面向“复杂工程”的单通道心电放大器设计
实验题目：面向“复杂工程”的单通道心电放大器设计项目
1. 课程简要信息
课程名称：《电子线路综合设计实践》
课程学时：课内32 学时、课外X学时（集中性实践环节、必修）
适用专业：电子信息工程
学生年级：二年级第四学期
2. 实验内容与任务（限 500 字，可与“实验过程及要求”合并）
实验任务：
心电信号本身十分微弱、常常淹没在各种噪声中，本课程项目要求设计制作一个单通道心电放大器，并能在示波器上观察到自己的心电波形。
具体设计任务如下：
指标要求：
（1）输入阻抗不低于 10M
（2）CMRR 不低于 80dB
（3）放大器的等效输入噪声不超过 10uV
（4）输出电压范围不超过 5V
功能要求：
显示自己的肢体导联心电信号，要求无明显的工频干扰和基线漂移。
思政要求：
（1）了解心电图机百年发展史以及主要代表人物的科研精神、科研价值和社会贡献
（2）了解国内外心电图机行业现状、客观认识差距
（3）了解国内外半导体及工具软件公司的现状与差距，鼓励国产化替代
（4）遵守医疗器械的标准规范和工程伦理
工程要求：
（1）成本：列出作品的主要器件成本并计算总成本
（2）工艺：焊接、布线、布局、测试，器件选用的合理性
（3）进度要求
（4）功能拓展和创新性
3. 实验过程及要求（限 300 字）
图1 实验项目设计流程
如图 1 所示，整个实验过程贯穿需求分析、资料检索、方案论证、沟通反馈、器件选型、电路设计、测试验证、优化迭代、项目总结、项目交付，具有较完整的工程项目开发过程，其中每个环节的具体内容和要求如下：
需求分析
收集并查阅美国国家标准 ANSI/AAMIEC13:2002、国家心电监护仪检测标准YY1079-2008、国家心电图机 JJG543-2008 等相关标准文件，理解心电信号特点及放大器核心参数的意义及要求。
资料检索
通过查阅国内外电子期刊数据库、图书资料、CSDN、与非网等专业网站文章以及TI、ADI 等半导体公司官网参考设计资源，下载、收集、整理有关文档，结合设计要求，提出单通道心电放大器设计初步方案。
方案论证
利用滤波器设计软件、Multisim 等工具进行单元电路的仿真验证，测试各项指标，调整优化电路设计。
沟通反馈
与教师（模拟客户）进行沟通交流，讨论设计方案实现的可行性，针对存在的问题进行修改与优化。
器件选型
综合考虑性能指标、成本、封装以及是否方便采购（国产化替代）等因素进行核心器件的选型。
电路设计
按照先单元、再整体，先多孔板后 PCB 板的顺序完成电路设计，并在电路设计的时候同步考虑测试需求，预留测试孔，焊接测试环。
设计测试方案、制作测试表格，按照单元电路的先后顺序进行各项性能指标的测试与记录。
优化迭代
对照任务要求，根据测试结果，调整单元电路元器件参数，进一步合理优化电路设计。
项目总结
整理设计资料、各类文档，撰写设计报告。
项目交付
提交项目设计报告、总结报告、原理图、PCB版图以及BOM 清单。
4. 相关知识及背景（限 150 字）
背景来源
本课程设计项目来自于医疗器械领域中最常用的心电图机核心电路部分，是典型的医疗电子的真实应用案例。
专业知识
需要学生事先掌握模拟电子线路设计与仿真、运算放大器指标及测量、模拟滤波器设计等专业知识。能够熟练现代电子系统设计所需要的滤波器设计软件、Multisim 仿真软件等工具。
5. 实验环境条件
实验环境依托电工电子实验中心电子工艺实验室，面积 128 平米，配备实验台 45套，配备常用实验仪器及焊接调试工具，考虑到学生课外学习的需要，提供硬木口袋实验箱及虚拟仪器套件供学生借用。
常用实验仪器：
（1）示波器
（2）信号源
（3）双通道数字电源
（4）数字多用表
（5）温控电烙铁
（6）面包板、多孔板
（7）口袋仪器套件
（8）焊锡、松香、导线等辅材
（9）剪刀、一字起、斜口钳等常用工具
（10）心电导联线及夹子、一次性电极贴
（11）心电模拟器
常用器件：
（1）常用放大器（AD620、OP07、LM358 等）
（2）阻容元件
（3）接插件
6. 教学目标与目的（限 100 字）
