频特性为Au(BP)(S)U 01Ui(s)

8、AU(BP)( j)Au(BP)( )SRC_2_ _ _ 2S R4R5C 2SR4C (1U0UiAo1 jQ( 0)0A01 Q2(一0)2其相频特性为arctanQ(一一0)0式中，谐振增益为R6c2R(1/)C3中心频率RC2c3（瓦R5）fo2RC2c3品质因数通频带f0.7Qo右取C1C2C则上式可简化为A0R2R4联立得，QofoR3c,因此通频带可表示为2fo.7foQo电路参数估算步骤如下:R6R41ECfo2fo.7QofoCR62AoRAo2Qo2A根据设计要求，取f050Hz,2f0.74Hz,增益Au1,并设R=2R,C0.22F试估算电路参数。MFBP&真电路形式

9、如图3-8所示，仿真电路波形如图3-9所示，带通幅频特性如图3-10所示。XSC17图3-8MFBP仿真电路图3-9MFBP仿真电路波形图3-10MFBP仿真电路带通幅频特性带阻滤波器的传递函数Au(BR)为:Au(BR)Uo(s)R7R6(1Au(BP)50Hz陷波器仿真电路波形如图3-11所示,仿真电路波形如图3-12所示，带阻幅频特性如图3-13所示。XSC1XBP1图3-1150Hz陷波器仿真电路图3-1250Hz陷波器仿真电路波形图3-1350Hz陷波器仿真电路带阻幅频特性脉冲整形电路的设计在数字电路中，常常需要各种脉冲波形，这些脉冲波形的获取方法主要有两种：一种是通过整形电路对已有

10、的非脉冲波形进行变换获取；另一种则是利用脉冲信号产生器(即多谐振荡器)直接获取。在脉冲整形电路中，最常用的两类整形电路是施密特触发器(SchmittTrigger)和单稳态触发器电路。施密特触发器主要用于将变化缓慢的或快速变化的非矩形脉冲变换成上升沿和下降沿都变得陡峭的矩形脉冲，而单稳态触发器则是主要用以宽度不符合要求的脉冲变换成符合要求的矩形脉冲。施密特触发器由于施密特触发器具有滞回特性，所以可用于抗干扰。图3-14用施密特触发器对脉冲整形555定时器是一种将模拟和数字电路结合的多用途单片集成电路，只要其外部配接少量阻容元件就可以构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器等。555定时器由3

11、个阻值为5kQ的电阻组成的分压器、两个电压比较器A1和A2、基本RS触发器、放电三极管T1和缓冲反相器N1组成，如图3-15所示，功能表如表3-1所示。8Vet4MR1Ghffl图3-15555定时器功能框图表3-1555定时器功能表输入输出功潴高触度端TH也触发耶TKOUT巧放,电管叮0XX0外逋接凌清10伊通餐口L亭匚1槛止较110以。Rl5、Re、G组成RC低通滤波器。适当减小G的容量可提高fomax值，但G不得小于20pF,以免VCO9充电不足而停振。适当增大的容量可减低fomin值。G的容量不能太小，否则当R14一时fom.降不到零，而是维持几十至上百赫兹的低频振荡。其原因是VCO勺

12、控制电压Vd的波形中伴有低频自激振荡，致使VCOfe控。这时只需要增大G的容量，Vd恢复平滑变化的直流电压，即可滤除低频干扰。第5脚是VCO勺禁止端，当第5脚置“1”时，VCO?止工作，置“0”时，VCOT作。输人信号加到锁相环鉴相器的一个输人端（14脚），VCC输出经N分频后的信号频率为f0/N,并加到鉴相器另一个输人端。第4脚是VCO勺输出端。fi143f0/N13R151L_h4f0=NfiPD2R1VCO12911C6TR17R1C5JOJ+N图3-19CD4046锁相倍频电路CD4046勺详细工作原理比较复杂，下面仅对所用到的外部使用功能作描述，并结合图4-19VCOft不同参数下的

13、特性，介绍其外围元件参数的设计VCO勺自由振荡频率设计（R3、R14、G等元件的选择）应使fo/N与fi之差落在锁相环的捕捉范围之内，否则会失锁。设VDD=5Vfi（平均）=80次/分=，最小为fmin=50次/分=，fimax=150次/分=。100倍频后，压控振荡器VCO俞出频率f=100fi（平均）=,fomin=,fomaX=100X=250H%根据fomin和foma来确定VCO勺定时元件R3、RUG。最低查曲线如图5-21所示，得fomax时，R2ro,C5=1pF。选R3=20kQ。环路滤波器由R15、R6、C6组成，一般取R3=470kQ,R4=47kQ,C2=220nFVCC

