Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет
“ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина)”
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсовой работы по дисциплине
МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ТЕХНИКА
для бакалавров направления
2003.62 – Биомедицинская инженерия.
Санкт-Петербург
ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Целью курсовой работы является формирование у студентов навыков разработки цифрового устройства на базе микроконтроллера, обоснования выбора структурной схемы устройства, элементов цифрового устройства, обоснование выбора принципиальной схемы и выбора элементов принципиальной схемы, расчета элементов принципиальной схемы, разработки алгоритма работы цифрового устройства, разработки программного обеспечения.
КУРСОВАЯ РАБОТА ДОЛЖНА ВКЛЮЧАТЬ СЛЕДУЮЩИЕ РАЗДЕЛЫ
- Обоснование выбора структурной схемы цифрового устройства и ее элементов;
- Оценка временных и амплитудных характеристик сигналов на входах/выходах элементов структурной схемы;
- Обоснование выбора принципиальной схемы цифрового устройства и ее элементов;
- Расчет элементов принципиальной схемы;
- Разработка алгоритма работы устройства;
- Разработка программы работы модуля (блока) устройства;
- Оценка временных и энергетических характеристик разрабатываемого цифрового устройства;
- Анализ характеристик устройства, выводы о выполненной разработке.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАЗДЕЛОВ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
- Обоснование выбора структурной схемы цифрового устройства и ее элементов
Разработка структурной схемы устройства (системы) связана с анализом информационных преобразований, которые необходимо осуществлять синтезируемому устройству. В этой связи последовательно описываются этапы информационного преобразования, которые учитывают взаимодействие устройства с источником информации (этап предполагает согласование разрабатываемого устройства с источником сигнала, усиление сигнала до уровня оптимального для дальнейшего преобразования, подавление помех, регистрируемых вместе с полезным сигналом и т.д.), преобразование информации с целью выделения информативных параметров сигнала (амплитудное выделение, частотная фильтрация и т.д.), преобразования информации с целью использования цифровой обработки информации, обработку и анализ информации, преобразования, направленные на формирование управляющих сигналов и т.д. Для наглядности последовательность информационных преобразований может быть представлена в виде блок-схемы алгоритма, в которой каждый блок представляет этап информационного преобразования.
Далее, в соответствии с этапами информационных преобразований предлагается структурная схема разрабатываемого устройства. Структура разрабатываемого устройства вторична по отношению к этапам осуществляемых преобразований.
По завершении синтеза структуры разрабатываемого устройства дается описание работы предложенной структуры устройства.
- Оценка временных и амплитудных характеристик сигналов на входах/выходах элементов структурной схемы
Для обоснования выбора и разработки принципиальных схем элементов устройства необходимо знать приблизительно уровни и вид сигналов, которые имеют место на этапах информационных преобразований, т.е. иметь представление о характеристиках сигналов, которые поступают на вход каждого блока устройства и получаем на его выходе (выходах). В этой связи необходимо обосновать оптимальные уровни сигналов на входах/выходах каждого блока разработанной структуры устройства. Эти уровни будут использованы на следующих этапах для разработки принципиальных схем устройства.
- Обоснование выбора принципиальной схемы цифрового устройства и ее элементов
Имея представление о характере и уровнях сигналов на входах и выходах каждого блока разрабатываемого устройства, на основании анализа перечисленной информации обоснованно предлагаются принципиальные схемы каждого блока устройства.
Для реализации информационных преобразований в каждом блоке разрабатываемого устройства проводится обоснованный выбор элементов (электронных компонентов), используемых в схеме каждого блока разрабатываемого устройства.
- Расчет элементов принципиальной схемы
Для выбранной принципиальной схемы блока устройства и обоснованно выбранных электронных компонентов блока проводится расчет всех элементов. Расчет осуществляется с целью задания необходимых режимов работы принципиальной схемы, при которых будут осуществляться информационные преобразования сигналов, поступающих на вход разрабатываемого блока.
В результате проведенного расчета полностью идентифицируются все элементы принципиальной схемы разрабатываемого устройства.
Этап расчета завершается представлением принципиальной схемы всего устройства, в которой все элементы принципиальной схемы идентифицированы. Их характеристики приводятся в Таблице элементов принципиальной схемы.
- Разработка алгоритма работы устройства
Для разработки программного обеспечения микропроцессорного устройства необходимо иметь четкое представление о работе разрабатываемого устройства. В этой связи разрабатывается алгоритм работы устройства, исходной позицией которого является блок-схема этапов информационных преобразований, реализуемых устройством.
Разрабатываемый алгоритм должен учитывать особенности работы блоков устройства, их взаимодействия между собой, особенности преобразования информации внутри каждого блока. Например, алгоритм работы должен предусматривать подблок ввода/вывода сигналов, обработки сигналов внутри микропроцессорного устройства (микроконтроллера).
