1、引言當(dāng)今社會(huì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，日新月異，尤其電子信息技術(shù)突飛猛進(jìn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，電子新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，也豐富了我們的物質(zhì)文化生活。電子止鼾器是一種能在使用者打鼾時(shí)發(fā)出微弱電脈沖信號(hào)從而刺激使用者改變睡眠姿勢(shì)的電子產(chǎn)品。由于打鼾既有損于身體健康，又影響他人休息；針對(duì)這種情況，我們研發(fā)出這種產(chǎn)品，由于它工作簡(jiǎn)單，使用方便。激發(fā)電脈沖信號(hào)不會(huì)對(duì)人體構(gòu)成傷害。長(zhǎng)期使用該止鼾器可幫助打鼾者改變這種不良習(xí)慣，從而有利于人們身心健康的發(fā)展。因此，我們有理由相信我們的產(chǎn)品具有良好而廣泛的市場(chǎng)前景，會(huì)得到廣大使用者的認(rèn)可和喜愛(ài)。 我們?cè)O(shè)計(jì)的這個(gè)課題很多不足之處，希望給予改

2、正。第1章 概 述1.1 止鼾器止鼾器作為一種新型的電子產(chǎn)品，是滿足人們的需要而設(shè)計(jì)的。能夠有效的減少打鼾者的打鼾次數(shù)，對(duì)打鼾者的身體健康以及家人的睡眠質(zhì)量有很大的提高。因而這種方便、安全、小巧實(shí)用的產(chǎn)品被大眾接受。隨著科技的發(fā)展止鼾器越來(lái)越先進(jìn)，越來(lái)越綠色環(huán)保并且價(jià)格也越來(lái)越便宜。圖1展示的就是幾種常見(jiàn)的電子止鼾器。圖 1.1 止鼾器實(shí)物圖1.2 555定時(shí)器 555定時(shí)器可以說(shuō)是模擬電路與數(shù)字電路結(jié)合的典范。555是美國(guó) Signetics公司1972年研制的用于取代機(jī)械式定時(shí)器的中規(guī)模集成電路，因輸入端設(shè)計(jì)有三個(gè)5k的電阻而得名。此電路后來(lái)竟風(fēng)靡世界。目前，流行的產(chǎn)品主要有4個(gè)：BJT兩

3、個(gè)：555，556（含有兩個(gè)555）；CMOS兩個(gè)：7555，7556（含有兩個(gè)7555）。 555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測(cè)量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 1.2 和圖 1.2 所示。它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 。常見(jiàn)定時(shí)器555系列芯片廣泛用于各種電子電路的波形發(fā)生端和前端波形整形。圖1.

4、2 555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖圖1.2 555 定時(shí)器的外引腳排列圖第2章課程設(shè)計(jì)任務(wù)及要求2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)電子止鼾器，能夠?qū)⒋蚝袈曓D(zhuǎn)化為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)音頻放大電路放大加到芯片NE555中是刺激脈沖產(chǎn)生器工作，在脈沖變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生刺激電脈沖，此刺激電脈沖電脈沖加在打鼾者身體某部位，使打鼾者改變睡姿。2.2 設(shè)計(jì)要求基本要求：1 用Multisim設(shè)計(jì)其原理圖，要求顯示要求元器件布局合理整潔，連線簡(jiǎn)單有序；2、用Multisim對(duì)設(shè)計(jì)其原理圖經(jīng)行有效仿真，得到仿真結(jié)果并分析功能實(shí)現(xiàn)程度；3、能夠產(chǎn)生刺激電脈沖；4、方便，安全，好用 ；發(fā)展要求：1、 靈敏度好 ，精確收集聲音信號(hào)，并

