《数字电子技术课程设计》报告
班级： 20计算机科学与技术（3）班
学号： 2020329621193
姓名： 杨正龙
序号： 3—22
文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-520857.html
浙江理工大学本科课程设计任务书
| 设计题目 |
电子脉搏测试仪的设计 |
||
| 设计要求 |
|
||
| 主要技术指标 |
|
||
| 工作内容 |
|
||
| 工作计划 |
2021.12.27：介绍设计题目，工作原理，设计要求,下发课程设计任务书； 2021.12.29：设计出电路原理图，选择合适的元器件并进行元器件测试； 2021.12.30：根据所选元器件组装并焊接实际电路； 2022.1.4：调试电路，排除故障，记录有关参数指标； 2022.1.6：答辩，按要求整理数据，撰写设计报告。 |
||
| 设计报告要求 |
|
||
| 指导教师 签 名 |
年 月 日 |
系主任签名： |
年 月 日 |
一、产品的技术指标、功能要求
本次实验我们需要完成制作红外线心率计。
通过课程设计指导书可知，红外线心率计就是通过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。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。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。
在这次实验中，模电部分不需要我们实际操作，我们只需要完成由门控电路控制3位计数器并进行译码、驱动、显示的部分。
其中，我们需要将由信号发生器产生的1Hz，10Vcc的信号传入MC14553芯片，再通过CD4543芯片与数码管相连，组成显示译码器，并通过555计数器组成的门控电路进行控制。要求在按下开关后，在30s内均匀的在显示屏上显示从1到30的数字，并刚好停止在30左右。
二、电子脉搏测试仪的原理（框图）
在这其中，我们只需要完成门控电路→3位计数器→译码、驱动、显示的后半部分。
具体的产生单位时间并计数显示的过程如下：
三、单元电路（门控、计数、译码）的工作原理，包括重要芯片的介绍等
1.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 定时器的仿真电路如图所示：
555 定时器的内部电路及功能符号如图所示：
由 555 接成单稳态触发器来完成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，电路如图所示：
具体过程是，按下开关形成向下的边沿，LED灯亮起，2脚电压为0，低于1/3Vcc，3脚输出高电平，计数器开始计数，此时电解电容开始充电；当电压达到2/3Vcc时，3脚输出低电平，计数器停止计数，电容放电回到低电平，返回稳定状态，定时结束。
2.三位计数电路
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，其引脚功能如图所示，有四个 BCD 码输出端 Q1～Q3，可分时输出三组 BCD 码；有三个分时同步控制信号 DS1～DS3，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。计数电路包含计数和输出驱动电路。
MC14553的具体功能如下：
计数器 MC14553 真值表如下：
计数器 MC14553 的 DS1～DS3输出为方波， 当按下 S1时，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 Q0～Q3输出。11 脚不管是高电平还是低电平，DS1～DS3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，Q0～Q3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，Q0～Q3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，Q0～Q3 输出百位要显示的数值。
MC14553工作波形图如图所示：
MC15443实际应用电路如图所示：
3.译码、驱动、显示电路
3 位计数电路、译码、驱动、显示电路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 的引脚功能如图所示。它有四个输入端：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：a～g。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。
CD4543的具体功能如下：
LED数码管的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。数码管采用共阳极的。CD4543 的真值表如下：
四、电子脉搏测试仪的设计思路及原理图
设计原理图如下:
设计思路为：
将由信号发生器产生的1Hz，10Vcc的信号传入MC14553芯片，再通过CD4543芯片与数码管相连，组成显示译码器，并通过555计数器组成的门控电路进行控制。在按下开关后，形成向下的边沿，LED灯亮起，2脚电压为0，低于1/3Vcc，3脚输出高电平，计数器开始计数，此时电解电容开始充电，此过程中均匀的在显示屏上显示从1到30的数字；当电压达到2/3Vcc时，3脚输出低电平，计数器停止计数，电容放电回到低电平，返回稳定状态，定时结束，显示屏的数字刚好停止在30左右。
五、调试的步骤和注意事项
1.调试步骤：
首先进行门控电路调试：
