电子系统课程设计报告.docx

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1、电子系统课程设计报告 电子系统课程设计报告 目录 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.倍频电路. 6.定时电路. 7.计数电路. 8.译码电流. 9.显示电路. 六电路装配，调试与结果分析. 七数字电路的FPGA设计仿真与调试. 八设计装配及调试中的体会. 九附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）. 十参考资料. 一、 设计目的 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

2、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。 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6080次/min ，老人为100150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

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。 5、整形电路输出的方波占空比可调。 四、设计框图及整机概述 整机电路由-12V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、三位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成。 红外线心率计的原理框图 血液波动 检测 放大、整形、滤波 三位计数 器 译码、驱动、显示 门控电路 五、各单元电路的设计及仿真 1、检测电路 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

4、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输出信号。 i o v V V A = （1） 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。 i O U R R R R R R U )/1(5 4 3143+- = （2） +12V R 1 1k8 R 2 22k C 1 10uF +TCRT5000放大整形电路 + c e 1和5为偏置(调零端) 2为反向输入端 3为正向输入端 4接地或负电源 6为输出

5、7接电源 8空脚 3、滤波电路 滤波电路的设计方案也比较多，建议采用基于集成运放的设计方案，采用有源低通滤波器。实验室提供通用型集成运算放大器LM741. 1 2 1R R A up += （3） RC f 21 = （4） 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、倍频电路 倍频电路的设计方案有锁相倍频器、异或门倍频器等，建议采用异或门倍频器来实现，实验室提供通用异或门芯片CD4070。 6、定时电路 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。 7、计数电路 CD4553内部虽然有3组B

6、CD 码计数器（计数最大值为999），但BCD 的输出端却只有一组Q0Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD 码，相应地，也输出3位位选通信号。例如：当Q0Q3输出个位的BCD 码时，DS1端输出低电平；当Q0Q3输出十位的BCD 码时，DS2端输出低电平；当Q0Q3输出百位的BCD 码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。 8、译码电路 4543显示译码器：把BCD 码转换成驱动数码管所需的代码。它有4个输入端：A 、B 、C 、D ，与计数器的输出端相连；有7个数码笔段输出驱动端：ag 。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

7、 电平，即可驱动共阳极的LED 数码管；将PH 引脚接低电平，便可驱动共阴极的LED 数码管。 9、显示电路 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个笔画段， a b c d e f g Q 0Q 1Q 2Q 3 A B C D CIA CIB CLK DIS MR V SS V DD 4 312 111316 8 9765 5324 DS 2 DS 3DS 1 2115C 7 1000P V SS BI V DD LD PH 91

8、314 151011121661+12V V 7 V 8 V 9 R 21R 234.7k R 24R 301k 7 3 IC 46脚输出V 6C极 IC 6IC 7R 20 10k 8550 8550 8550 78 10百 a f 十 个b e d c g 个 十 百 1：锁存 6：相位 7：消隐 点亮相应的笔画段。数码管采取共阳极。 六、电路装配、调试与结果分析 （1）电路板制作要求： 1.在装配时，尽量把同一功能电路器件放在一起。 2.电阻器、短路线在安装时要注意横平竖直，卧式安装，安装时贴近印刷线路板。 3.三极管在安装时要注意引脚高度（散热）；电解电容一定要紧贴电路板 4.焊点一定

9、要美观 5.焊盘要保持干净，不能沾满汗渍 6.一线不得二用 （2）通电调试注意事项及要求： 1.通电前，把桌面清理干净，电路板下不允许有杂物，禁止把电路板放在金属元件盒上通电！ 2.采取分块调试的原则，即每做完一块功能的电路，则对其调试，记录测量数据波形。 3.遇到问题，自己独立分析，培养会思考的能力。 4.每一块功能电路调试完成后,数据波形让老师检查后，领取下一块电路的元器件。 （3）结果分析： 在调试时我是通过刚开始断开红外线检测电路，接入一个大约20mA 左右的正弦信号来调试后面电路部分的。断开时所有电路能正常工作，计数器能正常计数，显示器显示的结果也很正常。但当把红外线检测电路接上时，

10、显示器显示的数据就有点点混乱，通过老师的分析解释，知道了这是由于红外线光电传感器不灵敏导致的，所以整体结果还是比较满意的。 百 a f 十个 b e d c g a b c d e f g 七、数字电路的FPGA设计、仿真与调试 先通过软件编程实现倍频、计数、译码等各个模块功能的仿真，最后将这些功能模块程序结合在一起，构成一个完整的程序，并将该程序下载到FPGA芯片里面，并配以外围显示电路完成计数显示功能。实验室提供软件平台Xilinx公司的ISE9.0，硬件平台是基于Xilinx公司Spartan3E FPGA芯片的Basys2 FPGA开发板。 程序设计： module ee(clk, c

11、lr, en, dout, cs, ld1, ld0); input clk; input clr; input en; output 6:0 dout; output 3:0 cs; /output count; output ld1; output ld0; /output 11:0 data; /output 5:0 cnt_div; /output clk1; reg 11:0 q; reg clk1; reg clk2; reg 26:0 cnt_div; reg 17:0 clk_div; reg 1:0 disp_cnt; reg 6:0 dout; reg 3:0 cs; re

12、g 3:0 Disp; reg ld1,ld0; /reg 11:0 data; /assign data=q; always (posedge clk) begin if(clr=1) begin /异步复位 cnt_div=0; clk_div=0; /q=12b001101000101; ld0=1b0; ld1=1b0; end else if(en=1) begin cnt_div=cnt_div+1; clk_div=clk_div+1; if(clk_div=131071) begin clk2=1; end else if(clk_div=262143) begin clk2=

13、0; end if(cnt_div=67108863) begin clk1=1; ld1=1b1; ld0=1b0; end else if(cnt_div=134217727) begin clk1=0; ld1=1b0; ld0=1b1; end end end always(posedge clk2 or posedge clr) begin if(clr) begin /异步复位 disp_cnt=0; end else if(en) begin /PAUSE 为0时正常计数，为1时暂时计数disp_cnt=disp_cnt+1; case (disp_cnt) 2b00:begin cs=4b1110; Disp=q3:0; end 2b01:begin cs=4b1101; Disp=q7:4; end 2b10:begin cs=4b1011; Disp=q11:8; end default:begin cs=4b1111; Disp=4b1111; end endcase end end