5、轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；2、用Protel 99SE、Proteus、 Modelsim等 他仿真軟件對(duì)方案進(jìn)行仿真確保理論分析的真確性3、Protel 99SE設(shè)計(jì)PCB時(shí)使用手動(dòng)布線；4、綠色環(huán)保，符合設(shè)計(jì)要求。第3章 理論設(shè)計(jì)3.1方案設(shè)計(jì)的比較及選定 方案設(shè)計(jì)的比較該方案可以有多種設(shè)計(jì)思路與可行性方案第一種方案：采用NE555時(shí)基集成電路制作的電子止鼾器。圖3.1是由音頻檢測(cè)放大電路和脈沖產(chǎn)生器電路組成。音頻檢測(cè)放大電路由橋式整流器、傳聲器（話筒）BM、音頻放大管V1、V2、電容器C1、C2和電阻器R1R4組成。電源經(jīng)過(guò)橋式整流濾波電路產(chǎn)生9V直流電壓。接通電源開(kāi)關(guān)S后，該電子止鼾器的音頻檢測(cè)放

6、大電路進(jìn)入工作狀態(tài)。此時(shí)若使用者打鼾時(shí)，傳聲器BM會(huì)將鼾聲變?yōu)殡娦盘?hào)。該信號(hào)經(jīng)V1、V2放大后，加至IC的4管腳，使刺激脈沖產(chǎn)生器工作，在脈沖變壓器T2的二次側(cè)產(chǎn)生刺激電脈沖，此刺激電脈沖通過(guò)電極加在打鼾者身體某部位（例如手、腳、頸或后背等處），使打鼾者改變睡眠姿勢(shì)。停止打鼾后，刺激脈沖立即消失。圖3.1.1方案一的放大部分電路原理圖第二種方案：采用分立元件制作的電子止鼾器，它由鼾聲檢測(cè)放大電路和脈沖振蕩器組成。鼾聲檢測(cè)檢測(cè)放大電路有揚(yáng)聲器BL、耦合變壓器T1、電容器C1、C2、音頻放大晶體管V1、V2、電阻R1R3和電位器RP1、RP2等組成。脈沖振蕩器由二極管VD1、振蕩管V3、電容器C3

7、、脈沖變壓器T2和電位器RP3等組成。接通開(kāi)關(guān)S后，鼾聲檢測(cè)放大電路進(jìn)入工作狀態(tài)。在無(wú)鼾聲時(shí)，V2的集電極無(wú)音頻電壓輸出，V3處于截止?fàn)顟B(tài)，電極A、B兩端無(wú)刺激脈沖輸出。當(dāng)有鼾聲發(fā)出時(shí)，鼾聲經(jīng)揚(yáng)聲器BL轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。該電信號(hào)經(jīng)T1和C1耦合至V1的基極，經(jīng)V1和V2放大后，從V2的集電極輸出，在經(jīng)過(guò)VD1加至V3的基極，使脈沖振蕩器振蕩工作，從A、B兩端輸出刺激電脈沖，使打鼾者該變睡姿，停止打鼾。電路圖如下：圖3.1.2 方案二的電路原理圖 3.1.2設(shè)計(jì)方案的選定第一種方案：其使用了一個(gè)555集成塊，提高了最終的設(shè)計(jì)效果，降低了設(shè)計(jì)難度，符合設(shè)計(jì)要求。第二種方案： 其使用分立式元件不僅增大了

8、設(shè)計(jì)的難度而且使整個(gè)電路的最終設(shè)計(jì)效果與可信度降低；使揚(yáng)聲器發(fā)出的兩種不同頻率的聲響不易區(qū)分，效果不理想；還使設(shè)計(jì)成本增加。集成元件與分立式元件相比較，集成元件的優(yōu)勢(shì)：1、元件制作方便快捷。其將一個(gè)特定的功能集合在一起，供使用者使用，不必再花費(fèi)過(guò)多的時(shí)間、精力。而且它保證并提高了整個(gè)電路的整體性能，使揚(yáng)聲器能清晰地發(fā)出兩種不同頻率的聲響，較好的滿足設(shè)計(jì)的要求。2、元件制作可行性高。集成元件提供了很大的可行度，而奮元件在復(fù)雜的電路中要不斷地返回檢查，增加了任務(wù)量。3、由分立元件組成的電路，如果電路選擇得好，參數(shù)選擇恰當(dāng)，元件性能優(yōu)良，設(shè)計(jì)和調(diào)試的好，則性能也很優(yōu)良。但只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，則

