2022年模拟电路课程设计脉搏测试仪设计 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告脉搏测试仪设计1、设计目的1熟识脉搏测试仪的电路组成,工作原理和设计方法；2加深对电子电路的把握,学会基于模拟电路的课程设计；2、设计任务 脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器,也是心电图的主要组成部分；它是用来测量频率较低的小信号传感器输出电压一般为几毫伏 ；详细要求：1实现在 3060秒内测量 1 分钟的脉搏数；正常人脉搏数为 6080 次/min,婴儿为 90100 次/min,老人为 100150次/min 2用传感器将脉搏跳动的转换为电压信号并放大整形和滤波；3测试误差不小于 2/min；3、设计要求1合理的设计硬件电路, 说明工作原理及设计过程, 画出相关 的电路原理图运用 Multisim 电路仿真软件；2挑选常用的电器元件说明电器元件挑选的过程和依据； 3 对电路进行局部或整体仿真分析；4依据标准要求,按时提交课程设计报告,并完成相应答辩；4、参考资料l 李立主编 . 电工学试验指导 . 北京：高等训练出版社, 20052 高吉利主编 . 电子技术基础试验与课程设计 . 北京：电子 工业出版社, 2004 3谢云,等编著 . 现代电子技术实践课程指导 出版社, 2003 1 . 北京：机械工业名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告目录一、设计要求 . 3 二、设计的作用、目的 . 3 三、设计的详细表达 . 3 1、系统概述 . 3 2、单元电路设计、仿真与分析. 4 四、心得体会及建议 . 15 五、附录 . 17 六、参考文献 . 17 2 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告脉搏测试仪设计报告 一、 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 是心电图的主要组成部分；它是用来测量频率较低的小信号传 感器输出电压一般为几毫伏 ；详细要求：1、实现在 3060 秒内测量 1 分钟的脉搏数；正常人脉搏数为 6080 次/min,婴儿为 90100次/min,老人为 100150次 /min；2、用传感器将脉搏跳的动转换为电压信号,并加以放大整形 和滤波；3、测试误差不小于2/min；二、 设计的作用、目的脉搏是常见的生理现象,是心脏和血管状态等重要的生理信 息的外在反映；因此,脉搏测量不仅为血压测量、血流测量及其 他生理检测供应了生理参考信息,而且脉搏波本身也能给出很多 有诊断价值的信息；因此争论脉搏测试仪有着特别重要的现实意 义； 为更好的运用所学的学问,加深对电子电路的把握,到达创 新的目的；通过实践学会合理的利用集成电子器件制作电路基于 模拟电路的课程设计与制作；三、设计的详细表达1、系统概述 通过脉搏传感器来拾取脉搏信号,经过前级放大器进行放大,3 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告进入有源滤波器滤去干扰信号, 再经过后级放大器进行充分放大,此时经过处理后的信号仍不是计数器所要的高低电平,须把信号 再送入迟滞比较器进行整形再经过二极管进行电平转换,得到计 数器所需要的脉冲信号；由于我们这里仍没有学数电,所以计数 这部分我们省略了；提出方案 满意上述设计功能可以实施的方案很多,现提出下面方案；将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号； 1 传感器 2 放大 电路将传感器的柔弱信号放大；3滤波整形 除去杂散信号,整形输出计数器所要信号；方案图：原理框图2、单元电路设计、仿真与分析1、脉搏传感器的挑选脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为响应的电冲信号；脉搏 传感器是脉象检测系统中重要的组成部分,其性能的好坏直接影 响到后置电路的处理和结果的显示；依据传感器工作原理,大类：可分为物理传感器和化学传感器二传感器工作原理的分类中物理传感器应用的是物理效应,诸如压电效应,磁致伸缩效应现象,离化、极化、热电、光 电、磁电等效应；被测信号量的微小变化都将转换成电信号；这里传感器采纳了红外光电转换器,作用是通过红外光照耀 