Этап завершается представление алгоритма (блок-схемы) работы всего устройства.
- Разработка программы работы модуля (блока) устройства
Перед разработкой программного обеспечения работы микропроцессорного устройства необходимо согласовать с преподавателем выбор модуля (блока устройства) и проводится разработка программы работы конкретного модуля.
Этап завершается приведением листинга отлаженной программы работы модуля.
- Оценка временных и энергетических характеристик разрабатываемого цифрового устройства
С учетом разработанной принципиальной схемы и выбранных элементов принципиальной схемы проводится оценка характеристик разработанного устройства – входных –выходных сопротивлений и коэффициентов передачи аналоговых блоков устройства, а также оценка характеристик цифровой части микропроцессорного устройства.
Оценивается производительность работы устройства, потребляемая мощность, формулируются требования к источникам питания.
- Анализ характеристик устройства, выводы о выполненной разработке
По результатам оценки временных и энергетических характеристик разработанного устройства, разработанных принципиальных схем анализируются достоинства и недостатки выполненной разработки, указываются пути совершенствования (улучшения) характеристик и функциональных свойств выполненной разработки.
ТЕМЫ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
1. Разработка микропроцессорного электрокардиографа;
2. Разработка микропроцессорного электроэнцефалографа;
3. Разработка микропроцессорного фотоплетизмографа;
4. Разработка микропроцессорного реографа;
5. Разработка микропроцессорного фонокардиографа;
6. Разработка микропроцессорного глюкометра;
7. Разработка микропроцессорного измерителя артериального давления;
8. Разработка микропроцессорного биофотометра;
9. Разработка микропроцессорного симулятора электокардиосигнала;
10. Разработка микропроцессорного спирографа;
11. Разработка микропроцессорного термостабилитатора;
12. Разработка микропроцессорного аудиометра;
13. Разработка микропроцессорного вибростенда;
14. Разработка микропроцессорного аппарата электромиостимуляции;
15. Разработка микропроцессорного универсального генератора сигналов.
ЗАДАНИЕ НА ВЫПОЛНЕНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
ВАРИАНТЫ группа 9501 9502
1. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ЭЛЕКТРОКАРДИОГРАФА
Амплитуда регистрируемого сигнала, не более мВ 10 70
Частотный диапазон регистрируемого сигнала, Гц 0,5 – 120 0,1 – 200
Амплитуда синфазного сигнала, не более, В 10 15
Амплитуда разностной помехи, не более мВ 20 20
Амплитуда потенциала поляризации, не более мВ 30 50
Входное сопротивление, не менее Мом 20 10
Погрешность регистрации, не более, % 0,5 0,5
Напряжение питания, В 9 12
Средство передачи информации на ПЭВМ RS-232 BT
Автономность работы системы, не менее часов 5 7
Серия микроконтроллера ATMEL
2. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ЭЛЕКТРОЭНЦЕФАЛОГРАФА
Амплитуда регистрируемого сигнала, не более мкВ 70 50
Частотный диапазон регистрируемого сигнала, Гц 0,5 – 1000 0,1 – 1200
Амплитуда синфазного сигнала, не более, В 5 10
Амплитуда разностной помехи, не более мВ 15 30
Амплитуда потенциала поляризации, не более мВ 30 50
Входное сопротивление, не менее Мом 20 15
Погрешность регистрации, не более % 0,4 0,5
Напряжение питания, В 9 5
Средство передачи информации на ПЭВМ IR BT
Автономность работы системы, не менее часов 3 2
Серия микроконтроллера ATMEL
3. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФА
Диапазон изменения частоты, Гц 40 – 100 50 - 100
Тип датчика ОПТРОН ОПТРОН
Погрешность регистрации, не более % 0,5 0,5
Способ регулировки амплитуды АРУ АРУ
Напряжение питания, В 3,7 5
Средство передачи информации на ПЭВМ ВТ IR
Автономность работы системы, не менее часов 1 0,5
Серия микроконтроллера ATMEL
4. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО РЕОГРАФА
Диапазон изменения сопротивлении ткани, кОм 1 – 200 5 - 500
Погрешность регистрации, не более % 0,4 0,2
Калибровка шкалы, кОм 30 50
Напряжение питания, В 9 12
Средство передачи информации на ПЭВМ ВТ IR
Автономность работы системы, не менее часов 1 2
Серия микроконтроллера ATMEL
5. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ФОНОКАРДИОГРАФА
Диапазон частот регистрируемого сигнала, Гц 20 – 500 20 – 1000
Чувствительность микрофона, Ра/мВ
Тип микрофона ЭМ Электрет
Погрешность регистрации сигнала, не более % 0,5 1,0
Количество частотных диапазонов 4 5
Напряжение питания, В 5 9
Средство передачи информации на ПЭВМ ВТ IR
Автономность работы системы, не менее часов 1 2
Серия микроконтроллера ATMEL
6. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ГЛЮКОМЕТРА
Диапазон измерения содержания сахара в крови, 2,0 – 12,0 3,0 – 30
Погрешность регистрации, не более % 0,5 1,0
Напряжение питания, В 5 3,7
Средство передачи информации на ПЭВМ - ВТ
Устройство отображения информации ЖКИ Дисплей ПЭВМ
Автономность работы системы, не менее часов 10 30
Серия микроконтроллера ATMEL
7. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ АРТЕРИАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
Диапазон измерения АД, мм рт.ст. 30 – 200 30 – 300
Погрешность регистрации, не более % 1,0 5,0
Напряжение питания, В 5 3
Средство передачи информации на ПЭВМ BT
Устройство отображения информации ДПЭВМ ЖКИ
Автономность работы системы, не менее часов 5 3
Серия микроконтроллера ATMEL
8. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО БИОФОТОМЕТРА
Диапазон фотометрируемого оптического излучения, нм 500 – 1500 400 – 1200
Диапазон измерения коэффициента пропускания
исследуемой биологической жидкости, отн. единиц 0,01 - 1,0 0,5 – 1,0
Погрешность измерения
коэффициента пропускания, не более % 0,5 1,0
Тип регистрируемого излучения имп. Непрерывн.
