【正文】 的模式，只有一些應(yīng)遵循的原則： ’ 1．注意電子裝置的重心平衡與穩(wěn)定。應(yīng)從全局出發(fā)，決定電子裝置各部分的空間位置。 電子電路安裝布局分電子裝置整體結(jié)構(gòu)布局和電路板上元器件安裝布局兩種。安裝技術(shù)與工藝的優(yōu)劣 ，不僅影響外觀質(zhì)量，而且影響電子產(chǎn)品的性能，并且影響到調(diào)試與維修，因此，必須給予足夠的重視。 電子電路安裝與調(diào)試 電子電路設(shè)計完畢以后，需要進行電路安裝。 成都信息工程學院電子基礎(chǔ)教學實驗中心實驗指導系列教材 14 ⑥在保證電路性能的前提下，盡可能設(shè)法降低成本，減少器件品種，減小元器件的功耗和體積，為安裝調(diào)試創(chuàng)造有利條件。 ④電阻值盡可能選在 1MΩ范圍內(nèi)，最大一般不應(yīng)超過 10MΩ，其 數(shù)值應(yīng)在常用電阻標稱值系列之內(nèi)，并根據(jù)具體情況正確選擇電阻的品種。 ③涉及元器件的極限參數(shù) (例如整流橋的耐壓 )時，必須留有足夠的裕量，一般按 倍左右考慮。對于 一般情況，計算參數(shù)應(yīng)注意以下幾點： ①各元器件的工作電壓、電流、頻率和功耗等應(yīng)在允許的范圍內(nèi)，并留有適當裕量，以保證電路在規(guī)定的條件下，能正常工作，達到所要求的性能指標。例如，在設(shè)計積分電路時，不僅要求出電阻值和電容值，而且還要估算出集成運放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)、差模輸入電阻、轉(zhuǎn)換速率、輸入偏置電流、輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流及溫漂，才能根據(jù)計算結(jié)果選擇元器件。設(shè)計者應(yīng)當熟悉各種常用電阻和電容的種類、性能和特點，以便根據(jù)電路的要求進行選擇。 3．阻容元件的選擇 電阻和電容是兩種常用的分立元件，它們的種類很多，性能各異。因此，必要時 CMOS器件仍需 +15V電源供電，此時， CMOS器件與 TTL器件之間必須加電平轉(zhuǎn)換電路。 成都信息工程學院電子基礎(chǔ)教學實驗中心實驗指導系列教材 13 對器件性能的要求 推薦選用的器件種類 工作頻率 其他要求 產(chǎn)品種類 不高 (例如 5MHz 以下 ) 使用方便、成本低、不易損壞 肖特基低功耗 TTL 高 (例如 30MHZ) 高速 TTL 較低 (例如 1MHz 以下 ) 功耗小或輸入電阻大，或抗干擾 普通 CMOS 較高 容限大，或高低電平一致性好 高速 CMOS 表 11 選用 TTL 和 CMOS 的規(guī)則 ④ CMOS器件可以與 TTL器件混合使用在同一電路中，為使二者的高、低電平兼容， CMOS器件應(yīng)盡量使用 +5V電源。 ③同一種功能的數(shù)字集成電路可能既有 CMOS產(chǎn)品，又有 TTL產(chǎn)品，而且 TTL器件中有中速、高速、甚高速、低功耗和肖特基低功耗等不同產(chǎn)品， CMOS 數(shù)字器件也有普通型和高速型兩種不同產(chǎn)品，選用時一般情況可參考表 11。 選用集成電路時，除以上所述外，還必須注意以下幾點： ①應(yīng)熟悉集成電路的品種和幾種典型產(chǎn)品的型號、性能、價格等，以便在設(shè)計時能提出較好的方案，較快地設(shè)計出單元電路和總電路。為此就必須了解 8038的具體性能和價格。 2．怎樣選擇集成電路 集成電路的品種很多，選用方法一般是“先粗后細”，即先根據(jù)總體方案考慮應(yīng)該選用什么功能的集成電路，然后考慮具體性能，最后根據(jù)價格等因素選用某種型號的集成電路。