14、51G IN7R15U.l时T图3-20 CD4046 VCO在不同参数下的特性（a）C1、R2 与 f omin 的关系 （b） fomax/fomin 与 R2/R1 的关系HI8 IK网依CIACtB-3COMP IN,4YCOOrPH COMP1OU： 4rPH COMP2 OU1; 平PE叩母二l油Oi03R1320 KR2 NlGNUVCO INDMIXIU： XINX-坐R|点I懈图3-21锁相倍频电路100分频电路采用双BCDW步加计数器CD4518在一个封装中含有两个相同的二/十进制计数器，引脚功能如下：1CR2CP时钟输入端；1CR2CR消除端;1EN2EN计数允许控制端；

15、1Qg1Q03计数器/出端；2Qg2Q03计数器输出端，其电路如图4-22所示。CD4518制功能：CD4518W两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端为高电平“1”，若用时钟下降沿触发，信号由EN输入，此时，CP端为低电平“0”，同时复位端Cr也保持低电平“0”，只有满足了这些条件，电路才会处于计数状态，否则不能工作。将数片CD4518用行级联时，经管每片CD451昭并行计数，但就整体而言已变成串行计数了。需要指出，CD451昧设置进位端，但可以利用Q4做输出端。若将第一级的Q4端接到第二级的CP端，结果发现计数变成“缝八进一”了，原因在于Q4是在CP作用下

16、产生正跳变的，其下降沿不能进位脉冲，只是其下降沿才是“缝十进一”的进位信号。正确的接法应是将低位的Q4端接高位的EN端，高位计数器的CP端接VSS仿真电路如图3-21,波形图3-23所示。图3-22锁相倍频电路仿真电路图3-23锁相倍频电路仿真波形I hl lll i3装配与调试信号调理电路装配按照计算机仿真已达到的指标的电路，分别在万能板上完成信号调理电路、整形电路和倍频电路的焊接与装配。图4-1元器件面布局效果图w-aqqz * 骷K *？， :.咒 安0 ssa.I gwaQeslogr.,. 暗bdblj JQO心 口。fj * 即SJs巴 W loMMm 2Jsz送皿OQJomow口

17、 ESJtppg:。GQ。 W-DE E;3:s溶。口 o WE -wwg HMGGaMomF 4q_0-9 - F T T I I。巨苫 n口 器鹃精强g塔。* am 熊需需差莪迨 fJSi:ss*=MLtii :J222皿口。ow Ju , 一rrrE ，:2于，J* rm潟迷:鬻翁多 要考再算鼠患一4H4nLt C 0电- QgQ 力力/口疗 矽。官工 口20g(2 .*QQog 100口 gn 2 lrosQ 匕二 *。4鼻。心门口办口。,AS-4X0S sdEMIQ*f+toT9向帛 alntMa: S一口00/0。苫打门广；0|-1|,|-nmoopicdG。， MNIC-CC 由

18、中小0aDc-oLF.OIJ0占，。-aqIJ (ggQC QIQM-W GQ0QM odolQQ unsD 口 - 0,OQCa nd on k _- i-. dr.l 0史 8。3 0口 ,2 -0E 口FhJ o口门：百DUassss$SS3W 总费，c$:n 0-9vad * 黑一耳工魏ILig整翳电路调试检查电路连接无误后，加信号源测试。前置放大器与主放大器的调试前置放大器输出电压U01m=224mVt大彳数Au1=主放大器输出电压U02m=放大彳音数Au2二上述参数均在设计要求范围内且两级放大器的输出电压U0m=放大倍数Au=216满足U0m=U02mAu=Au1Au250Hz陷波器的调试中频频率f0=此时峰峰值达到最大同频带上限频率为下限频率为此时峰峰值均为最大值的倍则同频带宽为MFB律曾益Au=并且反相脉冲整形电路的调试输出信号波形是矩形波输出信号频率f0=200Hz输出信号正脉宽=负脉宽=占空比=50%倍频电路的调试用双踪示波器同时观察CD4046第14脚和第4脚输入和输出波形，并记录波形、幅度、频率和脉宽等参数。3装配与调试系统联调调整低频信号发生输出频率为2Hz,峰值为10mV勺正弦波份g拟心率