为在课程教学和人才培养过程中落实OBE 理念，强调工程的复杂性与项目的真实性，通过查阅目前心电图机和心电监护仪国内外标准以及相关文献资料，设计一个单通道心电放大器。使学生掌握心电信号的特点、心电信号采集、放大、滤波电路的设计与调试。
层次化的教学目标：
考虑到学生的先天能力差异、兴趣爱好以及未来职业发展需要，本实验项目设计了层次化的教学目标，分为基础、提高和拓展三个层次，其中基础部分要求每位学生必须达到，提高部分针对一部分学有余力的学生，拓展部分针对极少数出类拔萃的学生，每个层次对应不同的分数上限。
基础部分又分为知识、能力和素质三个方面的目标，其中知识层面要求学生掌握常用器件、运放指标、测量方法、电路分析、滤波器设计等知识，还需要掌握心脏电生理、心电信号特点、导联系统、常见心脏疾病、心电信号干扰及抑制措施、心电放大器指标等内容；能力层面要求学生掌握资料获取、工具使用、焊接装配、调式测试、文字撰写、口头表达等能力；素质层面要求学生培养复杂工程认知、系统思维、项目管理、行业理解、沟通协作等能力。
提高部分要求学生可以独立设计 PCB 电路，或者进行单电源心电放大器设计等。
拓展部分要求学生可以增加以下功能，形成更为完整的心电检测系统，例如导联脱落检测、多导联检测、AFE 设计、数字滤波、LCD 或 OLED 屏上显示波形、特征点检测、心率计算、无线传输、疾病判断等功能。
另外对课程立德树人和思政育人的功能要求贯彻课程全方面、全过程。
7. 教学设计与实施进程
本实验项目来源于医疗器械行业，支撑我校电子信息工程专业认证目标。设计过程贯穿需求分析、资料检索、方案论证、沟通反馈、器件选型、电路设计、测试验证、优化迭代、项目总结、项目交付，具有较完整的工程项目开发过程。
本课程设计在教学上采用线上线下相结合的方式，在实验教学环节，在以下几个方面进行引导：
实验项目设计前
（1）安排任务，自主学习
让学生查阅文献资料，了解心脏电信号产生的原理，心电信号的特点，心电图机
的发展历史，心电图机的主要技术指标，心电放大器的组成电路。
（2）原理讲解，知识补充
讲解心脏电生理基础知识，心脏导联体系，心电信号特点，心电信号干扰源，引导学生思考各种干扰的抑制措施。
（3）随堂测试，掌握情况
利用教学立方软件的随堂测试和问答等方式，了解学生对基础知识的掌握情况。
实验项目设计中
（1）引导阅读器件手册
引导学生通过浏览 ADI、TI 等公司电子器件资料，选择合适的精密放大器、仪表放大器，学会阅读器件数据手册，了解各主要参数的意义。
（2）指导模块电路设计
指导学生滤波器设计软件的使用，学会使用仿真软件进行高通、低通、带阻滤波器设计，指导学生合理设置前置放大器和主放大器的倍数。
（3）指导电路焊接调试
指导学生认识芯片封装以及不同器件的焊接方法，指导学生进行合理的布局布线，指导学生进行电路的调试和优化。
（4）指导测试方案设计
指导学生进行电路测试方案的设计，以及放大倍数、输入阻抗、共模抑制比、输入短路噪声等指标的测量。
实验项目结束后
组织学生进行项目总结，撰写答辩 PPT，分小组进行答辩演示，汇报电路方案和设计亮点，进行作品的实物展示。
撰写设计报告时，要注意不同电路方案的比较和思考、报告的规范性、全文结构的逻辑性。
8. 实验原理及方案
实验原理
（1）电兴奋及心电产生过程
心电图（Electrocardiogram，简称 ECG）指的是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着心脏生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形。
如图2所示，正常心脏兴奋传导的顺序如下：窦房结、结间束、房间束、房室结、希氏束、束支以及浦肯野纤维。
图2 心脏电兴奋过程
（2）ECG 信号特点
图 3 ECG 信号
如图3所示，人体体表采集到ECG信号非常微弱，幅度大概在几 $\mathrm { m V }$ 以下，属于低频信号，大部分的能量都集中在 $1 0 0 \mathrm { H z }$ 以下，而且 ECG信号通常淹没在各种噪声中，主要干扰来源包括人体的运动伪迹、 $5 0 \mathrm { H z }$ 工频干扰、肌电干扰等。
