醫(yī)用滴速計(jì) -電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)[優(yōu)秀]

1、醫(yī)用滴速計(jì) 河北工程大學(xué)一、課程設(shè)計(jì)目的加強(qiáng)實(shí)踐,提高動(dòng)手能力,將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際聯(lián)系起來(lái),掌握電子應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程.(1)掌握醫(yī)用滴液速度計(jì)的工作原理;(2)熟悉電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程和硬件實(shí)現(xiàn)的方法;(3)熟悉數(shù)字電路中相關(guān)器件的用法功能;(4)要求能用相關(guān)器件檢測(cè)液滴,并對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)和定時(shí),從而實(shí)現(xiàn)速度的計(jì)算和顯示.二、課程設(shè)計(jì)正文2.1 總體論述2.1.1具體設(shè)計(jì)任務(wù);熟悉CD4098雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、CD4013、米C14518二/十進(jìn)制同步加計(jì)數(shù)器、CD4012與非門、CD40103、CD4520、CD4001、4040、4553、4線-7段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器CC4511以及數(shù)碼

2、管LED的原理及其應(yīng)用;掌握三極管的使用方法;設(shè)計(jì)外部硬件電路;對(duì)硬件電路進(jìn)行調(diào)試.2.1.2輸入要求;NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過(guò)米C14518芯片分頻,分別產(chǎn)生 10Hz和1000Hz的脈沖,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013芯片工作.2.1.3輸出要求;能夠?qū)崟r(shí)顯示滴速,定時(shí)時(shí)間一到4553立即鎖存.2.1.4性能指標(biāo);系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性,測(cè)試應(yīng)具有較高的精確度,能達(dá)到0.001s.2.1.5實(shí)際電路所能完成的功能:實(shí)際電路能夠測(cè)試液滴的滴速(單位:滴/分鐘),并且每?jī)傻渭纯蓽y(cè)試出滴速,滴三滴數(shù)碼管顯示值就會(huì)刷新一次.本電路具有實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn),但滴速有上限,即滴速不

3、能超過(guò)100滴/分鐘,若超過(guò)了就不能正確顯示.系統(tǒng)穩(wěn)定性較好但按鍵有一定的抖動(dòng).2.1.6理論電路所能完成的功能.理論電路能夠測(cè)試液滴的滴速(單位:滴/分鐘),并不是每過(guò)一分鐘數(shù)碼管的值才刷新一次,而是滴了三滴數(shù)碼管顯示值就會(huì)刷新一次,兩滴即可測(cè)試出滴速.本電路具有實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn),但滴速有上限,即滴速不能超過(guò)100滴/分鐘,若超過(guò)了就不能正確顯示.CD4040計(jì)數(shù)周期600米s.假設(shè)已知滴速為v滴/分鐘(每滴的間隔為60/v秒),通過(guò)分析電路經(jīng)過(guò)600/(60/(0.1*v)運(yùn)算結(jié)果正好就是v,所以此電路顯示的就是每分鐘的 滴速v. 2.2 方案選型2.2.1電路的總體方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求,選擇電

4、路的總體方案如下,本系統(tǒng)分三個(gè)模塊分別是:時(shí)鐘輸入模塊、運(yùn)算模塊和動(dòng)態(tài)顯示模塊.醫(yī)用滴速計(jì)總體電路圖如圖1所示:圖1醫(yī)用滴速計(jì)總體電路圖本系統(tǒng)是測(cè)試液滴的滴速,即每60秒滴下的滴數(shù),而通過(guò)兩滴即可測(cè)試出液滴的滴速,第三滴滴下顯示刷新,為了調(diào)試方便,暫以按鍵代替?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)液滴.上電后,通過(guò)對(duì)電容充電使CD4013復(fù)位完成系統(tǒng)初始化設(shè)置,系統(tǒng)檢測(cè)是否有上升沿,若沒有檢測(cè)到上升沿回到初始化狀態(tài),當(dāng)按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013-1芯片工作,4013-1芯片Q端輸出為高電平與米C14518芯片分頻產(chǎn)生 10Hz脈沖共同經(jīng)過(guò)4001產(chǎn)生上升沿以使門1打開門2關(guān)閉cd4520計(jì)數(shù)并為40103提供預(yù)置