电路连接完毕后通电。此时，门控电路进入稳态，用数字万用表 DC 20V 挡测量 3、6、7脚与 1 脚之间的电压都为 0V；V6的 C 极与 1 脚之间的电压为 12V，V5不发光。按一下 S1按钮，门控电路输出状态发生翻转，进入暂稳态，用数字万用表 DC20V 挡测量 6、7 脚与 1 脚之间的电压，可以发现，电压是慢慢上升的，当上升到 8V 左右的时候（时间是 30 秒），门控电路输出状态又发生翻转，进入稳态，此时 555 输出端 3 脚输出低电位。用数字万用表 DC20V 挡测量 3、6、7脚的与 1 脚之间的电压，都是 0V，V6的 C 极与 1 脚之间的电压为 12V，V5不发光。如果暂稳态的时间不是 30 秒，则最后测量的心率不准确，需要调整 R17或 C6的参数来到 30 秒的要求。
之后进行剩下部分的调试。
由于门控电路的控制作用，通电后计数器 MC14553 的使能端（低电平有效）被置“1”，计数器不计数，输出的 BCD 码是 0000 即 5、6、7、9 脚的电压大约是 0V。用示波器双踪测量 DS1、DS2之间、DS2与 DS3之间波形。按一下门控电路的 S1，开始计数，计数的结果以 BCD 码的形式送到译码器进行译码，结果被送到数码管显示计数的结果。过 30 秒钟后，门控电路输出高电平，计数器使能端被置“1”，计数器停止计数。测量并记录计数器停止计数后集成电路 MC14553 及 CD4543 的引脚电压。
2.调试注意事项：
1.关于供电
最重要的是电源不能弄错，电源在连到电路板之前，一定要用万用表测量，确保不超过12V；外围的引出线（或端子），只能是一根电源，一根地线，一根信号线，可用不同颜色加以区分；调试前，先连线后开电源；调试结束，先关电源后拔线。
2.调试过程：
在电源、信号源调节正确的情况下，正常的运行结果：
电路板通电以后，初始状态，数码管亮，但定时指示灯（发光二极管）不亮；按下开关，定时指示灯点亮，同时，数码管开始计数；计数频率为1HZ，定时时长为30秒左右，相差太大的，需要调节电位器，30秒时长结束，指示灯灭，数码管停止计数。
3.电路连接：
切记要看清楚，不要连错。一旦接错线可能会对芯片造成不可逆的损伤。
4.数据测量：
运行结果正常后，测量数据填入指导书表格，测量的时候需要注意，因芯片引脚之间的间隔很小，一定要特别小心，防止两个引脚之间发生短路的现象。
5.波形测量：
波形测量时，因为设备较多，一定要注意各个连接线的红黑夹子不能短路。（测芯片引脚DS的波形时，可以用一根细导线连在示波器的夹子上，然后用细导线去点芯片的引脚，防止引脚之间短路）
六、测量数据记录
七、设计过程问题总结与心得体会
在这次数电的课程设计中，我总共遇到了如下问题：排线如何能在尽量不飞线的基础上进行设计；如何将焊错的元件重新焊接；虚焊如何解决；在调试时上电LED直接亮起；显示屏仅显示2个数字；按下开关数字不变化等问题。
为了解决这些问题，我分别采用了用方格纸进行设计，解决排线问题；同学帮忙在背后用焊枪软化焊点的同时我在前面拔出或插入元件，以解决焊错的问题；重新焊接以解决虚焊问题；反复多次进行连通性检查并和排线图纸进行对比进行调试前准备；解决LED常亮的部分采用姜老师的建议，着重在555定时器部分进行检查并标注每一点的电位进行分析，之后通过更换被击穿的三极管、更换开关、重新焊接焊错的接地线解决了这一问题；显示屏仅显示2个数字的问题通过检查那一个不显示的数字所对应的三极管，发现是虚焊导致，重新焊接解决了这一问题；按下开关数字不变化这一问题则是通过再次进行更细致的连通性检查，最终通过检查芯片底座发现有一个Vcc脚断裂，最终在底部用电阻两边的细导线缠绕底座脚并且在背面进行连接和焊接解决了这一问题。
心得体会方面，首先我发现连通性检查真的是最最好用的办法，在调试前一定一定要先进行连通性检查。我在领取芯片前只是粗略的进行了每一个焊点的连通性检查，并没有对元件间、导线内部进行细致的检查，最终导致在调试过程中反复出现问题。最终还是又经过了多次细致的检查才排除了一些低级错误；其次，元件类型一定要明确，我在焊接时就发生了一次把PNP型三极管和NPN型三极管混淆的事件，导致我只能将三极管剪除重新焊，而且有时就因为重新焊接的三极管不牢固的问题还会偶尔出现小问题，只需要把三极管扶正并且插紧一点就会解决；最后就是在焊板子的时候有时也需要一点灵感，需要一些聪明才智。在最后我发现底座发现有一个Vcc脚断裂之后，因为吸锡枪已经将焊点破坏，那一个孔已经不能再进行焊接，但是当时全局已定，更改芯片位置根本不可能，我必须在那一个点进行焊接。在思考过后我决定更换思路，既然焊接不允许，那我能不能用连接的方式解决呢？最后我用了电阻旁边的较粗的导线，缠绕芯片底座并把另一端插进去，这样就把导线跨到了旁边有焊点的位置进行焊接，最终解决了这一问题，完美的实现了功能。
在这次实验中，我遇到了不少挫折，甚至在两场考试的间隙占用本不赋予的复习时间跑到实验室进行焊接，有时被一个问题困扰好几天会让我很有挫败感。调试的最后一天，我是晚上8点的回家车票，下午1点我的调试还没有成功，当时内心几乎崩溃。但是我还是沉下心来，一个点一个点地检查，最后在下午4点的时候成功调出，并给严老师检查通过。通过这次实验，我不仅收获了动手的经验，熟悉了数电知识，更重要的是我觉得它还磨砺了我的心性，让我在焦躁时发现抱怨和焦虑不能解决任何问题，只有静下心来一步一个脚印的努力去做，最终才能收获成功。
感谢姜老师在我555定时器出现问题时让我测量电位并帮我多次分析；感谢严老师说这是她目前看到的焊的最好的板子给我鼓励，没有老师们的帮助和鼓励我不可能完成这次实验；感谢在我焦虑时给我鼓励和帮助的同学们，衷心地感谢每一位帮助过我的人！
八、附录：实物展示
文章来源：https://www.toymoban.com/news/detail-520857.html
到了这里，关于浙江理工大学数字电子技术课程设计的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容，请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持TOY模板网！
