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课程设计报告(参考稿) 生物电脉冲计数器一、功能要求装置能对动物的生物电脉冲在一段确定的时间(一分钟)内进行计数。设输入信号如下图所示,有用信号脉冲幅度在 ~ 之间, 以下是噪波信号。二、参数要求输入电阻大于 500k Ω,计数范围为 20~ 300 。三、方案选择因为输入信号微弱,应先对其放大后再进行其它处理。因放大后的信号包含有噪波且有用脉冲波形不规则,须将有用脉冲分离出来后进行整形,由此得到计数脉冲。由于是在固定的时间内对脉冲计数,所以计数部分实质上是一个简易频率计,按频率计的工作原理进行考虑,电路应包含定时闸门、计数、锁存、译码、驱动及控制电路这一些功能单元。根据上述考虑,可得电路的方框图如图 1所示。放大整形闸门计数锁存译码显示驱动 LED 显示器控制电路 CR LE 输入 Vi图1 考虑到几部分电路的配合,将信号脉冲与噪波的分界电平( )放大后的值设定为 1V ,将整形电路输出的计数脉冲幅值设为 5V 。图1中控制电路产生的闸门控制信号 C、锁存信号 LE 和清零信号 R的时序关系如图 2所示。闸门控制信号 C是周期为 120S 的方波,它的高电平期间闸门打开,计数器计数;锁存脉冲 LE 在C的下跳沿产生,清零信号 R的脉冲(低电平)出现在锁存脉冲之后并在控制脉冲的低电平期间。控制电路还包含时钟振荡器。四、单元电路设计⒈放大电路因输入信号微弱,放大电路选用图 3所示弱信号放大器。 0 0 0 在电路对称时,放大倍数 A V=?? 32 3ii OVV V 6 93 541R RR RR?????????? C LE R 60S 图2图3 参考教材给出的电路适当选择 R 4、R 5、R 6和R 9的值如 3图所示,用 Pspice 对R 3进行参数扫描,选取合适的值以满足放大倍数的要求。用分段线性源 V S 模拟输入信号,其波形如图 4 上部所示曲线;图 4 下部为 R 3 扫描到 11k 时的仿真输出波形。由图可见,当输入信号电平为 时,输出电平为 1V ,达到设计方案中的设定。对电路进行交流扫描,得输入电阻 R i =( V i2 -V i1) /I s =1M Ω,扫描结果如图5所示。图4图5 ⒉整形电路采用比较器可将噪波去掉并同时达到对有用脉冲整形得目的。图6是整形电路。 0 0 +12V -12V Vp U1D LM324 14 12 13 4 11 OUT + - V+ V- R12 11k R13 1k R14 1k D2 D1N750 VO3 图7 是整形电路瞬态分析的结果,输入信号是放大电路的输出信号 V O3,其 1V 以下代表噪波的部分在输出信号 V P中已去掉;而1V 以上代表有用脉冲的部分已整形为矩形脉冲,电路达到需要的效果。图6图7 ⒊控制电路控制电路包括时钟振荡器和脉冲分配器两部分,时钟振荡器用 555 定时器构成,控制脉冲由十进制计数/分配器 CD4017 产生。 CD4017 在计数状态时的输出信号如图 8所示,可以用它的进位输出信号 Q CO作为闸门控制信号,用输出信号 Y5 作为锁存信号,将输出信号 Y7 反相后作为计数器的清零信号。 Qco 的脉冲 cp Y1 Y3 Y2 Y4 Y5 Y6 Y7 Y8 Y9 Y0 Qco LE R C宽度为计数时