5、數(shù).當(dāng)按鍵第二次按下后4013-1Q端輸出電平翻轉(zhuǎn),Q非端輸出電平由低變高,并且與通過(guò)米C14518芯片分頻產(chǎn)生 1000Hz脈沖共同經(jīng)過(guò)4001產(chǎn)生上升沿以使門2打開門1關(guān)閉時(shí),cd4098-1的暫穩(wěn)態(tài)上升沿讓cd4040的R端翻轉(zhuǎn)為0,允許計(jì)數(shù),并在數(shù)碼管上顯示滴速,且讓cd4553鎖定鎖存器,當(dāng)按鍵第三次按下后4013-1Q端輸出電平翻轉(zhuǎn),Q端輸出電平由低變高開始第二次測(cè)速.否則顯示第一次的滴速.系統(tǒng)工作流程圖如圖2所示:顯示最終計(jì)數(shù)結(jié)果開始初始狀態(tài)上升沿觸發(fā)輸入計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)上升沿2次觸發(fā)否是計(jì)數(shù)器2減計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器3定時(shí)器開啟計(jì)數(shù)器4加計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器3定時(shí)截止否是圖2系統(tǒng)工作流程圖2.2.2各

6、單元電路方案及集成電路2.2.2.1時(shí)鐘輸入模塊NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過(guò)米C14518芯片分頻,分別產(chǎn)生 10Hz和1000Hz的脈沖,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013芯片工作.4013輸出分別與10Hz和1000Hz的脈沖共同作用通過(guò)4001產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)運(yùn)算電路模塊工作,輸入及時(shí)鐘模塊電路如圖4所示:圖3輸入及時(shí)鐘模塊2.2.2.2運(yùn)算模塊運(yùn)算模塊是系統(tǒng)的核心部分,其模塊電路如圖4所示圖4 運(yùn)算模塊2.2.2.3顯示模塊本系統(tǒng)中顯示模塊采用動(dòng)態(tài)顯示,其模塊電路如圖5所示:圖5 顯示模塊2.3.3主要芯片介紹2.3.3.1 CD4013CD4013是一雙D觸發(fā)器,

7、由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成.每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q及Q輸出,此器件可用作移位寄存器,且通過(guò)將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入,可用作寄存器和觸發(fā)器.在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí),加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端.置位和復(fù)位與時(shí)鐘無(wú)關(guān),而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成.真值表引腳圖如下:表1 CD4013真值表CL(Note 1)DRSQQ0000110010x00QQxx1001xx0110xx1111圖6 CD4013引腳圖2.3.3.2 CD4518CD4518是二、十進(jìn)制(8421編碼)同步加計(jì)數(shù)器,內(nèi)含兩個(gè)單元的加計(jì)數(shù)器,其功能表如真值表所示.每單個(gè)單元有兩個(gè)時(shí)

8、鐘輸入端CLK和EN,可用時(shí)鐘脈沖的上升沿或下降沿觸發(fā).由表可知,若用EN信號(hào)下降沿觸發(fā),觸發(fā)信號(hào)由EN端輸入,CLK端置“0”;若用CLK信號(hào)上升沿觸發(fā),觸發(fā)信號(hào)由CLK端輸入,EN端置“1”.RESET端是清零端,RESET端置“1”時(shí),計(jì)數(shù)器各段輸出端Q1Q4均為“0”,只有RESET端置“0”時(shí),CD4518才開始計(jì)數(shù).CD4518采用并行進(jìn)位方式,只要輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖,計(jì)數(shù)單元Q1翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1為1,Q4為0時(shí),每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖,計(jì)數(shù)單元Q2翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1=Q2=1時(shí),每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q3翻轉(zhuǎn)一次;當(dāng)Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1時(shí),每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖Q4翻轉(zhuǎn)一次.這樣

9、從初始狀態(tài)(“0”態(tài))開始計(jì)數(shù),每輸入10個(gè)時(shí)鐘脈沖,計(jì)數(shù)單元便自動(dòng)恢復(fù)到“0”態(tài).若將第一個(gè)加計(jì)數(shù)器的輸出端Q4A作為第二個(gè)加計(jì)數(shù)器的輸入端ENB的時(shí)鐘脈沖信號(hào),便可組成兩位8421編碼計(jì)數(shù)器,依次下去可以進(jìn)行多位串行計(jì)數(shù).其真值表引腳圖如下:表2 CD4518真值表圖7 CD4518引腳圖2.3 電路工作原理系統(tǒng)上電后,電容C2相當(dāng)于短路,CD4013的復(fù)位端為高電平復(fù)位.充電完畢,C2相當(dāng)于斷路,CD4013開始工作.4013-1芯片的CLK端為高電平,按鍵按下后產(chǎn)生上升沿以觸發(fā)4013-1芯片工作,且Q端輸出高電平與NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過(guò)CD4518芯片分頻產(chǎn)

