模电数电综合实验报告

1、模电数电综合实验报告专 业： 机械电子工程 班 级： 09机电2班 姓 名： 马 培 江 学 号： b09370214 指导教师： 严国红/赵文来 2012年12月25日目 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定时电路6计数电路7译码电路8显示电路六电路装配、调试与结果分析七设计、装配及调试中的体会八附 录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）九参考资料 . 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（eda）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。通过本产品的制作，可以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，婴儿为90100次/min，老

3、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. 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。四设计框图及整机概述脉搏测试仪电路的原理框图如图1所示，由传感器、放大、滤波、整形电路、倍频电路、定时控制电路、计数译码显示电路组成。检 测检 测检 测放 大滤 波整 形倍 频计 数译 码显 示计 数fpga 设 计图1 脉搏测试仪电路的原理框图五各单元电路的设计及仿真5.1检测电路图2 检测电路图5.2放大电路图3 放大电路图 采用的是反相放大， （1）5.3滤波电路图4 滤波电路图 采用

4、的是低通滤波和电压跟随器，电压跟随器用来消除负载效应。 （2） （3） 截止频率 （4）电压跟随器：用同相放大器改装 （5）5.4整形电路图5 整形电路图采用比较器的原理 （6）5门控电路555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。555定时器内部电路及其电路功能如图6(a)、(b)所示。555内部电路由基本rs触发器ff、比较器comp1、comp2和场效应管v1组成（参见图6(a）)。当555内部的comp1反相输入端（-）的输入信号vr小于其同相输入端（

5、+）的比较电压vco（）时，comp1输出高电位，置触发器ff为低电平，即q=0；当comp2同相输入端（+）的输入信号大于其反相输入端（-）的比较电压vco/2(1/3vdd)时，comp2输出高电位，置触发器ff为高电平，即q=1。是直接复位端，q=0；mos管v1是单稳态等定时电路时，供定时电容c对地放电作用。 注意：电压vco可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时comp2的比较电压为vdd/3，不用时常接0.01f电容到地以防干扰。 (a) 555定时器内部电路 (b) 555简化符号图6 555定时器内部电路及其功能符号 由555接成单稳态触发器来完成

6、门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。 (a) 电路 (b) 工作波形图7 由555组成的门控电路 当接通电源的时候，+12v电源电压通过r15对电容c4进行充电，2脚的电压马上变成12v（“1”电平），触发器ff被置“0”， 即555的3脚输出“0”电平（参见图7(a)）。v6截止，v6的c极为高电位，所以计数器mc14553不计数，此时v5不亮。 当按下s1按钮时，2脚电压为0v，低于1/3电源电压。555内部cmp2输出高电平（参见图6(a)）,触发器ff被置“1”，即3脚输出“1”电平，v6饱和导通，v5发光，v6集电极输出低电平，使计数器mc1

7、4553清零，开始计数。同时555内场效应管截止，12v电压通过r17给c6充电，c6的电压逐渐增高，如图7(b)uc6波形。 当c6的电压充到2/3电源电压的时候，555内cmp1输出高电平，触发器置“0”，3脚输出低电平，v6集电极输出高电平，因此计数器mc14553的11脚变为高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容c6通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的状态，定时结束。脉宽tw可根据下式计算： （7）6.3位计数电路 由mc14553组成的3位计数电路对输入的方波进行计数，并把计数结果以bcd码的形式输出。 mc14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图8（

8、a）所示，有四个bcd码输出端q1q3，可分时输出三组bcd码；有三个分时同步控制信号ds1ds3，为计数器的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控制端低电平有效。计数电路包含了计数和输出驱动电路。 (a) mc14553 (b) cd4543图8 集成电路引脚功能图 计数器mc14553真值表如下： 表1 mc14553真值表输入输出置零端（13脚）时钟（12脚）使能（11脚）测试（10）0上升沿00不变0下降沿00计数0x1x不变01上升沿0计数01下降沿0不变00xx不变0xx上升沿锁存0xx1锁存1xx0q0123=0x=任意 计数器mc14553的 ds1ds3输出