Серия микроконтроллера ATMEL
Тип дисплея для индикации результатов ЖКИ ЖКИ
Напряжение питания, В 5,0 5,0
9. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ГЕНЕРАТОРА ТЕСТОВОГО ЭКС
Количество каналов формирования тестового экс 1 2
Диапазон изменения частоты СС, уд/мин. 50 – 100 50 – 120
Амплитуда выходного сигнала, мВ 100 50
Погрешность формирования сигнала, не более % 1,0 2,0
Выходное сопротивление генератора, не более Ом 10 100
Серия микроконтроллера ATMEL
Тип дисплея для задания режимов работы ЖКИ ЖКИ
Напряжение питания, В 5,0 3,2
10. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО СПИРОГРАФА
Тип измерительного датчика Датчик воздушного потока
Диапазон измерения скорости воздушного потока, л/мин 0,2 -3,0 0,1 – 5,0
Погрешность измерения объемной вентиляции, не более % 0,5 1,0
Диапазон изменения частоты вдоха/выдоха, ед./мин 0,2 – 3,5 0,3 – 5,0
Серия микроконтроллера ATMEL
Тип индикатора ЖКИ СД
Напряжение питания, В 5,0 4,5
11. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ТЕРМОСТАБИЛИТАТОРА
Диапазон температуры термостабилизации, град. Цельсия 36 – 38 40 – 42
Температура среды, в которой используется
термостабилизатор, не более, град. Цельсия 25 25
Погрешность температуры стабилизации, град.Цельсия 0,5 0,5
Серия микроконтроллера ATMEL
Напряжения питания, В 12 15
12. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО АУДИОМЕТРА
Диапазон частот аудиометрирования, Гц 100 – 10000 50 – 15000
Максимальная мощность звукового сигнала, Вт 0,5 1,0
Управление аудиометром МС ПЭВМ
Интерфейс связи с ПЭВМ RS-232 USB
Тип индикатора ЖКИ Дисплей ВЭВМ
Серия микроконтроллера ATMEL
Напряжение питания, В 12 9,0
13. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ВИБРОСТЕНДА
Диапазон частот вибровоздействия, Гц 0,5 – 10 1,0 – 25
Мощность вибровоздействия, Вт 0,2 0,1
Характер изменения мощности воздействия плавный ступенчатый
Серия микроконтроллера ATMEL
Напряжение питания, В 12 9,0
14. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО АППАРАТА ЭЛЕКТРОМИОСТИМУЛЯЦИИ
Амплитуда формируемых стимулов, мВ 100 300
Регулировка амплитуды, градаций 25 10
Тип формируемых сигналов Т, СИ К, ПИ
Частотный диапазон формируемых импульсов, Гц 10- 200 5,0 - 100
Частота модулирующего синус. сигнала, кГц 5,0 20
Тип индикатора ЖКИ ЖКИ
Напряжение питания, В 3,0 5,0
Автономность, часов 1,0 2,0
15. РАЗРАБОТКА МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УНИВЕРСАЛЬНОГО ГЕНЕРАТОРА СИГНАЛОВ
Диапазон частот формируемого сигнала, кГц 0,01 – 1000 0,1 – 5000
Амплитуда выходного сигнала, В 1,0 3,0
Выходное сопротивление, не более Ом 10 5
Интерфейс для задания формы сигнала KB RS-232
Тип индикатора, ЖКИ Д ПЭВМ
Погрешность формирования сигнала, не более % 0,5 1,0
Напряжение источника питания, В 5,0 5,0