人的手指的血脉流淌情形,把脉搏跳动转换为电信号,其原理电4 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告路如图 1 所示；图中,红外线发光管VD 采纳 TLN104,接收三极管V 采纳TLP104；用 +5V电源供电, R1 取 500 , R2取 10k ；图 1 传感器本次课程设计中在利用信号源,使用正弦波模拟人体脉搏跳动；传感器输出信号大致在5mv-10mv,频率在 100hz-200hz 之间；为了精确数值, 我们取最小值, 选用 5mv,100hz 的信号源输出正 弦信号代替；2、信号放大电路的设计 由于传感器发出的信号很柔弱,只有几毫伏左右,所以采纳 放大电路实现信号放大作用,由于传感器输出电阻比较高,故放大电路采纳了同比例放大器,如图2 所示,运放采纳了LM324,电源电压 +5V；信号太弱整形无法输出所要波形,所以我们采纳 两级放大,放大了 1000 倍；5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告图 2 同比例放大电路 一级放大参数运算 ：由图可知这是反相比例运算电路,所以由虚短虚断知：Uo=1+R2/RV1Ui 式 2-1要保持放大倍数在 100 左右,有Uo/Ui=1+R2/RV1=100 式2-2所以取 RV1=1K,R2=100K ,另外,取参数R1=910K,C1=100uF 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告图 3 一级放大电路的仿真成效图 4 二级放大电路7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告参数挑选 RV2=10K ,R11=100K 放大倍数为 10 倍左右,原理同一级放大；图 5 二级放大仿真图8 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告图 6 总的放大仿真成效图3 、有源滤波电路采纳了二阶压控有源低通滤波电路,如图4 所示,作用是把脉搏信号中的高频干扰信号去掉,同时把脉搏信号加以放大,考 虑到去掉脉搏信号中的干扰尖脉冲,所以有源滤波电路的截止频 率为 1kHz左右；为了使脉搏信号放大到整形电路所需的电压值,通常电压放大倍数选用1.6 倍左右；集成运放采纳LM324；9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告图 4 有源滤波电路电路中既引入了负反馈,又引入了正反馈；当信号频率趋于零时,由于 C1的电抗趋于无穷大, 因而正反馈很弱； 当信号频率趋于无穷大时,由于C2的电抗趋于零,因而Ups趋于零；可以想象,只要正反馈引入得当,就可以在 f=fo 时使电压放大倍数数值增大,又不会因正反馈过强而产生自己振荡；由于同相输入端电位掌握由集成运放和 电压源滤波电路；参数分析：R1、R2组成的电压源, 故称之为压控10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告式 3-1P 点的电流方程为 Ums-Ups/R=UmsSC 式3-2 由式 3-1 和式 3-2 联解得 Aus=Aups/1+3-AupssRC+sRC 2 式 3-3在式 3-3 中,只有当 Aups小于 3 时,即分母中 S 的一次 项系数大于零,电路才能稳固工作,而不产生自己振荡；假设令 S=jw,fo=1/2 RC,就电压放大倍 Au=Aup/1-f/fo 2+j3-Aupf/fo 式3-4假设令 Q=1/3-Aup , 就 f=fo 时,有Auf=fo =Aup/ 3-Aup=QAup, 即 Q=Auf=fo/ Aup式3-5可见,Q 是 f=fo 时的电压放大倍数与通带放大倍数数值之比由图可知通带放大倍数11 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告Aup=1+R2/R1 式 3-6所以依据实际要求 Aup=1.6 所以由 Q=1/3-Aup 和式 3-5 知Auf=fo = QAup=0.7 Aup式 3-7 因此,通带截止频率 fp=fo=1KHz fo=1/2 RC=1KHz 综上可以选取 R1=10K,R=1K,所以 R2=R11.6-1 =6K C=fo/ 2 R=1nf 