9、性能會(huì)低于一般集成電路。且為了不致過(guò)載、過(guò)流、過(guò)熱等損壞元件，需要加以復(fù)雜的保護(hù)電路。集成功放電路成熟，低頻性能好，內(nèi)部設(shè)計(jì)具有復(fù)合保護(hù)電路，可以增加其工作的可靠性，尤其集成厚膜器件參數(shù)穩(wěn)定，無(wú)須調(diào)整，信噪比較小，而且電路布局合理，外圍電路簡(jiǎn)單，保護(hù)功能齊全，還可外加散熱片解決散熱問(wèn)題。3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖 電路的系統(tǒng)框圖電路的工作示意圖如上圖所示。當(dāng)有脈沖信號(hào)輸入時(shí)，經(jīng)放大電路工作進(jìn)行信號(hào)放大加到555芯片處理使刺激脈沖產(chǎn)生器工作，在脈沖變壓器的二次側(cè)產(chǎn)生刺激電脈沖。3.3單元電路設(shè)計(jì)3.3.1 555方波發(fā)生電路1、555方波發(fā)生電路工作原理555方波發(fā)生電路是本系統(tǒng)最重要的部分之一，其原理

10、圖如圖所示。選用的芯片是NE555D，其內(nèi)部電路框圖在圖1.2已經(jīng)展示了。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。圖3.3.1NE555方波發(fā)生電路

11、原理圖圖3.3.2波形發(fā)生圖3.3.3前端波形整形由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器及其工作波形圖如圖所示，其中R1、R2和電容C為外接元件。圖3.3.4 NE555定時(shí)器組成的多諧振蕩器及其工作波形圖引腳功能：Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標(biāo)志為T(mén)H。Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡(jiǎn)稱低觸發(fā)端，標(biāo)志為。VCO：控制電壓端。VO：輸出端。Dis：放電端。：復(fù)位端。555定時(shí)器內(nèi)含一個(gè)由三個(gè)阻值相同的電阻R組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，產(chǎn)生 1/3VCC和2/3VCC兩個(gè)基準(zhǔn)電壓；兩個(gè)電壓比較器C1、C2；一個(gè)由與非門(mén)G1、G2組成的基本RS觸發(fā)器（低電平觸發(fā)）；放電三極管T和輸出反相緩沖器

12、G3。是復(fù)位端，低電平有效。復(fù)位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經(jīng)反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。在555定時(shí)器的VCC端和地之間加上電壓，并讓VCO懸空，則比較器C1的同相輸入端接參考電壓2/3VCC，比較器C2反相輸入端接參考電壓1/3VCC ，為了學(xué)習(xí)方便，我們規(guī)定：當(dāng)TH端的電壓2/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTH=1，當(dāng)TH端的電壓1/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTR=1，當(dāng)端的電壓1/3VCC時(shí)，寫(xiě)為VTR=0。 低觸發(fā)：當(dāng)輸入電壓Vi21/3VCC 且Vi11/3VCC 且Vi12/3VCC，則VTH=1，比較器C1輸出為低電平，無(wú)論C2輸出何種電平，基本RS觸發(fā)器因=0，使1，經(jīng)輸出反相