10、生 10Hz脈沖共同經(jīng)過(guò)4001產(chǎn)生上升沿以使門1打開門2關(guān)閉,計(jì)算器1(CD4520)開始計(jì)脈沖數(shù),并將此數(shù)預(yù)置到計(jì)算器2(CD40103)中.當(dāng)按鍵第二次按下后CD4013-1輸出電平翻轉(zhuǎn),Q端輸出電平由高變低,Q非端輸出電平由低變高,并且與NE555及外圍電路產(chǎn)生10000Hz脈沖并通過(guò)CD4518芯片分頻產(chǎn)生 1000Hz脈沖共同經(jīng)過(guò)4001產(chǎn)生上升沿以使門2打開門1關(guān)閉時(shí), CD4098-1的暫穩(wěn)態(tài)上升沿讓CD4040的R端翻轉(zhuǎn)為0,允許計(jì)數(shù),且讓cd4553鎖定鎖存器,此時(shí)暫穩(wěn)態(tài)的高電平讓cd4553的計(jì)數(shù)器部分清零.在CD4040計(jì)數(shù)未到600米s時(shí)CD4520的R復(fù)位輸入端為0

11、無(wú)效,仍然保持第一個(gè)時(shí)間段的計(jì)數(shù)值,總為CD40103提供預(yù)置數(shù)據(jù).CD4040和CD40103共用同一個(gè)時(shí)鐘源.在600個(gè)米s脈沖內(nèi)CD40103總在從開始的預(yù)置數(shù)減到零,每減到零時(shí)CO就出現(xiàn)一個(gè)負(fù)脈沖,CD4553就加1,CO共產(chǎn)生600/(60/v/0.1)次負(fù)脈沖.到600米s時(shí)CD4013-2的輸出翻轉(zhuǎn)會(huì)讓CD4040的R端翻轉(zhuǎn)為1,讓CD4040一直復(fù)位且CD4553的計(jì)數(shù)值進(jìn)入其內(nèi)部鎖存器部分并顯示.這樣600米s以后CD40103的CO就會(huì)保持低電平,不會(huì)有脈沖變化了.CO產(chǎn)生600/(60/v/0.1)次負(fù)脈沖,數(shù)碼管就會(huì)顯示滴速.從而兩滴即可測(cè)得滴速,且當(dāng)?shù)谌蔚蜗聲r(shí)顯示刷

12、新即開始新的一次的測(cè)速.并且兩滴間隔越長(zhǎng),精度就越高2.4器件清單表3 器件清單電阻1k1個(gè)40132個(gè)電阻10k1個(gè)40012個(gè)電阻1007個(gè)45111個(gè)電阻3k3個(gè)共陰數(shù)碼管3個(gè)開關(guān)1個(gè)40981個(gè)電容3個(gè)40401個(gè)401031個(gè)40121個(gè)45201個(gè)45531個(gè)45182個(gè)PNP3個(gè)三、課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)兩個(gè)周的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì),完成了數(shù)字滴速記的設(shè)計(jì)和調(diào)試,從早期的系統(tǒng)需求分析到原理框圖和電路圖的繪制,到計(jì)算機(jī)仿真,為便于焊接調(diào)試,采取了PCB板的繪制,最后對(duì)照PCB圖進(jìn)行焊接,由于用萬(wàn)用版進(jìn)行搭建電路,難免會(huì)有焊錯(cuò)的地方,由于有圖紙進(jìn)行對(duì)照很容易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤之處,還有計(jì)算機(jī)仿真作為理論結(jié)果的參考,大大加快了電路搭建的速度和質(zhì)量.通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)學(xué)到了很多東西也遇到了較多問(wèn)題.（1） 在焊接CD4511顯示部分的時(shí)候,我們通過(guò)仿真正確,在焊接完成后發(fā)現(xiàn)亂碼現(xiàn)象,肯定是段碼對(duì)應(yīng)不對(duì),對(duì)照從網(wǎng)上下載到的手冊(cè)和老師給的資料檢查沒有錯(cuò)誤,最后對(duì)照仿真圖,發(fā)現(xiàn)兩者引腳不一致,然后抱著試試看的心態(tài),按照仿真圖的引腳順序焊接了一遍,最后正確的數(shù)據(jù)出來(lái)了.（2） 由于連續(xù)焊接3個(gè)小時(shí)以上,難免有錯(cuò)誤,導(dǎo)致電路最最關(guān)鍵的計(jì)算部分出錯(cuò),所有