|
|
一、设计目的
二、设计要求
三、设计框图及整机概述
四、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、译码、显示电路
五、电路装配、调试与结果分析
六、设计、装配及调试中的体会
七、附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）
八、参考文献
一、设计目的
巩固和加深在"模拟电子技术基础"和"数字电子技术基础"课程中所学的理论知识和实训技能,基本掌握常用电子电路的一般设计方法,并通过这一实训课程,能让学生对电子产品设计的过程有一个初步的了解，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
掌握整机电路组成及工作原理,并能运用所学过的电路知识分析、解决电路制作过程中所遇到的问题。
三、设计框图及整机概述
图1 红外线心率计的原理框图
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。整机电路由放大电路、整形电路、滤波电路、3位计数器电路，译码、驱动、显示电路等几部分组成。
四、各单元电路的设计及仿真
1、检测电路
血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。
图4 血液波动检测电路
2.放大电路
3、滤波电路
由三脚输入信号，六脚输出信号
4、整形电路
5、定时电路
图7 由555组成的门控电路
通电后2脚为12V，3脚输出低电位，V6截止，V5不发光。按下S1，3脚输出高电位，V6饱和导通，V5亮。V6的C极输出低电平，12V电压通过R17、 R31对C6充电。当充到8V时，输出状态发生偏转，3脚输出低电位，V6截止，V6的C极的输出高电位
6、计数、译码、显示电路
对来自整形电路的反映心跳频率的矩形脉冲进行计数，译码，驱动数码管显示心跳次数（30s）
五、电路装配、调试与结果分析
1.模电部分电路装配、调试与结果分析
模电部分电路图
模电部分调试
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，应该是放大了R4/R3倍的波动信号。用示波器测量IC3的6脚波形，应该是比IC2的6脚波形放大了R8/R6倍的波形(因为放大倍数很大，波形有削顶现象)。IC2、IC3的放大倍数可以根据自己的实际情况适当做一些调整。用示波器测量IC4的6脚波形，应该是一个规范的方波，是单极性的，如果没有方波，或方波的占空比太小，可以适当改变R10、R11的阻值。把测得的三个波形画入表4.3中。
如果手上暂时没有传感器，则使用函数信号发生器产生几hz、几mv的正弦波，并把该波形加到C1的负极，同样也可以按上述的方法进行调试。
门控电路的调试
电路连接完毕后通电。此时，门控电路进入稳态，用数字万用表DC20V挡测量3、6、7脚与1脚之间的电压都为0V，V6的C极与1脚之间的电压为12V，V5不发光。按一下S1按钮，门控电路输出状态发生翻转，进入暂稳态，555输出端3脚输出高电位，因此V6饱和导通，V6的C极输出低电位，V5发光，用数字万用表DC20V挡测量6、7脚与1脚之间的电压，可以发现，电压是慢慢上升的，当上升到8V左右的时候（时间是30秒），门控电路输出状态又发生翻转，进入稳态，此时555输出端3脚输出低电位。用数字万用表DC20V挡测量3、6、7脚的与1脚之间的电压，都是0V，V6的C极与1脚之间的电压为12V，V5不发光。
如果暂稳态的时间不是30秒，则最后测量的心率不准确。需要调整R17或C6的参数来达到30秒的要求。具体计算公式：1.1× R17× C6=30。
计数、译码、驱动、显示电路的调试
电路连接完毕后通电。此时由于门控电路的控制作用，计数器MC14553的使能端（低电平有效）被置“1”，计数器不计数，输出的BCD码是0000即5、6、7、9脚的电压大约是0V。用示波器双踪测量DS1、DS2之间、DS2与DS3之间波形，应能显示图（8）所示的波形，测试并把波形画在4.5中（示波器量程：双踪，5V/DIV，1mS/DIV）。
