毕业设计(论文)弱信号检测与转换电路的设计.doc
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1、目 录摘 要:1ABSTRACT:2引 言:3任务与要求:5第一章 放大电路61.1基本放大电路的工作原理61.3负反馈功能和用途简介111.4 放大电路的信号仿真波形示意图:13第二章 滤波电路142.1 滤波电路概述142.2无源滤波电路152.3 有源滤波电路162.4 两种滤波电路的优差和选用182.5 滤波过后的仿真波形示意图:19第三章 转换电路203.1 ADC0809的原理和功能介绍20第四章 单片机简介及运用224.1 8051单片机简介22第五章 转换与储存245.1 ADC0809与8051的接口电路245.2 ADC0809与8051的接口程序25第六章 总体设计电路2
2、66.1总体流程框图266.2设计电路原理图266.3总电路印刷板图30第七章 总结32第八章 谢 辞33第九章 参考文献34弱信号检测与转换电路的设计基于心电信号的设计摘 要: 弱信号检测电路是一种运用电子原器件组成的一个能够完成对弱信号的检测。如:对心电信号的检测。它是由滤波电路、放大电路、A/D转换电路和计算机存储等部分组成。 通过放大电路我们可以将输入的微弱的电信号放大,使得以后的电路能够对信号进行处理放大。它通过滤波电路,放大电路可以将很微弱的电信号较清晰的分析出来,并通过示波器等模拟信号显示设备较完整准确的显示出来,并可以通过A/D转换电路,将模拟信号存入计算机当中,为以后信号的处
3、理和再次应用提供了必要的前提条件。所以,弱信号检测与转换电路的设计的成功对心电信号的检测与利用有极为重要的作用,最终对医学方面的发展起到了很大的推动作用。关键词:弱信号 弱信号检测 滤波电路 放大电路 A/D转换电路Abstract:The weak signal examination electric circuit is an examination that can complete to the weak signal that a kind of spare part with original usage electronics constitutes.Such as:To th
4、e examination of heart telecommunication number.It from filter an electric circuit and enlarge electric circuit, the A/D conversion electric circuit and calculator saving etc. part to constitute.Pass to enlarge electric circuit us can will input of the weak telecommunication number enlarge, can make
5、 the later electric circuit carry on a processing to enlarge to the signal.It passes to filter an electric circuit, enlarging the electric circuit can come out very weak telecommunication number clearer analysis, and pass to show the more complete and accurate manifestation of the manifestation equi
6、pments of the emulation signal of a machine etc. to come out, and can pass the A/D conversion electric circuit, deposit the emulation signal into the calculator in the middle, is later signal of processing with again applied provide necessary of prior condition.So, the success ofwith design of the w
7、eak signal examination and conversion electric circuit has extremely important function to examination and exploitation of heart telecommunication number, end have very great push to the developments of medical sciences function.Key word:The weak signal Weak signal examination filters An electric ci
