模擬電路專業(yè)課程設(shè)計(jì)脈搏測(cè)試儀設(shè)計(jì)樣本(共19頁(yè))

1、模擬電路專業(yè)課程設(shè)計(jì)脈搏測(cè)試儀設(shè)計(jì)脈搏測(cè)試儀設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)目的（1）熟悉脈搏測(cè)試儀的電路組成，工作原理和設(shè)計(jì)方法；（2）加深對(duì)電子電路的掌握，學(xué)會(huì)基于模擬電路的課程設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)任務(wù)脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人心臟跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來(lái)測(cè)量頻率較低的小信號(hào)（傳感器輸出電壓一般為幾毫伏）。具體要求：（1）實(shí)現(xiàn)在3060秒內(nèi)測(cè)量1分鐘的脈搏數(shù)。正常人脈搏數(shù)為6080次/min，嬰兒為90100次/min，老人為100150次/min（2）用傳感器將脈搏跳動(dòng)的轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并放大整形和濾波。（3）測(cè)試誤差不小于2/min。3、設(shè)計(jì)要求（1）合理的設(shè)計(jì)硬件電路，說(shuō)明工作原理

2、及設(shè)計(jì)過(guò)程，畫出相關(guān)的電路原理圖（運(yùn)用Multisim電路仿真軟件）；（2）選擇常用的電器元件（說(shuō)明電器元件選擇的過(guò)程和依據(jù)）； (3) 對(duì)電路進(jìn)行局部或整體仿真分析；（4）按照規(guī)范要求，按時(shí)提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告，并完成相應(yīng)答辯。4、參考資料（l）李立主編. 電工學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京：高等教育出版社，2005（2） 高吉祥主編. 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì). 北京：電子工業(yè)出版社，2004（3）謝云，：機(jī)械工業(yè)出版社，2003 目錄一、 設(shè)計(jì)要求4二、 設(shè)計(jì)的作用、目的4三、 設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)51、系統(tǒng)概述52、單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析5四、心得體會(huì)及建議15五、附錄17六、參考文獻(xiàn)17脈搏測(cè)試儀設(shè)計(jì)

3、報(bào)告一、 設(shè)計(jì)要求脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人心臟跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來(lái)測(cè)量頻率較低的小信號(hào)（傳感器輸出電壓一般為幾毫伏）。具體要求：1、 實(shí)現(xiàn)在3060秒內(nèi)測(cè)量1分鐘的脈搏數(shù)。正常人脈搏數(shù)為6080次/min，嬰兒為90100次/min，老人為100150次/min。2、 用傳感器將脈搏跳的動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并加以放大整形和濾波。3、 測(cè)試誤差不小于2/min。二、 設(shè)計(jì)的作用、目的脈搏是常見的生理現(xiàn)象，是心臟和血管狀態(tài)等重要的生理信息的外在反映；因此，脈搏測(cè)量不僅為血壓測(cè)量、血流測(cè)量及其他生理檢測(cè)提供了生理參考信息，而且脈搏波本身也能給出許多有診斷價(jià)值的信息。

4、因此研究脈搏測(cè)試儀有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。為更好的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，加深對(duì)電子電路的掌握，達(dá)到創(chuàng)新的目的。通過(guò)實(shí)踐學(xué)會(huì)合理的利用集成電子器件制作電路基于模擬電路的課程設(shè)計(jì)與制作。三、設(shè)計(jì)的具體體現(xiàn)1、系統(tǒng)概述通過(guò)脈搏傳感器來(lái)拾取脈搏信號(hào)，經(jīng)過(guò)前級(jí)放大器進(jìn)行放大，進(jìn)入有源濾波器濾去干擾信號(hào)，再經(jīng)過(guò)后級(jí)放大器進(jìn)行充分放大，此時(shí)經(jīng)過(guò)處理后的信號(hào)還不是計(jì)數(shù)器所要的高低電平，須把信號(hào)再送入遲滯比較器進(jìn)行整形再經(jīng)過(guò)二極管進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，得到計(jì)數(shù)器所需要的脈沖信號(hào)。因?yàn)槲覀冞@里還沒(méi)有學(xué)數(shù)電，所以計(jì)數(shù)這部分我們省略了。提出方案 滿足上述設(shè)計(jì)功能可以實(shí)施的方案很多，現(xiàn)提出下面方案。 1）傳感器 將脈搏跳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為