（3）电极及导联线
体表 ECG 信号需要通过电极进行采集，常见的电极主要有图 4 所示的三种形式，其中常用的一次性电极是由Ag和AgCl 构成的半电池电极，在皮肤表面会形成 $\pm 3 0 0 m V$ 左右的极化电压，为了测试方便常采用吸球或夹子形式的电极。
（4）心电导联
心脏除极、复极过程中产生的心电向量，通过容积导电传导至身体各部，并产生电位差，将两电极置于人体的任何两点与心电图机连接，就可以描记出心电图，这种放置电极并与心电图机连接的线路，称为心电导联。
$\textcircled{1}$ 标准导联
标准导联又称双极肢体导联，反映两个电极之间的电位差。
心电图四肢定义及导联颜色规定：
右上肢（RA，红色）左上肢（LA，黄色）左下肢（LL，绿色）右下肢（RL，黑色）
图4 电极及导联线
标准 I导联 LA-RA：将左上肢与心电图的正极端相连，右上肢与负极端相连，反映左上肢与右上肢之间的电位差，当左上肢的电位高于右上肢，便描记一个向上的波形，当右上肢的点位高于左上肢时，便描记一个向下的波形。
标准 II 导联 LL-RA：将左下肢与心电图的正极端相连，右上肢与负极端相连，反映左下肢与右上肢之间的电位差，当左下肢的电位高于右上肢，便描记一个向上的波形，当右上肢的点位高于左下肢时，便描记一个向下的波形。
标准 III 导联 LL-LA：将左下肢与心电图的正极端相连，左上肢与负极端相连，反映左下肢与左上肢之间的电位差，当左下肢的电位高于左上肢，便描记一个向上的波形，当左上肢的点位高于左下肢时，便描记一个向下的波形。
$\textcircled{2}$ 单极肢体导联
标准肢体导联心电图反映的是机体表面任意两点之间的电位变化，它不能反映某点与心脏电位中心“0”点之间的电位改变。为了解决这个问题，Wilson 发展了一个“中心电端”学说，如图5 所示，即在负极人为的创造一个“0”电位的“中心电端”，阳极为单电极探查电极。
图5单极肢体导联
$\textcircled{3}$ 加压单极肢体导联
图6 单极加压导联
如图 6 所示，由于 aVR、aVL、aVF 远离心脏，以中心电端为负极时记录的电位差太小，因此负极为除探查电极以外的其他两个肢体导联的电位之和的均值。由于这样记录增加了 aVR、aVL、aVF 导联的电位，因此这些导联也被称为加压单极肢体导联。
$\textcircled{4}$ 胸导联
图 7 胸导联
如图 7 所示，胸导联包括 V1 到 V6 导联，检测正电极应安放于胸壁规定的部位。另外将肢体的3个电极分别通过 5k电阻以负极相连，构成中心电端。胸导联检测电极，具体安放位置为:V1 位于胸骨右缘第 4 肋间，V2 位于胸骨左缘第 4 肋间，V3 位于 V2与 V4 线的中点。V4 位于左锁骨中线与第 5 肋间相交处。V5 位于左腋前线与 V4 同一水平处。V6 位于左腋中线与 V4 同一水平处。诊断后壁心肌梗死时，还常用到 V7 到V9导联。
$\textcircled{5}$ 心电轴
图8心电导联轴
在每一个标准导联正负极间均可画出一假想的直线，称为导联轴。为便于表明 6个导联轴之间的方向关系，将Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ导联的导联轴平行移动，使之与 aVR、aVL、aVF 的导联轴一并通过坐标图的轴中心点，便构成额面六轴系统，如图 8 所示。此坐标系统采用± $1 8 0 ^ { \circ }$ 的角度标志。以左侧为 $0 ^ { \circ }$ ，顺钟向的角度为正，逆钟向者为负。每个导联从中心点被分为正负两半，每个相邻导联间的夹角为 $3 0 ^ { \circ }$ °。对此测定心脏额面心电轴颇有帮助。
$\textcircled{6}$ 标准十二导联
如图 9 所示，标准十二导联由 3 个双极肢体导联（I、II、III）、3 个加压单极肢体导联（aVR、aVL、aVF）及 6 个胸导联（V1、V2、V3、V4、V5、V6）组成。其中，肢体导联系统-反映心脏矢状面情况：胸前导联系统-反映心脏水平面情况。