13、緩沖器后，VO0；T導(dǎo)通。這時(shí)稱555定時(shí)器“高觸發(fā)”。555定時(shí)器的“低觸發(fā)”、“高觸發(fā)”和“保持”三種基本狀態(tài)和進(jìn)入狀態(tài)的條件（即VTH、VTR的“0”、“1”）必須牢牢掌握。 VCO為控制電壓端，在VCO端加入電壓，可改變兩比較器C1、C2的參考電壓。正常工作時(shí)，要在VCO和地之間接001F（電容量標(biāo)記為103）電容。放電管Tl的輸出端Dis為集電極開(kāi)路輸出。555定時(shí)器的控制功能說(shuō)明見(jiàn)表2.6。根據(jù)555定時(shí)器的控制功能，可以制成各種不同的脈沖信號(hào)產(chǎn)生與處理電路電路，例如,史密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、自激多諧振蕩器等。表3.3.1 555定時(shí)器的控制功能說(shuō)明閾值輸入 觸發(fā)輸入 復(fù)位 R

14、S輸出Vo放電管T 0 0 導(dǎo)通 1 10 1截止 1 010導(dǎo)通 1 11 不變不變輸出信號(hào)的參數(shù)有： 電路振蕩周期： （）電容充電時(shí)間： （）電容放電時(shí)間： （）電路振蕩頻率： （）輸出波形占空比： （）其中為由上升到所需時(shí)間，為電容C放電所需時(shí)間。555電路要求與均應(yīng)不小于，但兩者之和應(yīng)不大于。由于555定時(shí)電路內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用 555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。外部組件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時(shí)器配以少量的組件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強(qiáng)的功率輸出能力。因此，這種形式的多諧振蕩器應(yīng)用很廣。 橋

15、式整流電路單相橋式整流電路的工作原理：為了克服半波整流的缺點(diǎn)，常采用橋式整流電路，如下圖所示，圖中V1、V2、V3、V4四只整流 二極管接成電橋形式，故稱為橋式整流。圖 單相橋式整流電路原理圖1. 工作原理和輸出波形設(shè)變壓器二次電壓u2=21/2U2sint，波形如電壓、電流波形圖(a)所示。在u2的正半周，即a點(diǎn)為正，b點(diǎn)為負(fù)時(shí)，V1、V3承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過(guò)RL，電流路徑為aV1RLV3b，此時(shí)V2、V4因反偏而截止，負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓，如電壓、電流波形圖(b)中的0段所示。若略去二極管的正向壓降，則uOu2。電壓、電流波形在u2的負(fù)半周，即a點(diǎn)為負(fù)b點(diǎn)為正時(shí)，V1、

16、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過(guò)RL，電流路徑為bV2RLV4a。這時(shí)RL上得到一個(gè)與0段相同的半波電壓如電壓、電流波形圖(b)中的2段所示，若略去二極管的向壓降，uu2。由此可見(jiàn)，在交流電壓u2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過(guò)負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓?？梢?jiàn)，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍，所以橋式整流電路輸出電壓平均值u=20.45U2=0.9U2。橋式整流電路中，由于每?jī)芍欢O管只導(dǎo)通半個(gè)周期，故流過(guò)每只二極管的平均電流僅為負(fù)載電流的一半，在u2的正半周，V1、V3導(dǎo)通時(shí)，可將它們看成短路，這樣V2、V4就并聯(lián)在u2上，其承

17、受的反向峰值電壓為UR=21/2U2。同理，V2、V4導(dǎo)通時(shí)，V1、V3截止，其承受的反向峰值電壓2. 電路參數(shù)計(jì)算公式：（a）整流輸出電壓平均值: （）(b)二極管平均電流： （）（c）二極管最大反向電壓：（）圖 整流電路輸出波形由上圖可見(jiàn)，在交流電壓u2的整個(gè)周期始終有同方向的電流流過(guò)負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方 向全波脈動(dòng)的直流電壓。可見(jiàn)，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓UO提高，脈動(dòng)成分減小了。第4章 軟件仿真4.1 仿真電路圖仿真原理圖如圖4.1圖 4.1 仿真電路原理圖4.2 仿真過(guò)程我用的是Multisim仿真的，按

