天津大学电力电子课程设计数字脉搏计实验报告.doc

天津大学电力电子课程设计报告 课题名称：数字脉搏计 一、设计任务及要求 设计、组装一个数字脉搏计。 1、 （1）?用十进制数字显示被测人体的脉搏每分钟跳动的次数，测量范围为20~200次/分。 （2?在短时间（5秒、15秒）内测量出每分钟的脉搏数。 （3）?测量误差±4次/分。 （4 ①显示计数过程，并保持计数结果。手动清零。 ②不显示计数过程，锁存为计数结果。自动清零，自启动计数。 2 、 对于脉搏信号的放大、滤波、整形部分采用 MultiSim或PSPICE仿真实现。 脉搏信号放大器（仿真） 输入：1mV、1.2Hz 输出：能够驱动CMOS数字芯片 性能指标：电压增益：大于1000倍 通频带：0.15Hz —30Hz 仿真要完成的主要任务：功能分析、指标测量。 3、 给定条件 实验箱一台：直流电源、面包板、连续脉冲信号等 元器件： 锁相环 CD4046 计数器（可预置数的4位二进制计数器） CD4526 计数器（二——十进制同步加计数器） CD4518 计数器/分频器（14位二进制串行计数器/分频器） CD4060 译码器 74LS48 数码管 LG5011AH(实验箱上74LS48已与数码管连接好） 缓冲器（反相器） 电阻、电容若干 数电实验中常用芯片 二、方案原理框图 对于方案选择，由于老师提供的PPT上有方案的原理框图，我们决定按该框图进行研究，不过在每个框图部分实现会有多种方案并进行取舍，在后文会有所提到。 如图，大概为数字脉搏计所需的五个主要部分，以下将分别按步骤将其逐一实现。 三、具体设计阶段 仿真阶段 对于仿真部分的要求题目要求如下：输入：1mV、1.2Hz； 我们采用的multisim仿真，仿真阶段有三个部分，分别是：放大，滤波及整形。 放大是要将采集到的微小的脉搏信号放大成可读取的信号；滤波是为了滤去杂波；整形是为了将正弦信号转化为方波，方便计数 1、放大部分 对于放大，我们用的是最基础的放大器放大方法，由于电压增益大于1000，我们决定放大3000倍，采用三个LM324器件，进行10*10*30三级放大，具体参数见下图。 放大结果波形如下图： A通道原输入信号，B通道为放大后输出信号，为便于显示，通道AB幅值单位不同。 2、滤波部分，对于滤波，由于通频带为0.15Hz—30Hz，我们考虑过带通滤波器，但由于带通滤波器的参数计算过于复杂，经过考虑，我们还是决定采用一个低通滤波器和高通滤波器串联的方式，根据公式 得出参数，如下图所示： 滤波效果如图 因为滤波器做得比较简陋，滤波效果有所误差，大于30HZ时仍有波形通过，不过幅值较小。 3、整形部分 对于整形部分，我们需要将一个正弦信号整形为方波信号，我们决定采用555定时器组成施密特触发器来完成这一任务，施密特触发器具有回滞性，可将正弦波转化为方波。器件如下图： 结果如下图： 4、组装（仿真部分总线图） 最后，将这三部分组合成一个电路，如下图： 下图为输出结果，A通道为输入正弦信号，B通道为经放大滤波整形之后的输出方波 仿真阶段即告一段落，接下来是数字阶段。 数字阶段 根据题目要求分成了四个部分：倍频电路（负责将输入信号放大到四倍频或十二倍频）；计数译码显示（负责信号的计数及显示过程）；控制信号发生（控制计数译码显示部分的计数开始及结束）；基准时间产生（负责产生题目要求的5s及15s时间）。 在设计过程中，我们将后两个部分控制信号发生和基准时间产生结合在一起进行研究。 倍频电路 CD4046是目前常见的集成锁相环。用CD4046实现的一种N倍频参考电路如下图所示，电路中CD4526是可预置数的4为二进制计数器，用来实现N分频。改变置数值，可以改变N。 所需元件：芯片CD4046,CD4526,电阻10KΩ,100 KΩ,2.2MΩ,1.2 MΩ 电容10μF,0.68μF. 倍频电路直接采用的是实验指导书上介绍的倍频电路，右边的CD4526是一种1/N分频计数器，实质是减计数器。将分频倍数输入图示中的N端，如4分频——DP4-DP1取0100、12分频——DP4-DP1取1100。汉字“出”表明的线即为倍频电路的输出。 CD4046和CD4526的引脚对应如下表所示： CD4046 CD4526 图中管脚表示 对应芯片管脚号 图中管脚表示 对应芯片管脚号 PCB 3 Q1 7 PCA 14 Q2 9 R1 11 Q3 15 R2 12 Q4 1 PC2 13 DP1 5 VCOin 9 DP2 11 SF 15 DP3 14 VCOout 4 DP4 2 CA 6 PE 3 CB 7 CF 13