8、rcuit to enlarge The electric circuit A/D conversion electric circuit引 言: 人体最重要的身体器官莫过于心脏,它是人体血液循环的动力源。它的运动机能运动正确与否直接影响着整个人体能否正常运行,血液循环不仅是为人体提供营养与氧的交换,还影响各个身体器官的运行状况,所以说心脏是人体最重要的器官,也是最为重要的组成部分。 心脏病和肿瘤是发达国家患病率、死亡率最高的两种疾病,随着人口老龄化,心脏患者呈逐渐上升的趋势。我国早在20世纪80年代统计数据表明心血管病死亡率为119.34/10万,是总死亡的21.49%位居第一。近年来,高血
9、压心脏病和心率失常显上升趋势。 正常心脏处于胸腔内,它所处的位置,与周边脏器关系十分稳定。在生理状况下,每个人心脏的大小、重量、容量都是相对稳定的,因此心脏的生理过程容易用物理、生化、数学术语表示。心脏的生物信号易于获取、规范化和解释。以心动周期为例,心脏规律运动,使得心脏在运动各期的状态,各房室腔内压力,心音节律和强弱、心电活动都有着恒定的规律。这样,我们采集到的各种数据易于标准化,易于提取具有医学诊断的特征参数,也易于对数据本身或其变化做出解释。心电图、心音图、房室腔压力曲线就是计算机信息技术对临床数据应用的代表。 心脏的大小:医生可以通过扣诊心脏的浊音界而描绘心脏的大小和形态。心浊音界的
10、各数据是以前正中线为纵轴,为横轴形成坐标点,各坐标点与前正中线的垂直距离构成了正常值数据。当我们将这些坐标点相连,便显示正常心脏外形和大小,当心脏发生病变时,其外形和大小常产生变化,这些坐标点随之产生位移,其连线构成的图形常显示特征性病变。例如当心浊音界为“靴形”时提示可能为主动脉关闭不全;为“犁形”时,提示可能为二尖瓣狭窄;“烧瓶样”时,提示可能为心包积液。计算机对这些数据的利用将自动地在病历描绘相应的心浊音界图,并提示疾病可能。 心跳频率(每两次心跳间的时间)、心跳节律(心跳之间的间隔规律)、心音高低(音频赫兹数),以及异常心音产生的阶段,这些数据都易于规范化定义。因此,医生都能够利用计算
11、机处理这些数据,也可以利用计算机信息技术处理这些生物信号,从而得到更为精确的心音图,为临床诊疗服务。 心脏实验室检查项目很多,常见的有: 临床生化检查:如血液肌酸激酶及其同工酶、乳酸脱氢酶测定等,嵌入计算机及应用软件的全自动生化分析仪可以快速准确地提供检测到的数据。心电图:是心脏科最常用的检测手段,也是使用计算机处理的结果,运动心电图和24小时连续记录心电图(Holter)则是它的更进一步发展。此外,还有着冠状动脉造影、超声心动图等检测方法。而在心脏病的治疗方面有着心脏科的电子病历以及心脏介入性治疗等,包括瓣膜球囊扩张术、冠状动脉球囊扩张术、冠状动脉支架置入术、心律失常射频销蚀术等,均可以通过
12、血液数字减影(DSA)中的计算机系统,生成数字图象,为远距离会诊的医生同步共享。 所以怎样将来源心脏的震动通过转换,变成电信号,再将电信号通过特殊电路转换成能够被医疗机械识别的信号,这样就可以对心脏的机能有大概的了解!我们所设计的电路就是将检测到的弱信号,经过滤波电路、放大电路、A/D转换电路和计算机存储等,使得相关信息可以很好的保存下来!为其他提供可用的参数!任务与要求:1、 信号来源于心电信号。幅值为10V4mV,典型值为1mV,频率为0.05Hz250Hz,频谱能量主要集中在0.25Hz35Hz之间。2、 将检测到的信号幅值经放大电路、滤波电路后信号幅值能达到A/D转换器的输入信号幅值要
13、求(03.3V)。3、 将模拟信号转换为数字信号后存储于计算机中:设置其采样频率。4、 用PROTEL画原理图与印制板电路图,用WAVE编制相应程序。 第一章 放大电路1.1基本放大电路的工作原理 放大电路的主要技术指标: 放大电路的性能如何是由它的性能指标来衡量的,而且性能指标决定了放大电路的应用范围。放大电路的性能指标很多下面我们讨论几个主要性能指标。 1.1.1 放大倍数放大倍数又称为增益,是衡量一个放大电路放大能力的指标.放大倍数愈大,则放大电路的放大能力愈强。 放大倍数定义为输出信号与输入信号的比值,根据输入输出端所取的是电压信号或电流信号的不同又可分为电压放大倍数,电流放大倍数等。
14、(1) 电压放大倍数Au输出电压对输入电压的比值,用Au 表示即:= 上式是不考虑输入信号通过放大电路时可能产生相位移的情况,严格地说,应该是用输出电压和输入电压的相量之比表示电压放大倍数。(2) 电流放大倍数Ai同理,可用输出电流的有效值与输入电流的有效值之比,用Ai表示,即:= 在工程上,Au和Ai 常用以10为底的对数增益表示,这种表示方法也称为放大倍数的分贝表示法。可写为:=20=20当放大倍数小于1时,则用分贝表示的增益为负数.用非分贝表示的放大倍数公式中出现的负号,则表示输出与输入电压相位相反。1.1.2输入电阻Ri输入电阻是衡量一个放大电路向信号源索取的电流的大小。输入电阻愈大,
