数字电子技术课程设计汇本.docx

数字电子技术课程设计汇本.docx

《数字电子技术课程设计汇本.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电子技术课程设计汇本.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

数字电子技术课程设计汇本

数字电子技术课程设计报告

指导教师：

XXX

班级：

XXX

学号：

XXX

：

XXX

理工大学本科课程设计任务书

设计题目

电子脉搏测试仪的设计

设计要求

1.通过基于红外线传感器的脉搏测试仪的实现，熟悉数字系统的一般设计、制作和调试方法，初步掌握大规模集成电路的应用方法和考前须知；

2.掌握常用数字集成电路〔555、计数器、译码器等〕的应用；

3.了解影响脉搏测试仪指标的根本因素。

主要技术指标

1.熟悉放大电路，经整形、滤波后得到方波信号；

2.设计门控电路的暂稳态时间为30秒；

3.设计译码、显示电路，记录被测心率。

工作容

1.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展计数，并设计译码电路将BCD码翻译成数码管的七段码。

2.设计驱动电路驱动三位数码管，显示半分钟心跳次数。

3.装配硬件电路并进展硬件测试、记录结果。

4.整理数据，撰写设计报告并上交。

工作方案

2019.1.8：

介绍设计题目，工作原理，设计要求,下发课程设计任务书；

2019.1.9：

设计出电路原理图，选择适宜的元器件并进展元器件测试；

2019.1.10：

根据所选元器件组装并焊接实际电路；

2019.1.15：

调试电路，排除故障，记录有关参数指标；

2019.1.16：

辩论，按要求整理数据，撰写设计报告。

设计报告要求

1.产品的技术指标、功能要求；

2.电子脉搏测试仪的原理〔框图〕；

3.单元电路〔门控、计数、译码〕的工作原理，包括重要芯片的介绍等；

4.电子脉搏测试仪的设计思路及原理图；调试的步骤和考前须知；

5.测量数据记录〔指导书P13〕；

6.设计过程问题总结与心得体会。

指导教师

签名

年月日

系主任签名：

年月日

1产品简介

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。

2红外线心率计工作原理

2.1红外线心率计的原理框图

整机电路由-10V电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。

图1红外线心率计的原理框图

2.2单元电路的工作原理

负电源变换电路

为简化实验的步骤，实验中直接用+12V、和-10V的电源代替负电源变换电路。

血液波动检测电路

实验中采用信号源发生器直接产生正弦波代替原来的血液波动检测电路。

放大、整形、滤波电路

放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进展放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。

其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3（b）所示。

IC2、IC3、IC4都为LM741。

图5　信号放大、整形电路

因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。

因此放大倍数设计在4000倍左右。

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、且放大了的波形。

放大后的波形是一个交流信号。

其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。

A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：

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V3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，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。

R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4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A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比拟器来工作的，是单电源供电。

当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反响心跳频率的方波信号。

门控电路

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定时器部电路及其电路功能如图6（a）、（b）所示。

555部电路由根本RS触发器FF、比拟器P1、P2和场效应管V1组成〔参见图6（a〕）。

当555部的P1反相输入端〔-〕的输入信号VR小于其同相输入端〔+〕的比拟电压VCO〔

〕时，P1输出高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当P2同相输入端〔+〕的输入信号

大于其反相输入端〔-〕的比拟电压VCO/2（1/3VDD）时，P2输出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=1。

是直接复位端，

，Q=0；MOS管V1是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电作用。

注意：

电压VCO可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用局部压器产生的电压，这时P2的比拟电压为VDD/3，不用时常接0.01μF电容到地以防干扰。

（a）555定时器部电路（b）555简化符号

图6555定时器部电路及其功能符号

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，电路如图7（a）所示。

（a）电路（b）工作波形

图7由555组成的门控电路

当接通电源的时候，+12V电源电压通过R15对电容C4进展充电，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〔参见图7（a）〕。

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。

当按下S1按钮时，2脚电压为0V，低于1/3电源电压。

555部CMP2输出高电平〔参见图6（a）〕,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，开场计数。