图 5 滤波后的仿真成效4、整形电路经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规章的脉冲信号,且有低12 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告频干扰,仍不满意计数器的要求,必需采纳整形电路,这里选用了滞回电压比较器,如图 电路中的集成电运放；参数设定 ：6 所示,我们采纳虚拟电压比较器代替图 6 滞回比较器 R1=50K,R2=10K 图 7 滞回比较器的电压传输特性13 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告如图 6 所示,模拟电压比较器最大输出电压设置为 5V,即正电源+5V,负电源 0V；经过滞回比较器后即输出满意计数器所需的稳定规章的脉冲信号；图 8 整形后的仿真成效图 9 总原理电路图14 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告图 10 最终的仿真成效四、心得体会及建议在这次课程设计中, 我和同学们在一起沟通, 学习如何将课本 上的学问应用于实际的问题之中；所以在这期间,锤炼了我对所学学问应用的才能,也让我对所学的学问有了一次深刻的复习和 清晰的熟识；当然这次设计更重要的是锤炼了自己解决实际问题 才能,如何分析问题,理清思路,简化问题,找出最正确方案,这是最关键的方面；仍有在设计时,让我对画电路图的软件有了一个基本的明白, 对 Multisim仿真有了很大接触, 学会了一些基本操作,信任这些将为我以后的学习设计打下一个良好的基础；因此这次设计对我的意义很大,让我受益匪浅！在这次课程设计过程中, 我也遇到了很多问题； 比方在挑选传15 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告感器的时候,开头我们用函数发生器代替,结果仿真不出来,这 我们弄了很长时间,先是不清晰问题出在哪,这直接导致了我无 法很顺当地出想要的结果,从而无法顺当的进行模拟；然后问老 师,翻阅了书籍, 查资料；最终最终正确的模拟出了所要的成效；这次的制作也让我感受到,我们在电子方面学到的只是很小的一 部分学问, 我们需要更多的时间来自主学习相关学问；只有这样,我们以后才能具备较强的动手才能和自己特殊的设计思路和方 法！在做运放的时候,我们刚开头选的是AD620 这个运放器但是由于对其不够熟识,运放始终都没有做胜利,后来用 LM324 构 成了同比例放大电路,由于以前试验时对这个运放器的功能做过 检测所以做起来就轻松了很多,最终仍是胜利了；总之设计电路 之前要对所要设计电路的原理要有特别清晰的熟识,在这个基础 上我们才能把电路设计胜利,在设计的过程中遇到困难要用所学 的东西把问题解决掉,不要轻易舍弃,同时多和同学们沟通交换 彼此的想法这样可以更好的优化我们的设计；这次课程中, 第一次我们显现了严峻错误,经过老师提点, 仍有我和同组同学的争论最终解决问题所在,并加以改正,最终完 成这次设计；通过这次的错误,我熟识到课本上学的东西肯定要 充分把握好才能运用到实际中,多摸索,才能真正成为自己的东 西；最终我觉得不管自己要做什么, 肯定不能轻言舍弃并且要全身 心的把精力突入进去, 只有这样我们才能胜利而其肯定可以胜利；16 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 17 页精选学习资料 - - - - - - - - - 华北科技学院课程设计报告五、附录元件名称 数量及说明信号源 1 个5mv,100hz, 正弦信号集成运放 两块 LM324100uf 电容 2 个1nf 电容 2 个10k 电阻 3 个100k 电阻 2 个910k 电阻 2 个1k 电阻 3 个50k 电阻 1 个6k 电阻 1 个示波器 1 个模拟电压比较器 1 个六、参考文献l 李立主编 . 电工学试验指导 . 北京：高等训练出版社, 20052 高吉利主编 . 电子技术基础试验与课程设计 . 北京：电子工业出版社, 2004 3谢云,等编著 . 现代电子技术实践课程指导 出版社, 2003 . 北京：机械工业4童诗白,等主编. 模拟电子技术基础. 北京：高等训练出版社,2007 17 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 17 页