《模电数电综合实验》指导书.doc

《模电数电综合实验》指导书.doc模电数电综合实验
扌旨*
浙江理工大学
2012年1月
设计目的 1
设计要求 1
设计内容 1
设计指标 2
设计方案 2
时间安排 3
参考资料 4
报告格式 4
—.•没计目的
电子技术综合设计是综合应用模拟电子技术、数字电子技术、电子设计自动化(EDA) 技术进行电子系统的综合设计。本课程设计通过电子脉搏测试仪的设计，要求学生熟悉电 子系统设计的方法、步骤，包括参数计算、元器件选择、仿真、画原理图和印制电路板图、 焊接、模拟电路的调试、数字电路的调试，以及整机通调等。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。
设计要求
脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图测量的主要组成 部分。本次课程设计要求用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。
役计内彖
模拟电路的设计与仿真：模拟电路的任务是将心脏脉动信号转换成数字脉冲信号， 完成这个过程一般需包括检测电路、放大电路、滤波电路及整形电路。检测电路是选择合 适的传感器，将非电物理量转换成电信号，本设计中，需将心脏脉动信号转换成电信号。 由于检测电路输出的电信号比较微弱，必须加以放大，以达到整形电路所需的电压，一般 为几伏。放大倍数将由整形电路所需电压值与传感器输出电压值决定。滤波电路的作用是 把脉搏信号中的高频干扰信号去掉。经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号， 且有低频干扰，仍不满足计数器的要求，必须采用整形电路。
模拟电路的装配与调试：将设计好的放大电路、滤波电路、整形电路先后在实验平 台上装配与调试，即先装配与调试放大电路，调试时先不用检测电路的检测信号，可先用 20mVpp> 200Hz的正弦波信号作为输入信号。在确保放大电路正确的情况下，再继续装配 与调试滤波电路，在确保前两个电路正确的情况下，再继续装配与调试整形电路。在确保 以上三个模块电路完全正确的情况下，再把检测电路加上去进行调试。
数字电路的设计与仿真：数字电路的任务是对模块电路转换所得的数字脉冲信号 在30s内进行计数，并将计数所得结果用数码管显示出来。完成这个过程一般需包括定时 电路、计数电路、译码电路及显示电路。为了缩短测量心跳时间，本设计规定30s测量时 间，但要求显示1分种的心跳次数，因此需将测得的心跳次数乘2。定时电路提供30s定 时，当定时器开始定时，同时启动计数器计数，定时30s结束，关闭计数器。计数器的作 用是在30 s吋间内，对脉冲进行计数。译码电路是将计数所得的十进制BCD码译码成七 段数码管的驱动码，从而驱动数码管显示。
数字电路的装配与调试：仿照模拟电路的装配与调试步骤，将设计好的倍频电路、 定时电路、计数电路、译码电路及显示电路等数字模块电路先后在实验平台上装配、调试。 在调试数字电路时，可先用200Hz的方波信号作为输入信号。
电路焊接：将调试正确的模拟电路和数字电路焊接在标准板上。并用模拟电路的输 出方波作为数字电路的输入信号，进行联合调试。
撰写课程设计报告：详细格式见附件。

设计一个脉搏测试仪，要求实现在30s内测量lmin的脉搏数，并且显示其数字。 正常人脉搏数为60~80次/min,婴儿为90~100次/min,老人为100~150次/min。可自行设 计所需的直流电源，也可用实验室提供的直流电源。
设置指示电路指示直流电源的正常与否。
放大电路之后设置指示电路指示放大电路的正常与否。
放大电路放大倍数可调。
役计方案
脉搏测试仪电路的原理框图如图1所示，由传感器、放大、滤波、整形电路、倍频电 路、定时控制电路、计数译码显示电路组成。
图1脉搏测试仪电路的原理框图
信号检测：将脉搏跳动信号转换为与此信号相对应的电脉冲信号。实验室提供 TCRT5000红外光电传感器。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回 来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微 弱的电信号，并通过电容耦合到放大电路。红外光电传感器检测后的输出信号如图2所示。
图2红外光电传感器检测输出信号
放大电路：放大电路的设计方案比较多，建议采用基于集成运放的设计方案，并 使放大倍数可调。实验室提供通用型集成运算放大器
LM741o放大电路后最好设置一指示 电路，用发光二极管指示放大电路的工作是否正常。
滤波电路：滤波电路的设计方案也比较多，建设采用基于集成运放的设计方案。 实验室提供通用型集成运算放大器LM741。
整形电路：整形电路的设计方案同样比较多，建议采用电压比较器的设计方案， 因为可用已有的芯片LM