9、为方波，波形如图8所示。当按下s1时（参见图7(a）)，v6饱和导通，v6的c极为低电平，mc14553的11脚变为低电平，计数器开始对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进行计数，最大计数为999，计数结果以bcd码的形式从q0q3输出。11脚不管是高电平还是低电平，ds1ds3始终是输出图9的方波。当ds1是低电平的时候，个位显示器被选中，q0q3输出个位要显示的数值；当ds2是低电平的时候，十位显示器被选中，q0q3输出十位要显示的数值；当ds3是低电平的时候，百位显示器被选中，q0q3输出百位要显示的数值。图9 ds1ds3输出波形图7.译码、驱动、显示电路 3位计数电路、译码、驱动、

10、显示电路如图10所示，它的作用是把计数器输出的计数结果显示在3位数码管上。 译码器cd4543的引脚功能如图8（b）所示。它有了四个输入端：a、b、c、d，与计数器的输出端相连；有七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引脚接高电平，即可驱动共阳极的led数码管；将ph引脚接低电平，即可驱动共阴极的led数码管。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个笔画端，点亮相应的笔画段。

11、数码管采用共阳极的。cd4543的真值表如下： 表2 cd4543的真值表输入输出ld(1)bi(7)ph(6)d c b aa b c d e f g显示x11x x x x1 1 1 1 1 1 1黑屏1010 0 0 00 0 0 0 0 0 101010 0 0 11 0 0 1 1 1 111010 0 1 00 0 1 0 0 1 021010 0 1 10 0 0 0 1 1 031010 1 0 01 0 0 1 1 0 041010 1 0 10 1 0 0 1 0 051010 1 1 00 1 0 0 0 0 061010 1 1 10 0 0 1 1 1 171011

12、0 0 00 0 0 0 0 0 081011 0 0 10 0 0 0 1 0 091011 0 1 01 1 1 1 1 1 1黑屏1011 0 1 11 1 1 1 1 1 1黑屏1011 1 0 01 1 1 1 1 1 1黑屏1011 1 0 11 1 1 1 1 1 1黑屏1011 1 1 01 1 1 1 1 1 1黑屏1011 1 1 11 1 1 1 1 1 1黑屏图10 3位计数、译码、驱动、显示电路 上图中：ic6为mc14553；ic7为cd4543。6 电路装配、调试与结果分析 7 设计、装配及调试中的体会 7.1 设计图15 电路设计图7.2装配图16 装配图7.3

13、 调试中的体会 刚刚焊接完模电部分的时候，我就马上拿着板子去调试模电部分了，但是发现自己那些仪器都已经忘了一干二净，经过别人的细心教导，我开始连上面的线。但是后来听别人说要把模电3个部分每个引脚都接出来一根线，然后分别对放大电路，滤波电路和整形电路都调试一遍。我又拿着板子在每个引脚都接出一根线，调试的时候却发现放大和滤波的正旋波都出来了，但是方波怎么都出不来，无论怎么调试示波器就是出不来方波。 接着我把接下来的电路都焊完了，拿着板子再去调试，这次我开始整体调试，刚开始方波还是出不来，但是示波器上已近都方波的样子了。经过同学的教导，方波也出来了，数码管也会计数了但是发现了一个大问题，开关的作用反

14、了。正常是开关按下的时候灯亮，数码管也计数，过一会停止计数，但是我的开关按下灯灭，数码管也灭，等时间到灯才亮，数码管开始计数，作用完全相反，于是我找了老师，老师拿着我的电路板跟电路图认真的比较了发现我的一个三极管用错了，真是大意。于是我把三极管换掉后，那去再调试的时候居然芯片烧掉了。老师说是我调试的时候接线有可能短路的导致芯片烧掉了，于是我又从老师那里拿来了芯片，接着调试的时候就完全对了。焊接时不够细心，发现用错三极管，焊接技术不过关，调试的时候不够耐心希望以后在做其他事情的时候，以此为警戒，告诫自己要细心，要有耐心，不要一味的急于求成。八附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）器件名称型号数量

15、ic芯片lm74135551mc145531cd45431电阻1k111.8k12k23k44.7k35.6k18.2k110k322k130k268k1200k2273k1可变电阻100k1电容102210320.47uf22.2uf210uf1100uf1220uf20.22uf1二极管in4148in40072三极管8050185503led灯红色3按钮常开1传感器tcrt50001数码管3连共阳7段1ic插座dip163dip85数码管插座单排6脚2通用板12*8cm1导线单股红色单股蓝色焊锡丝10 参考资料1李震梅, 房永钢. 电子技术实验与课程设计. 机械工业出版社. 20112donald a. neamen著，王宏宝等译, 电子电路分析与设计-半