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1、项目18 脉搏计的设计与制造,18.1实训目的,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.对以前的知识有一充分灵活运用的机会，使学生的能力得到锻练。对毕业后从事电子技术方面的工作有帮助。,18.2实训原理,电子设计实训，一般包括：拟定性能指标、电路的预设计、仿真和修改设计四个环节。衡量设计的标准是：工作稳定可靠，能达到所要求的性能指标，并留有适当的裕量；电路简单、成本低；功耗低、所采用元器件的品种少、体积小且货源充足；便于生产、测试和维修等。,18.2.1电子设计的原则和设计内容,1)满足系统功能和性能的要求 2)电路简单，成本低，体积小。3)电磁兼容性好。4)可靠性高。
2、5)系统的集成度高。6)调试简单方便。,1、电子电路设计的基本原则,7)生产工艺简单。8)操作简单方便。9)耗电少。10)性能价格比高。,2、设计内容,1)功能和性能指标分析。2)系统设计。3)原理电路设计。4)可靠性设计。5)电磁兼容特性设计。6)调试方案设计。,18.2.2电子电路的一般设计方法,选择总体方案设计单元电路选择元器件计算参数审图验证(包括性能测试、修改电路)画出总体电路图,1.选择总体方案的一般过程,根据所提出的任务、要求和性能指标，用具有一定功能的若干单元电路组成一个整体，来实现各项功能，满足设计题目提出的要求和技术指标。总体方案往往不止一个，仔细分析每个方案的可行性和优缺
3、点，加以比较，从中取优。,2.选择方案应注意的几个问题,有些关键部分，还要提出各种具体电路，根据设计要求进行分析比较，从而找出最优方案。不要盲目热衷于数字化方案。既要考虑方案的可行性，还要考虑性能、可靠性、成本、功耗和体积等实际问题 应尽量避免方案上的大反复，以免浪费时间和精力。,18.2.3 单元电路的设计,根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单元电路的设计要求，必要时应详细拟定主要单元电路的性能指标。应注意各单元电路之间的相互配合，但要尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构、降低成本。,18.2.4 参数计算,常需计算某些参数：放大器电路中各电阻值、放大倍数，振
4、荡器中电阻、电容、振荡频率。只有很好地理解电路的工作原理，正确利用计算公式，计算的参数才能满足设计要求。,计算参数应注意,1)各元器件的工作电压、电流、频率和功耗等应在允许的范围内，并留有适当的裕量，以保证电路在规定的条件下，能正常工作，达到所要求的性能指标。2)对于环境温度、交流电网电压等工作条件，计算参数时应按最不利的情况考虑。,计算参数应注意,3)涉及元器件的极限参数(例如整流桥的耐压)时，必须留有足够的裕量，一般按1.5倍左右考虑。4)电阻值尽可能选在1M范围内，最大一般不应超过10M，其数值应在常用电阻标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电阻的品种。5)非电解电容尽可能在100pF
5、0.1uF范围内选择，其数值应在常用电容器标称值系列之内，并根据具体情况正确选择电容的品种。,18.2.5 审图,审图时应注意以下几点：1)先从全局出发，检查总体方案是否合适，有无问题，是否有更佳方案。2)检查各单元电路是否正确，电路形式是否合适。3)模拟电路各电路之间的耦合方式有无问题，数字电路各单元电路之间的电平、时序等配合有无问题，逻辑关系是否正确，是否存在竞争冒险。,审图时应注意以下几点(续）：4)检查电路中有无烦琐之处，是否可以简化。5)根据图中所标出的各元器件的型号、参数，验算能否达到性能指标，有无恰当的裕量。6)要特别注意检查电路图中各元器件工作是否安全，是否工作在额定值范围内。
6、,18.2.6 仿真和验证,设计时考虑问题不周、出现差错是很正常的。对于比较复杂的电子电路，单凭纸上谈兵就能使自己设计的原理图正确无误并能获得较高的性价比，往往是不现实的。,18.2.7总体电路图的画法,总体电路图不仅是印制电路板等工艺设计的主要依据，而且在组装、调试和维修时也离不开它。,绘制电路图要注意以下几点：,1)布局合理，排列均匀，稀密恰当，图面清晰。2)注意信号的流向，一般从输入端或信号源画起，由左至右或由上至下按信号的流向依次画出各单元电路。3)绘图时应尽量把总电路画在一张纸上。4)每一个功能单元电路的组件应集中布置在一起，便于看清各单元电路的功能关系。,绘制电路图要注意以下几点,
7、5)连接线应为直线，连线通常画成水平线或竖线，一般不画斜线。6)图形符号要标准，图中应加适当的标注。7)数字电路中的门电路、触发器在总电原理图中建议用门电路符号、触发器符号来画，而不按接线图形式画,18.3 实训仪器和设备,18.4 实训内容与步骤,设计要求,实现在15 s内测量1 min的脉搏数，并且显示其数字；常人脉搏数为6080次min，婴儿为90100次min，老人为100150次min。,18.4.1总体方案,1.分析设计题目要求 1)用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波：2)在短时间内(15s内)测出被测试者每分钟的脉搏数。,2.选择总体方案,设计方案,设计方案