图9 十二导联及其心电图
（5）心电图机百年发展史
图 10 最早的心电图机
如图 10 所示，1902 年，Willem Einthoven（荷兰）发明了最早的心电图和测量装置，并由于这项伟大的发明获得诺贝尔奖。Einthoven 也一直在研究导联的标准化工作，1906年他提出双极导联的概念和等边三角形学说，立即得到公认。100 多年来，心电图机不断改进，心电学科队伍不断壮大，心电检查内容不断拓宽，临床经验不断丰富，成为现代化医院四大常规（心电图、临床检验、放射、超声）诊疗技术之一，由 Einthoven发明创造的心电图经久不衰的原因在于实用、无创、简便、准确和廉价等。
通过阅读课外资料了解心电图机的百年发展历史，特别是具有划时代意义的事件以及主要科研人员的贡献。学习心电图机的发明者 Einthoven 教授身上孜孜不倦、坚忍不拔追求真理的执着精神以及对待荣誉和物质利益时体现出的高尚品格，树立细致严谨的科研精神和精益求精的工匠精神，将课程思政渗透到学习过程的点点滴滴。
（6）心电图机
图11常用心电图机
通过资料检索、实地走访等形式了解国内外心电图机的市场状况、发展趋势、主要品牌及其占有率，客观看待国内外心电图机产品的差距与发展，树立自主创新、科创报国的伟大志向。
$\textcircled{1}$ 国外品牌
全球诊断心电图仪的主要制造商：GE 医疗、飞利浦、BioTelemetry、日本铃谦和日本福田。其中 GE 医疗是诊断心电图仪的最大制造商，其 2016 年收入占整个市场的$2 9 %$ 。排名第二和第三的企业分别是飞利浦和 BioTelemetry。
$\textcircled{2}$ 国内品牌
国内心电图机生产厂家众多，如图 11 所示，缺少像 GE 那样的世界知名品牌，产品主要集中在中低端。表 1 为 2018 年中国心电图机十大品牌。
表 1 2018年度中国心电图机十大品牌评选
| 排名 | 品牌 | 厂家 |
| 第一名 | 理邦 | 深圳理邦精密仪器古风有限公司 |
| 第二名 | 埃顿实业 | 深圳埃顿医疗事业有限公司 |
| 第三名 | CONTEC | 康泰医学系统（秦皇岛）股份有限公司 |
| 第四名 | 广源 | 河南华南医电科技有限公司 |
| 第五名 | 深迈 | 深圳市深迈医疗设备有限公司 |
| 第六名 | EDIAGNOSIS | 武汉明德生物科技有限公司 |
| 第七名 | KOHDEN | 上海光电医用电子仪器有限公司 |
| 第八名 | 贝斯曼 | 深圳市贝斯曼精密仪器有限公司 |
| 第九名 | 中旗 | 武汉中旗生物医疗电子有限公司 |
| 第十名 | 宝莱特 | 广东宝莱特医用科技股份有限公司 |
（7）应用场合及分类
按照应用场景和需求的不同，心电图机可分成以下类别：
$\textcircled{1}$ 诊断、监护
$\textcircled{2}$ 常规心电图、24 小时动态心电图（Holter）、胎心电（FECG）
$\textcircled{3}$ 床边、家用、远程、穿戴式
$\textcircled{4}$ 普通、高精度
$\textcircled{5}$ 单导、三导、多导、12 导联
$\textcircled{6}$ 体育运动和健身、康养、保险
（8）心脏疾病及种类
心电图是心脏兴奋的发生、传播及恢复过程的客观指标。根据临床的分类，共有 100多种心脏疾病，心电图用于对各种心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心律失常、心肌缺血等病症检查。
实验方案
（1）经典设计
如图12所示，通常心电放大器需要由前置放大器、高通滤波器、低通滤波器、 $5 0 \mathrm { H z }$ 带阻滤波器（限波器）、主放大器（二级放大器、电压放大器）、右腿驱动、屏蔽驱动等电路组成。
图12 心电放大器系统框图
$\textcircled{1}$ 前级放大及右腿驱动参考设计
图13 前置放大器及右腿驱动参考电路