5、與此相對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)。 2）放大 電路將傳感器的微弱信號(hào)放大。3）濾波整形 除去雜散信號(hào)，整形輸出計(jì)數(shù)器所要信號(hào)。方案圖：原理框圖2、單元電路設(shè)計(jì)、仿真與分析（1）、脈搏傳感器的選擇脈搏傳感器的作用是將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為響應(yīng)的電沖信號(hào)。脈搏傳感器是脈象檢測(cè)系統(tǒng)中重要的組成部分，其性能的好壞直接影響到后置電路的處理和結(jié)果的顯示。根據(jù)傳感器工作原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類 ： 傳感器工作原理的分類中物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮效應(yīng)現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測(cè)信號(hào)量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 這里傳感器采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過(guò)紅外光照射人的

6、手指的血脈流動(dòng)情況，把脈搏跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其原理電路如圖1所示。 圖中，紅外線發(fā)光管VD采用TLN104，接收三極管V采用TLP104。用+5V電源供電，R1取500，R2取10k。 圖1 傳感器本次課程設(shè)計(jì)中在利用信號(hào)源，使用正弦波模擬人體脈搏跳動(dòng)。傳感器輸出信號(hào)大概在5mv-10mv，頻率在100hz-200hz之間。為了精確數(shù)值，我們?nèi)∽钚≈担x用5mv，100hz的信號(hào)源輸出正弦信號(hào)代替。（2）、信號(hào)放大電路的設(shè)計(jì)由于傳感器發(fā)出的信號(hào)很微弱，只有幾毫伏左右，所以采用放大電路實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大作用，由于傳感器輸出電阻比較高，故放大電路采用了同比例放大器，如圖2所示，運(yùn)放采用了 LM324，電

7、源電壓+5V。信號(hào)太弱整形無(wú)法輸出所要波形，所以我們采用兩級(jí)放大，放大了1000倍。圖2 同比例放大電路 一級(jí)放大參數(shù)計(jì)算：由圖可知這是反相比例運(yùn)算電路，所以由虛短虛斷知：Uo=(1+R2/RV1)Ui 式（2-1）要保持放大倍數(shù)在100左右，有 Uo/Ui=(1+R2/RV1)=100 式（2-2） 所以取RV1=1K，R2=100K ，另外，取參數(shù) R1=910K， C1=100uF圖3 一級(jí)放大電路的仿真效果圖4 二級(jí)放大電路參數(shù)選擇 RV2=10K，R11=100K 放大倍數(shù)為10倍左右，原理同一級(jí)放大。圖5 二級(jí)放大仿真圖圖6 總的放大仿真效果圖（3） 、有源濾波電路采用了二階壓控有

8、源低通濾波電路，如圖4所示，作用是把脈搏信號(hào)中的高頻干擾信號(hào)去掉，同時(shí)把脈搏信號(hào)加以放大，考慮到去掉脈搏信號(hào)中的干擾尖脈沖，所以有源濾波電路的截止頻率為1kHz左右。為了使脈搏信號(hào)放大到整形電路所需的電壓值，。集成運(yùn)放采用LM324。圖4 有源濾波電路電路中既引入了負(fù)反饋，又引入了正反饋。當(dāng)信號(hào)頻率趨于零時(shí)，由于C1的電抗趨于無(wú)窮大，因而正反饋很弱；當(dāng)信號(hào)頻率趨于無(wú)窮大時(shí)，由于C2的電抗趨于零，因而Up（s）趨于零?？梢韵胂?，只要正反饋引入得當(dāng)，就可以 在f=fo時(shí)使電壓放大倍數(shù)數(shù)值增大，又不會(huì)因正反饋過(guò)強(qiáng)而產(chǎn)生自己振蕩。因?yàn)橥噍斎攵穗娢豢刂朴杉蛇\(yùn)放和R1、R2組成的電壓源，故稱之為壓控電

9、壓源濾波電路。參數(shù)分析： 式（3-1）P點(diǎn)的電流方程為 (Um(s)-Up(s)/R=Um(s)SC 式（3-2）由式（3-1）和式（3-2）聯(lián)解得Au(s)=Aup(s)/1+(3-Aup(s)sRC+(sRC)² 式（3-3） 在式（3-3）中，只有當(dāng)Aup（s）小于3時(shí)，即分母中S的一次項(xiàng)系數(shù)大于零，電路才能穩(wěn)定工作，而不產(chǎn)生自己振蕩。若令S=jw，fo=1/2RC,則電壓放大倍Au=Aup/1-(f/fo)²+j(3-Aup)f/fo 式（3-4） 若令Q=1/(3-Aup),則f=fo時(shí)，有Auf=fo=Aup/3-Aup=QAup,即 Q=Auf=fo/Aup