8、,1)传感器：将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。2)放大与整形电路：将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号。3)倍频器：将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所获得的频率的4倍频，即可得到对应一分钟脉冲数，从而缩短测量时间。4)基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。,设计方案,4)基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。5)控制电路：用以保证在基准时间控制下，使4倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。6)计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。7)电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。,设计方
9、案,用这种方案测量的误差为4次min，测量时间越短,设计方案,设计方案,该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数。这种测量方法的误差小，可达1次min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案I完全相同，现将其余部分的功能叙述如下,1)六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。2)基准脉冲(时间)发生器：产生周期为0.1s的基准脉冲信号。3)门控电路：控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。4)8位二进制计数器：对通过门控电路的基准脉冲进行计数，,设计方案,5)定脉冲数产生电路：产生定脉冲数信号，如3000个脉冲送入可预置
10、8位计数器输入端。6)可预置8位计数器：以8位二进制计数器输出值(如50)作为预置数，对3000脉冲进行分频，所得的脉冲数(如得到60个脉冲信号)，即心率。,设计方案,(2)方案比较,方案I结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方案电路结构复杂，成本高，测量精度较高。根据设计要求，精度为4次win，在满足设计要求的前提下，应尽量简化电路，降低成本，故选择方案I。,18.4.2单元电路的设计,1.放大与整形电路,放大整形方案电路框图,1)传感器,传感器信号调节原理电路,2)放大电路,3)有源滤波电路,4)整形电路和电平转换电路,放大与整形电路,2倍频电路,该电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4
11、倍频，以便在15s内测出lmin内的人体脉搏跳动次数。,3.基准时间产生电路,产生一个周期为30s(即脉冲宽度为15s)的脉冲信号，以控制在15s内完成一分钟的测量任务。,3.基准时间产生电路,采用了石英晶体振荡电路，石英晶体的主频为32.768kHz。这里选用Rl5为5.1M，R16为51k12，C6为56pF，C7为356pP，反相器利用了CC4060中的反相器,1)秒脉冲发生器,选用CC4060 14位二进制计数器对32.768kHz进行14次二分频，产生一个频率为2Hz的脉冲信号，然后用CC4013进行二分频得到周期为1s的脉冲信号。,基准时间产生电路图,2)15分频和二分频器：,由S
12、N74161组成十五进制计数器，进行15分频，然后用CCA013组成二分频电路，产生一个周期为30s的方波，即一个脉宽为15s的脉冲信号。,4计数、译码、显示电路,5.控制电路,控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进入计数器的时间，另外还应具有为各部分电路清零等功能。,5.控制电路,18.3.3画总电路图,18.4.4 仿真和验证,检查各单元电路的功能和指标是否达到设计要求。检查各个接口电路是否起到应有的作用。把各单元电路组合起来，检查总体电路的功能，检查总电路的性能是否最佳。利用仿真软件画可对单元电路进行验证，然后，逐步进行组合，直到总的电路组合成一起，看是否能达到要求。,1
13、8.4.5 用雕刻机制作印刷电路图,用Protel等软件制作绘制印刷电路，要求配局合理，高低频分开、功率电路与信号电路分开、数字电路与模拟电路分开，远距离传输信号使用电隔离技术等。把绘制成的印刷电路转换成雕刻机所需软件，并准备好如雕刻头及铜覆板等，进行试雕刻。在雕刻初步成功后，完成印刷电路图的制作。,18.4.6 安装调试,根据原理图所示，根据信号的流向分级安装，逐级进行级联。级联时，如果出现时序配合不同步或尖峰脉冲干扰，引起逻辑功能不正常时，可以通过增加逻辑门进行延时或反相。（3）过各级调试并纠正出现的错误和不足，再测试电路的逻辑电路的逻辑功能是否满足设计需要，最后画出逻辑电路图。,18.5
14、实训思考,对单独的功能电路，在分析时，可以达到功能要求，但在进行级联时，就会出现不稳定的情况，如何进行分析？这里有二种实施方案，你是否还可以提出第三种方案，与前二种方案比，各有什么优缺点？在安装时，是否应遵循一定的顺序？,18.5.注意事项,本实训，从分析、设计、仿真、制作、安装调试，整个过程都需要耐心，要一环扣一环的进行，任何一个环节出现问题，都可能会引起从头再来，特别是第一次独立的完成整个产品的全过程，就要培养注意一个良好的习惯。,18.6实训报告要求,实训名称、实训目的、实训原理：设计指标(要求)、系统框图、各单元电路设计、完整的电路图、组装调试的内容、元器件清单单、调试中出现的故障、原因及排除方法、实际PCB图或布线图、实训仪器、仪表、设备：请在实训时记录下各仪器、仪表的名称、型号、规格、数量和备注等。实训内容和步骤：实训思考题：,
