《模电数电综合实验》指导书文档格式.docx
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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。
二.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。
三.设计内容
1.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。
2.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。
3．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30ｓ时间内，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。
4．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。
5.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。
6．撰写课程设计报告：
详细格式见附件。
四.设计指标
1.设计一个脉搏测试仪，要求实现在30s内测量1min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。
2.设置指示电路指示直流电源的正常与否。
3.放大电路之后设置指示电路指示放大电路的正常与否。
4.放大电路放大倍数可调。
五.设计方案
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。
检测
图1脉搏测试仪电路的原理框图
1．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
2．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LM741。
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。
3．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。
4．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LM741构建电路。
5．定时控制电路：
产生30s的定时控制信号，控制计数器的开始与结束。
实验室提供555芯片。
6．计数、译码、显示电路：
因为人的脉搏数最高在200次/min以内，因此需要3位十进制计数器，实现计数和译码的方案有很多，可以采用计数器芯片+译码器芯片实现，也可以采用集计数和译码功能为一体的芯片实现，实验室提供CD4543，MC14553等芯片及七段数码。
六.时间安排
第2~3周：
理论讲授课程设计目的、要求、指标等；
学生查阅资料、方案选择；
仿真软件的学习；
第5~6周：
模拟电路的设计与仿真，包括检测、放大、滤波、整形电路；
第7~8周：
数字电路的设计与仿真，包括定时、计数、译码、显示电路；
第9~11周：
检测、放大、滤波、整形电路的装配、调试；
第12~13周：
倍频、定时、计数、译码、显示电路的装配、调试；
第14~15周：
整机焊接与通调；
第16周：
考核、撰写设计报告
七．参考资料
1．李震梅,房永钢.电子技术实验与课程设计.机械工业出版社.2011
2．DonaldA.Neamen著，王宏宝等译,电子电路分析与设计---①半导体器件及其基本应用、②模拟电子技术（第3版）.清华大学出版社.2009
3.赛尔吉欧·
佛朗哥（Franco.S）著,刘树棠,朱茂林,荣玫译.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计（第3版）.西安交通大学出版社.2005
4.冈村迪夫著.王玲等译.
OP放大电路设计.科学出版社.2011
5.XilinxISEDesignSuite10.xFPGA开发指南.逻辑设计篇.田耘等编著.人民邮电出版社.2008
6.XilinxFPGA/CPLD设计手册.王杰,王诚,谢龙汉编著.人民邮电出版社.2011
八．报告格式
课程设计报告包括以下内容：
①封面（1页）；
②目录（1页）；
③正文（多页）；
④附录（另起页）；
⑤参考资料（另起页）。
具体报告格式由下页开始。
《模电数电综合实验》报告
专业：
班级：
姓名：
######
学号：
########
指导教师：
20年月日
一．设计目的………………………………………………………………………
二．设计要求………………………………………………………………………
三．设计指标………………………………………………………………………
四．设计框图及整机概述…………………………………………………………
五．各单元电路的设计及仿真……………………………………………………
1．检测电路…………………………………………………………………
2．放大电路…………………………………………………………………
3．滤波电路…………………………………………………………………
4．整形电路…………………………………………………………………
5定时电路…………………………………………………………………
6．计数电路…………………………………………………………………
7．译码电路…………………………………………………………………
8．显示电路…………………………………………………………………
六．电路装配、调试与结果分析…………………………………………………
七．设计、装配及调试中的体会…………………………………………………
八．附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）………………………………
九．参考资料……………………………………………………………..………
（报告正文部分）：
一．设计目的（一级大标题靠左、小四号字、宋体、1.5倍行距、加粗。
）
。
（正文部分用小四号字，中文用宋体，西文用TimesNewRoman字体，1.5倍行距，不加粗，行首空2个字符。
二．设计要求
三．设计指标
四．设计框图及整机概述
（每个图的下面必须有标号和标题，以图1、图2、图3。
的顺序进行标号，标号后面跟图的标题，比如“图1系统框图”；
图和标题全部居中。
图中文字用五号字，图标题中的文字用五号字、加粗）
五．各单元电路的设计及仿真
1．检测电路（二级标题靠左、小四号字、宋体、1.5倍行距、不加粗。
（公式必须用公式编辑器，后面跟公式标号，以
（1）
（2）（3）。
的序号进行标号，居右排列）
（1）
2．放大电路
3．滤波电路
4．整形电路
5．定时电路
6．计数电路
7．译码电路
8．显示电路
六．电路装配、调试与结果分析
七．设计、装配及调试中的体会
八．附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）（另起一页）
十．参考资料（另起一页）
1．作者,作者,作者.《书名书名书名》.出版社.出版年份（五号字、宋体、1.5倍行距、不加粗。
2．作者,作者,作者.《书名》.出版社.出版年份
3．作者,作者,作者.《书名》.出版社.出版年份
4．作者,作者,作者.《书名》.出版社.出版年份
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