同时555场效应管截止，12V电压通过R17给C6充电，C6的电压逐渐增高，如图7（b）uC6波形。

当C6的电压充到2/3电源电压的时候，555CMP1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，计数器停顿计数；同时555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，定时完毕。

脉宽TW可根据下式计算：

式1-1

3位计数电路

由MC14553组成的3位计数电路对输入的方波进展计数，并把计数结果以BCD码的形式输出。

MC14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图8〔a〕所示，有四个BCD码输出端Q1～Q3，可分时输出三组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。

（a）MC14553（b）CD4543

图8集成电路引脚功能图

计数器MC14553真值表如下：

表2.1MC14553真值表

输入

输出

置零端〔13脚〕

时钟〔12脚〕

使能〔11脚〕

测试〔10〕

0

上升沿

0

0

不变

0

下降沿

0

0

计数

0

X

1

X

不变

0

1

上升沿

0

计数

0

1

下降沿

0

不变

0

0

X

X

不变

0

X

X

上升沿

锁存

0

X

X

1

锁存

1

X

X

0

Q0123=0

X=任意

计数器MC14553的DS1～DS3输出为方波，波形如图8所示。

当按下S1时〔参见图7（a〕），V5饱和导通，V5的C极为低电平，MC14553的11脚变为低电平，计数器开场对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进展计数，最大计数为999，计数结果以BCD码的形式从Q0～Q3输出。

11脚不管是高电平还是低电平，DS1～DS3始终是输出图9的方波。

当DS3是低电平的时候，个位显示器被选中，Q0～Q3输出个位要显示的数值；当DS2是低电平的时候，十位显示器被选中，Q0～Q3输出十位要显示的数值；当DS1是低电平的时候，百位显示器被选中，Q0～Q3输出百位要显示的数值。

图9DS1～DS3输出波形图

译码、驱动、显示电路

3位计数电路、译码、驱动、显示电路如图10所示，它的作用是把计数器输出的计数结果显示在3位数码管上。

译码器CD4543的引脚功能如图8〔b〕所示。

它有了四个输入端：

A、B、C、D，与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：

a～g。

译码器CD4543可以驱动共阴、共阳两种数码管，使用时，只要将PH引脚接高电平，即可驱动共阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。

显示采取动态扫描的方法，即每一时刻只有一个数码管被点亮，但是交替的频率非常快，由于人眼的视觉残留效应，人眼看到的就是静止的数字显示结果。

计数器送来的数据，经过CD4543翻译成7段字码后，接到数码管的7个笔画端，点亮相应的笔画段。

数码管采用共阳极的。

CD4543的真值表如下：

表2.2CD4543的真值表

输入

输出

LD

（1）

BI

（7）

PH

（6）

DCBA

abcdefg

显示

X

1

1

XXXX

1111111

黑屏

1

0

1

0000

0000001

0

1

0

1

0001

1001111

1

1

0

1

0010

0010010

2

1

0

1

0011

0000110

3

1

0

1

0100

1001100

4

1

0

1

0101

0100100

5

1

0

1

0110

0100000

6

1

0

1

0111

0001111

7

1

0

1

1000

0000000

8

1

0

1

1001

0000100

9

1

0

1

1010

1111111

黑屏

1

0

1

1011

1111111

黑屏

1

0

1

1100

1111111

黑屏

1

0

1

1101

1111111

黑屏

1

0

1

1110

1111111

黑屏

1

0

1

1111

1111111

黑屏

图103位计数、译码、驱动、显示电路

上图中：

IC6为MC14553；IC7为CD4543。

3红外线心率计调试

3.1红外线心率计的调试过程

放大、整形、滤波电路的调试

电路连接完毕后通电。

测量IC2、IC3的7脚、4脚对直流地的电压〔即运放的供电电压〕，应该为+12V、-10V左右。

测量IC4的7脚、4脚之间的电压，应该为+12V左右。

把食指放在传感器〔ON2152〕的探头上，适当调节压力。

V4应该会有节律的闪烁，闪烁的频率跟心跳的频率吻合。

此时，用示波器测量IC2的6脚波形，应