18、仿真原理圖連結(jié)電路，由于在Multisim軟件中BM標(biāo)號(hào)的話筒無(wú)法找到，在電路原路原理圖中我用一個(gè)脈沖電壓源代替（0V 1V）產(chǎn)生脈沖電壓相當(dāng)于話筒將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。用示波器檢測(cè)波形，調(diào)整電路的相應(yīng)參數(shù)得到了相應(yīng)的脈沖波形，這也是電路設(shè)計(jì)所要的設(shè)計(jì)結(jié)果。4.3 仿真結(jié)果脈沖電壓的輸入波形如圖4.2，最終結(jié)果如圖 4.3圖4.2 脈沖電壓輸出波形圖 4.3 電路輸出波形結(jié)論首先，這次課程設(shè)計(jì)給我提供了一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，剛開(kāi)始進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的時(shí)候，我表現(xiàn)出了極大的熱情。上網(wǎng)查資料、詢問(wèn)高年級(jí)同學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，我時(shí)刻猜測(cè)著我會(huì)從中獲得什么，這是一個(gè)難得的鍛煉機(jī)會(huì)。止鼾器是個(gè)很有意思的課程設(shè)計(jì)課題，因

19、為它能解決一些很實(shí)際的問(wèn)題，打鼾即對(duì)自己的健康不利也影響他人的睡眠，在宿舍常會(huì)有室友打鼾，所以做起來(lái)會(huì)很有興趣。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了我理論知識(shí)上有不少的漏洞，這給了我不少壓力，于是我又?jǐn)D出時(shí)間努力加深文化知識(shí)。對(duì)于Muitism10軟件，我真的很陌生，從網(wǎng)上下了個(gè)試用版，之前，老師沒(méi)有教過(guò)，我們也沒(méi)有學(xué)習(xí)過(guò)。真是趕鴨子上架啊！為了將課程設(shè)計(jì)做好，我不得不先花一部份時(shí)間去學(xué)習(xí)，摸索。在用Multism10軟件進(jìn)行仿真的時(shí)候，我進(jìn)行的有些緩慢，有時(shí)感覺(jué)連對(duì)了的時(shí)候總是出不了正確結(jié)果。我總是盡自己所能解決這些問(wèn)題，有時(shí)是因?yàn)樵O(shè)計(jì)錯(cuò)誤，有時(shí)是連線錯(cuò)誤，有時(shí)是電阻電容選擇錯(cuò)誤。還有就是英語(yǔ)太差，軟件

20、是英文的，還要查字典。最后請(qǐng)教了老師，把仿真弄出來(lái)了。當(dāng)電路設(shè)計(jì)好后，我感到感到很充實(shí)，很有成就感。當(dāng)然 ，遺憾的是由于時(shí)間和條件的限制沒(méi)能把實(shí)物做出來(lái)、。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我拓寬了知識(shí)面，鍛煉了能力，綜合素質(zhì)得到了較大的提高。安排這次課程設(shè)計(jì)的基本目的，在于通過(guò)理論與實(shí)際的結(jié)合、人與人的溝通，進(jìn)一步提高思想覺(jué)悟。尤其是觀察、分析和解決問(wèn)題的實(shí)際工作能力，以便培養(yǎng)成為能夠主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)需要的高素質(zhì)的復(fù)合型人才。作為整個(gè)學(xué)習(xí)體系的有機(jī)組成部分，把課堂上學(xué)到的系統(tǒng)化的理論知識(shí)，嘗試性的應(yīng)用與實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，并從理論的高度對(duì)設(shè)計(jì)工作的現(xiàn)代化提出一些有針對(duì)性的建議和設(shè)想。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果，看一看課堂學(xué)習(xí)與實(shí)際工作到底有多大距離，并通過(guò)綜合分析，找出學(xué)習(xí)中存在的不足，以便為完善學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)計(jì)劃，改變學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法提供實(shí)踐依據(jù)。對(duì)我們電子