为了克服工频造成的共模干扰，通常用仪表放大器构成心电放大器的前置放大电路，如图 13 所示，一般通过外置电阻改变仪表放大器的放大倍数，但由于电极造成的极化电压的影响，一般前置放大器的放大倍数不宜过大，通常不超过 20 倍。
为进一步提高电路的共模抑制比（CMRR）增加一个右腿驱动电路，该电路本质上是一个负反馈，其作用就是用于去除输入放大器的中的共模信号；通过反向放大共模信号接到人体起到消除共模的作用。右腿驱动作用主要是在生物电采集中降低共模电压，右腿驱动是降低共模干扰的必要方法。
$\textcircled{2}$ 高通滤波器参考设计
图14 高通滤波器参考电路
通过滤波器软件设计高通滤波器电路，选择合适的滤波器原型及拓扑结构，设置合适的截止频率，根据心电信号特点，通常高通滤波器的截止频率设置为 $0 . 0 3 \mathrm { H z }$ 左右。参考电路如图14所示。
$\textcircled{3}$ 低通滤波器参考设计
图15 低通滤波器参考电路
通过滤波器软件设计低通滤波器电路，选择合适的滤波器原型及拓扑结构，设置合适的截止频率，根据心电信号特点，通常低通滤波器的截止频率设置为 $1 0 0 \mathrm { H z }$ 左右。参考电路如图 15 所示。
$\textcircled{4}$ 陷波器参考设计
图16限波器参考设计
通过滤波器软件设计带通滤波器电路，选择合适的滤波器原型及拓扑结构，设置合适的截止频率，根据心电信号特点，通常带通滤波器的中心频率设置为 $4 9 \mathrm { H z }$ 左右。参考电路如图16所示。
$\textcircled{5}$ 主放大器设计
图17 主放大器参考电路
为了进一步提高心电信号的放大倍数，需要在前置放大的基础上，将心电信号进行二次放大，如图17所示，本级放大倍数在 100倍左右，具体放大倍数需通过测试而定。
（2）模拟前端
为了降低心电、脑电、肌电、呼吸等生理信号放大电路的设计复杂度，简化整个放大器的设计难度，TI、ADI、Maxim 等国外主要半导体厂家都推出了高度集成的模拟前端（AFE），将多路程控放大器、多路开关、右腿驱动电路及数模转换电路等单元集成在一块芯片上。借助于其高集成度和出色的性能, 可大大减少电路尺寸、功耗和总体成本的前提下实现可升级医疗仪器系统的创建。代表性的器件有 TI公司的 ADS1292，ADI公司的 AD8232 等。
9. 实验报告要求
每小组提交的实验报告需要展现以下工作：
背景分析
心电放大器及心电图机研究及应用背景调研分析；
需求分析
系统功能、技术指标、应用场景的需求分析，对设计任务有准确的理解和把握；
方案论证
总体硬件方案的对比和论证，给出硬件组成示意图并进行简要阐述；
电路设计
电路设计与参数选择依据和计算过程，器件选型依据，给出规范的电路设计图；
系统测试
阐述系统测试方案和测试条件，记录实验数据，分析测量结果；
总结展望
指出实验过程中存在的不足，实验过程出现的问题及解决办法，思考改进措施和未来应用前景等。
10.考核要求与方法（限 300 字）
整个实验项目的考核包括线上和线下两个部分，总成绩为两者得分的加权和，其中线上部分占比 $3 0 %$ ，线下部分占比 $7 0 %$ ，线上部分由教学立方自动记录，线下部分主要是对实物制作的成绩认定。考核方式体现了形成性评价和结果性评价的统一。
具体考核实施如表2所示：
表2 考核内容及细则
| 考核部分 | 考核内容 | 考核细则 | 分值 |
| 线上 | 日常考勤 | 课堂出勤情况 | 5 |
| 回答问题 | 课堂回答问题的活跃度和准确率 | 5 | |
| 随堂小测 | 基础知识课堂随机测验成绩 | 10 | |
| 课后任务 | 资料阅读和报告撰写完成度 | 10 | |
| 设计报告 | 设计报告的规范性、完整性 | 10 | |
| 电路仿真 | 仿真电路设计的合理性、规范性及测试结10 | ||
| 答辩展示 | 果的准确性 答辩PPT制作质量及答辩过程的流畅性、 | 10 | |
| 回答问题的准确性 | |||
| 作品测评 | 作品的功能、指标、工艺、成本实现情况40 |
11.项目特色或创新（可空缺，限 150 字）