15、则放大电路向信号源索取的电流愈小,同时,输入回路的电路在信号源内阻Rs上的电压降又愈小,因次,放大电路输入端得到的电压Ui与信号源电压Us的数值愈接近。输入电阻是从放大电路输入端看进去的电阻:Ri=1.1.3输出电阻Ro输出电阻是一个表征放大电路带负载能力的参数。对于电压输出,Ro愈小,带负载能力愈强,即负载变化时放大电路输出给负载的电压基本不变,而对于电流输出,Ro愈大,则带负载能力愈强,即负载变化时放大电路输出给负载的电流基本不变. 输出电阻是从放大电路输出端看进去的电阻,当输入端信号电压Us等于零,输出端开路,即载电阻RL为无穷大时,输出电压Uo与相应的输出电流Io之比,既: Ro=Uo
16、/Io (Us=0;RL =)1.1.4最大输出幅度UOM指当输入信号增大,使输出波形不失真时的最大输出幅度,用UOM表示,一般指输出正选交流信号的最大值。1.1.5最大输出功率与效率放大电路的最大输出功率,表示在输出波形基本上不失真的情况下能够向负载提供的最大输出功率,用POM表示。 前面已提大放大电路是利用三极管的控制作用将放大电路中智力电源的能量转换为交流。输出能量,既然放大的过程实质上是一个能量转换的过程,因此肯定存在转换效率。即:=POM/Pv式中Pv指支流电源提供的功率。1.1.6失真系数由于放大管输入。输出特性的非线形,即使工作在放大区内,输出波形仍然难免出现或多或少的失真,这种
17、失真叫非线形失真。集体表现为,当输入一定频率的正选波信号时,放大电路的输出波形中,除了由输入信号频率决定的基波成分外,还可以出现二次谐波,三次谐波甚至更高次谐波成分。定认失真系数为: THD= 式中I1为输出电流的基波幅值,Inm为二次谐波以上的各谐波分量幅值。1.1.7通频带通频带反映了放大电路对输入信号频率变化的适应能力。由于放大电路中电抗元件的电抗值与频率有关,因此它的电压放大倍数的值和相位都随频率发生变化.通常在中间一段频率范围内,受电抗元件影响最小,其放大倍数基本不变,而当频率过高或过低时,放大倍数都将下降。我们把放大倍数下降到中频放大倍数Aum的0.707倍的两个点所限定的频率范围
18、称为放大电路的通频带,用符号fbw表示。 在图2的单管共射极放大电路中,=50,设三极管的输入,试用图解法求放大电路的电压放大倍数AU=? 图2 单管共射极放大电路 本例虽然只要求放大电路的动态技术指标AU,但分析的一般过程仍应是先静态后动态。在确定静态工作点的基础上再求AU. IBQ=0.08mA ICQ=IBQ=500.08mA4mA UCEQ = VCCICQRC=20V4mA2.5K=10V负载线方程为: UCE=VCCicRC=202.5ic假设基极电流iB在Q点附近上下各变化40A,即从iB2=40A增加到iB1=120A,由图2.2.5中的输入特性曲线可知,当三极管的工作点由B点
19、移动到A点时,相应uBE的变化范围为从uBE2=0.67V增至uBE1=0.73V.在图2.2.6所示的输出特性曲线上,当IB由40A增加到120A时,三极管的工作点从B点沿负载线移动到A点,相应的集电极电压UCE则从15V减小到5V,由此可求得放大电路的电压放大倍数为 AU=u0/ui=(UCE1UCE2)/(UBE1UBE2)=(515)/(0.730.67)=-167(1)交流信号在放大电路中的传输通路称为交流通路.画交流通路的原则是:在信号频率范围内,电路中耦合电容的容抗很小,可视为短路;而直流电源的内阻一般很小,也可忽略,可视为短路. (2)交流通路可见,交流电压uCE与交流电流iC
20、之间的关系可由下式表示: ic=-uCE/RL其中RL=Rc/RL 上式表示的是交流量之间的关系,它也是一条直线,而此直线的斜率是1/RL,而不是1/Rc了,我们把斜率为1/RL的这条直线称为交流负载线.它表示动态时工作点移动的轨迹.一般来说,由于RL小于Rc,由此交流负载线比支流负载线更陡.但是仅仅知道交流负载线的斜率还不能完全决定这条直线的位置.为此还必须确定该直线上的一个点.如图2.10所示.经过分析可以知道,静态工作点Q一定也在交流负载线上.因为当放大电路加上正选输入电压ui时,工作点将在交流负载线上移动,但是当输入电压ui的交流瞬时值等于零时,相当于放大电路处于静态时的情况.所以,此
21、时放大电路的工作点既在交流负载线上,又在静态工作点Q上,可见交流负载线必须通过Q点.1.2多级放大电路1.3负反馈功能和用途简介 负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用,虽然它使放大器的放大倍数降低,但能在多方面改善放大器的动态指标,如稳定放大倍数,改变输入。输出电阻,减小非线形失真和展宽通频带等。应此,几乎所用的实用放大器都带有负反馈。负反馈放大器有4种组态,既电压串联.电压并联.电流串联.电流并联。此设计以电压串联负反馈为例,分析负反馈对放大器各项性能指标的影响。1.3.1电压串联负反馈放大器的主要性能指标图3-1为带有负反馈的两极阻容耦合放大电路。在电路中通过 Rf把输出电压U0(C3的正
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- 毕业设计 论文 信号 检测 转换 电路 设计
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