若采用集成運放構(gòu)成同頻率的正弦波信號發(fā)生器，由于寬頻帶集成運放價格高，成本必然高。但是，不要以為采用集成電路一定比用分立元件好，有些功能相當簡單的電路，只要一只二極管或三極管就能解決問題，若采用集成電路反而會使電路復雜，成本增加。例如： +5V直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓電路，以前常用晶體管等分立元件構(gòu)成串聯(lián)式穩(wěn)壓電路，現(xiàn)在一般 都用集成三端穩(wěn)壓器 7805構(gòu)成。 1．一般優(yōu)先選用集成電路 集成電路的應(yīng)用越來越廣泛，它不但減小了電子設(shè)備的體積、成本，提高了可靠性，安裝、調(diào)試比較簡單，而且大大簡化了設(shè)計，使數(shù)字電路的設(shè)計非常方便。怎樣選擇元器件呢，必須搞清兩個問題。 圖 116 控 制電路 圖 117 脈搏計的總體電路圖 成都信息工程學院電子基礎(chǔ)教學實驗中心實驗指導系列教材 12 元器件的選擇 從某種意義上講，電子電路的設(shè)計就是選擇最合適的元器件，并把它們最好地組合起來。 控制電路 控制電路的作用主要是控制脈搏信號經(jīng)放大、整形、倍頻后進入計數(shù)器的時間，另外還應(yīng)具有為各部分電路清零等功能，如圖 116 所示。 因為人的脈搏數(shù)最高是 150次／ min，所以采用 3位十進制計數(shù)器即可。 (3)基準時間產(chǎn)生部分的電路圖 如圖 114 所示。選用 CC4060 14位二 進制計數(shù)器對 32． 768kHz進行 14次二分頻，產(chǎn)生一個頻率為 2Hz的脈沖信號，然后用雙 D觸發(fā)器 CC4013進行二分頻得到周期為 1s的脈沖信號。為了保證基準時間的準確，采用了石英晶體振蕩電路，石英晶體的主頻為 32． 768kHz，反相器采用 CMOS器件， R15可在 5～ 30MΩ 范圍內(nèi)選擇， R16可在 10～ 150kΩ 范圍內(nèi)選擇，振蕩頻率基本等于石英晶體的諧振頻率，改變 C7的大小對振蕩頻率有微調(diào)的作用。 由框圖可知，該電路由秒脈沖發(fā)生器、十五分 頻電路和二分頻電路組成。 基準時間產(chǎn)生電路 基準時間產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一個周期為 30s(即脈沖寬度為15s)的脈沖信號，以控制在 15s內(nèi)完成一分鐘的測量任務(wù)。由兩個二倍頻電路就構(gòu)成了四倍頻電路。 電容器 c的作用是為了增加延遲時間，從而加大輸出脈沖寬度。 倍頻電路的形式很多，如鎖相倍頻器、異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復雜，圖 14 傳感器信號調(diào)節(jié)原理電路 圖 15 同相放大器電路 圖 16 二階有源濾波電路 圖 17 施密特整形電路和電平轉(zhuǎn)換電路 圖 18 放大與整形部分電路 成都信息工程學院電子基礎(chǔ)教學實驗中心實驗指導系列教材 9 成本比較高，所以這里采用了能滿足設(shè)計要求的異或門組成的 4倍頻電路，如圖 19所示。 (2)放大 與整形部分電路 如圖 18所示。由于 LM339屬于集電級開路輸出，使用時輸出端應(yīng)加 2kΩ 的上拉電阻。電源電壓177。 4)整形電路：經(jīng)過放大濾波后的脈搏信號仍是不規(guī)則的脈沖信號，且有低頻干擾，仍不滿足計數(shù)器的要求，必須采用整形 電路，這里選用了滯回電壓比較器，如圖 17 所示，其目的是為了提高抗干擾能力。為了使脈搏信號放大到整形電路所需的電壓值，通常電壓放大倍數(shù)選用 。 