10、式（3-5）可見，Q是f=fo時(shí)的電壓放大倍數(shù)與通帶放大倍數(shù)數(shù)值之比由圖可知通帶放大倍數(shù) Aup=1+R2/R1 式（3-6）所以根據(jù)實(shí)際要求 Aup= 所以由Q=1/(3-Aup)和式（3-5）知 Auf=fo= QAup=Aup 式（3-7）因此，通帶截止頻率fp=fo=1KHz fo=1/2RC=1KHz 綜上可以選取R1=10K，R=1K， 所以 R2=R1（）=6K C=fo/2R=1nf圖5濾波后的仿真效果（4）、整形電路 經(jīng)過(guò)放大濾波后的脈搏信號(hào)仍是不規(guī)則的脈沖信號(hào)，且有低頻干擾，仍不滿足計(jì)數(shù)器的要求，必須采用整形電路，這里選用了滯回電壓比較器，如圖6所示，我們采用虛擬電壓比較器

11、代替電路中的集成電運(yùn)放。圖6 滯回比較器參數(shù)設(shè)定： R1=50K，R2=10K 圖7 滯回比較器的電壓傳輸特性如圖6所示，模擬電壓比較器最大輸出電壓設(shè)置為5V，即正電源+5V，負(fù)電源0V。經(jīng)過(guò)滯回比較器后即輸出滿足計(jì)數(shù)器所需的穩(wěn)定規(guī)則的脈沖信號(hào)。圖8整形后的仿真效果圖9總原理電路圖圖10 最后的仿真效果四、心得體會(huì)及建議在這次課程設(shè)計(jì)中，我和同學(xué)們?cè)谝黄鸾涣?，學(xué)習(xí)如何將課本上的知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際的問(wèn)題之中。所以在這期間，鍛煉了我對(duì)所學(xué)知識(shí)應(yīng)用的能力，也讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了一次深刻的復(fù)習(xí)和清晰的認(rèn)識(shí)。當(dāng)然這次設(shè)計(jì)更重要的是鍛煉了自己解決實(shí)際問(wèn)題能力，如何分析問(wèn)題，理清思路，簡(jiǎn)化問(wèn)題，找出最佳方案，這

12、是最關(guān)鍵的方面。還有在設(shè)計(jì)時(shí)，讓我對(duì)畫電路圖的軟件有了一個(gè)基本的了解，對(duì)Multisim仿真有了很大接觸，學(xué)會(huì)了一些基本操作，相信這些將為我以后的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。因此這次設(shè)計(jì)對(duì)我的意義很大，讓我受益匪淺！在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也遇到了很多問(wèn)題。比如在選擇傳感器的時(shí)候，開始我們用函數(shù)發(fā)生器代替，結(jié)果仿真不出來(lái)，這我們弄了很長(zhǎng)時(shí)間，先是不清晰問(wèn)題出在哪，這直接導(dǎo)致了我無(wú)法很順利地出想要的結(jié)果，從而無(wú)法順利的進(jìn)行模擬。然后問(wèn)老師，翻閱了書籍，查資料。最后終于正確的模擬出了所要的效果。這次的制作也讓我感受到，我們?cè)陔娮臃矫鎸W(xué)到的只是很小的一部分知識(shí)，我們需要更多的時(shí)間來(lái)自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。

13、只有這樣，我們以后才能具備較強(qiáng)的動(dòng)手能力和自己獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路和方法！在做運(yùn)放的時(shí)候，我們剛開始選的是AD620這個(gè)運(yùn)放器但是因?yàn)閷?duì)其不夠熟悉，運(yùn)放一直都沒(méi)有做成功，后來(lái)用LM324構(gòu)成了同比例放大電路，因?yàn)橐郧皩?shí)驗(yàn)時(shí)對(duì)這個(gè)運(yùn)放器的功能做過(guò)檢測(cè)所以做起來(lái)就輕松了很多，最終還是成功了?？傊O(shè)計(jì)電路之前要對(duì)所要設(shè)計(jì)電路的原理要有非常清楚的認(rèn)識(shí)，在這個(gè)基礎(chǔ)上我們才能把電路設(shè)計(jì)成功，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到困難要用所學(xué)的東西把問(wèn)題解決掉，不要輕易放棄，同時(shí)多和同學(xué)們交流交換彼此的想法這樣可以更好的優(yōu)化我們的設(shè)計(jì)。這次課程中，第一次我們出現(xiàn)了嚴(yán)重錯(cuò)誤，經(jīng)過(guò)老師提點(diǎn)，還有我和同組同學(xué)的討論終于解決問(wèn)題所在，并加以改正，終于完成這次設(shè)計(jì)。通過(guò)這次的錯(cuò)誤，我認(rèn)識(shí)到課本上學(xué)的東西一定要充分掌握好才能運(yùn)用到實(shí)際中，多思考，才能真正成為自己的東西。 最后我覺(jué)得不管自己要做什么，一定不能輕言放棄并且要全身心的把精力突入進(jìn)去，只有這樣我們才能成功而其一定可以成功。五、附錄元件名稱數(shù)量及說(shuō)明信號(hào)源1個(gè)（5mv,100