把食指放在传感器的探头处，适当调节压力。当观察到V4呈现有规律的亮-灭时，就可以进行测量了。按一下门控电路的S1，这时，V5发光，计数器的使能端被置“0”，计数器开始按整形电路送来的心跳脉冲计数。计数的结果以BCD码的形式送到译码器进行译码。译码后的结果送到数码管显示计数的结果。过30秒钟后，门控电路输出高电平，计数器使能端被置“1”，计数器停止计数。数码管显示最后计数的结果，此数字乘2即是被测的心率。测量并记录计数器停止计数后，集成电路MC14553及CD4543的引脚电压并填入表4.6、表4.7。
七、设计、装配及调试中的体会
通过这段时间的课程设计，我学到了很多东西，我们运用所学的课本知识，以及查阅相关的文献，还要先复习以前学习过的知识，通过温故而知新，使我一开始就有了应该怎样完成“脉搏测量仪”的设计的方案。在这次课程设计过程中，结合实际的应用来理解以前学了而没有学会的知识，这给我对理论课的学习提供了很大的帮助。也使我意识到理论和实际相结合的重要性。
在设计过程中、所遇到的问题都一一的攻破，经这次设计证明，将所学的知识和电子设计方法想结合，大大的调动了我们学习的积极性，并有利于我们系统的科学地培养我们的实际动手能力，工程设计能力及创新设计能力，活耀了我们的思维，既符合由简到繁，循序渐进的教学规律，又能激发我们对电子线路设计的兴趣还要先复习以前学习过的知识，通过在这次课程设计实习中，能够设计较为简单的一些电路。结合实际的应用来理解以前学了而没有学会的知识，这给我对理论课的学习提供了很大的帮助。也使我意识到理论和实际相结合的重要性。
作为大二做到理论联系实际，认识其重要性和必要性。真正体会到设计是一件辛苦与充满乐趣的事情，同时加深了对数电这门课程的理解，学会了基本集成电路的运用。在设计过程中学到了很多在课本上学不到的东西，也发现了自己的很多不足之处。深深的体会到只有认真的去做才能知道它真正的意义，不要眼高手低，要一步一步，脚踏实地的去做。
在设计中碰到一个接一个的难题，在经过老师指导和同学们的交流，使难题一一得到化解。设计过程虽然是很辛苦的，但经过自己的努力换回的劳动成果，对自己来说也是很值得欣慰的。设计过程中，我问老师，问同学，找资料，查课本，搜集信息，寻找相关知识，虽辛苦却也快乐。另外，画图时用到了Multisim，通过这次设计，使我更好的掌握了Multisim这个画图工具的基本用法。
这次课程设计既锻炼了我的动手能力，又培养了我的兴趣进一步丰富了自己的数字电子知识。对我以后所要做的毕业设计有了一个初步的了解。更重要的是使我深深的体会到理论结合实际的重要性，做事要认真，脚踏实地。我相信，有付出就会有美丽！
八、附录(包括整机逻辑电路图和元器件清单)
附件1：元器件清单
器件 IC 电阻器 电容器 二极管 三极管 LED 按钮 传感器 数码管
电源变换电路 IC1
4096*1 68k*1
5k6*1 102*1
2.2μF*2 1N4148*2
血液波动检测电路 1k8*1
22k*1 10μF*2 0N2152*1
放大整形滤波电路 IC2、IC3、IC4
LM741*3 3K*2
200K*2
2K*2
30K*2
10K*1
7K5*1
390*1 0.47μF*2 1N4148*1 红*1
门控电路 IC5
555*1 1k*1
10k*1
8k2*1
273k*1 103*2
100μF*1 8050*1 绿*1 常开*1
计数译码驱动显示电路 IC6
4553*1
IC7
4543*1 1k*7
4k7*3 102*1
100μF*1 8550*3 共阳
7段*3
九、参考文献
[1] 童诗白，华成英．模拟电子技术基础．北京：高等教育出版社,
[2] 王俊峰．电子产品开发设计与制作．北京：人民邮电出版社
[3] 阎石．数字电子技术基础．北京：高等教育出版社,