5V，放大電路的電壓放大倍數(shù)為 10倍左右， 電路參數(shù)如下： R4=100kΩ ， R5=910kΩ ， R3為 10kΩ 電位器， C1=100μ F。用 +5V電源供電， R1取500Ω， R2取 10kΩ。 1）傳感器：傳感器采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況，把脈搏跳動轉(zhuǎn)換為電信號，其原理電路如圖 14 所示。放大后的信號波形是不規(guī)則的脈沖信號，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計數(shù)器的要求。 4次／ min，在滿足設(shè)計要求的前提下，應(yīng)盡量簡化電路，降低成本，故選擇 方案Ⅰ。 （ 2）方案比較 方案Ⅰ結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，但測量精度偏低；方案Ⅱ電路結(jié)構(gòu)復雜，成本高，測量精度較高。 6) 可預置 8 位計數(shù)器 以 8 位二進制計數(shù)器輸出值（如 50）作為預置數(shù)，對 3000個脈沖進行分頻，所得的脈沖數(shù)（如得到 60個脈沖信號），即心率，從而完成計數(shù)值換傳感器 放大與整形 倍頻器 基準時間產(chǎn)生電路 控制電路 計數(shù)譯碼顯示 圖 11 脈搏計方案 I 成都信息工程學院電子基礎(chǔ)教學實驗中心實驗指導系列教材 7 成每分鐘的脈搏次數(shù)。 4) 8 位二進制計數(shù)器 對通過門控電路的基準脈沖進行計數(shù)，例如 5 個脈搏周期為5s，即門打開 5s的時間，讓 8位二進制計數(shù)器，顯然計 數(shù)值為 50，反之，由它可相應(yīng)求出 5個脈沖周期的時間。 2) 基準脈沖 (時間 )發(fā)生器 產(chǎn)生周期為 。 1 次／ min。 方案Ⅱ 如圖 12所示。用這種方案測量的誤差為177。 7)電源電路 按電路要求提供符合要求的直流電源。 5)控制電路 用以保證在基準時間控制下，使 4倍頻后的脈沖信號送到計數(shù)、顯示電路中。如將 15s內(nèi)傳感器所獲得的信號頻率 4倍頻，即可得到對應(yīng)一分鐘的脈沖數(shù)，從而縮短測量時間。 2)放大與整形 電路將傳感器的微弱信號放大，整形除去雜散信號。 選擇總體方案 (1)提出方案滿足上述設(shè)計功能可以實施的方案很多，現(xiàn)提出下面兩種方案。由給出的設(shè)計技術(shù)指標可知，脈搏計是用來測量頻率較低的小信號 (傳感器輸出電壓一般為幾個毫伏 )，它的基本功能應(yīng)該是： ①用傳感器將脈博的跳動轉(zhuǎn)換為電壓信號，并加以放大、整形和濾波 。正常人脈搏數(shù)為 60~80次／ min，嬰兒為 90～ 100次／ min，老人為 100～ 150次 /min。 下 面以設(shè)計脈搏計為例來說明設(shè)計的一般方法與步驟。 由于電子電路種類繁多，千差萬別，設(shè)計方法和步驟也因情況不同而各異，因而上述設(shè)計步驟需要交叉進行，有時甚至會出現(xiàn)反復。 優(yōu)秀：在良好基礎(chǔ)上，擴展部分電路設(shè)計正確安裝調(diào)試成功；或選綜合提高部分的設(shè)計題目電路設(shè)計、安裝調(diào)試正確。 中等： 在及格的基礎(chǔ)上，小組答辯回答問題全部正確。⑤設(shè)計過程中的學習態(tài)度、工作作風和科學精神。③總結(jié)報告。 5．評分 課程設(shè)計結(jié)束后，教師將根據(jù)以下幾方面來評定成績：①設(shè)計方案的正確性與合理性。⑥收獲體會、存在問題和進一步的改進意見等。 ⑤電路 調(diào)試。③方案選擇與論證。