突出工程项目的复杂性
项目体现出生理信号的独特性、应用场景的多元化、医疗监管的严格性、学科知识的交叉性等工程复杂因素。
追求设计过程的多样性
应用背景的多样性；整体方案的多样性；单元电路的多样性。
体现教学要求的差异性
考虑到学生先天差异及发展定位不同，设计了基础、提高和拓展三个不同层次要求。
注重考核形式的多元性
考核涵盖课前、课中和课后，线上、线下，增加自评和互评。
具备实验内容的拓展性
可横向拓展到脑电、肌电放大器设计，还可纵向拓展到电子系统设计、毕业设计等环节。
附：支撑材料
（1）教学大纲
《电子线路综合设计实践》课程教学大纲
一、课程基本信息
| 课程名称（中文） | 电子线路综合设计实践 | |||
| 课程名称（英文） | The Design and Practice of Electronics Circuit | |||
| 课程类别1： | 专业实践 | 课程性质2 | 必修 授课语言中文 | |
| 授课学期 | 5t | 学分 | 2t | |
| 课程学时及分配 | 总学时 | 讲课 | 实验 | 课外 |
| 2Wt | 化 | t | t | |
| 适用专业 | 电子信息工程 | |||
| 教材 | 自编讲义 | |||
| 授课学院 | 电子与信息工程 | |||
| 先修课程 | 数字电子技术、数字电子技术实验、模拟电子技术、模拟电子技术实验 | |||
| 后续课程 | 毕业设计 | |||
| 课程简介 | 课程基本定位：《电子线路综合设计实践》课程是为电子电路课程开设的专业实践课，本课程复习和巩固《数字电子技术》和《模拟电子技术》课程的知识，帮助学生熟练掌握电路设计、组装、调试的综合能力，接受一次比较全面的训练，为全面提高学生的工程设计能力与创新精神打下良好基础。核心学习结果：培养学生电路设计、计算、熟练使用软件进行系统仿真，使用电子仪器分析故障以及撰写设计报告的能力。主要教学方法：讲解设计要求，进度安排，注意事项，考核方法，提供参考资料，检查学生的准备情况；在指导时采用启发式引导，充分发挥学生的主动性和创造性；在指导过程中，做好考勤、答疑、个别辅导、进度控制和质量检查等工作；在验收阶段，根据学生完成设计情况、设计规范情况、质量以及在课程设计期间的表现给予评语，做好总结。 | |||
| 大纲更新时间 | 2020年8月15日 | |||
注：1.课程类别：选填“通识核心课/通识拓展课/通修课/学科基础课/专业主干课/专业选修课/专业实践/素质拓展2.课程性质：选填“选修/必修3.授课谱言：选填“中文/双语/全英文或其他谱种”
课程具标
| 序号 | 课程目标（参考培养目标、毕业要求、 课程定位） | 支撑毕业要求指标点 | 达成途径 |
| 1.t | 课程目标1:针对具体设计问题，能 够绘制系统框图草图，初选方案。 | 指标点3.3：能够完成系统 或工艺流程的设计，并在设 | 讲授、讨论 资料搜集和整理 |
| 计中体现创新意识。 | 方案设计与对比 | ||
| 2. | 课程目标2：搭建单元电路、参数计算和器件选择，绘制单元电路图，开展实验，记录数据。 | 指标点4.3：能多利用电子信息专业知识构建实验系统，安全可靠地开展实验，并有效地获取实验数据。t | 讨论阅读数据手册t绘制原理图t |
| 3. | 课程目标3：能利用软件进行单元电路调试，记录各单元电路关键点数据、波形，并与理论推导或计算进行比较分析；能够利用仪器设备进行实物焊接和调试，分析测试结果。 | 指标点5.3：能够理解电子仪器设备和专业仿真软件对复杂工程问题的预测与模拟，并能够理解其局限性。 | 讨论仿真硬件焊接、调试 |
| 4. | 课程目标4：能独立承担设计中单元电路的设计，并能与其他部分进行系统联调、测试。 | 指标点9.2：能多在团队中独立或合作开展电子信息系统设计等相关工作； | 小组分工t硬件测试 |
| 5. | 课程目标5：能够撰写符合规范的课程报告，并以口头和论文的形式回答提出的问题。 | 指标点10.1:能就电子信息、气象探测领域的专业问题，采用口头、文稿、图表等多种方式，准确表达观点，回应质疑，能与业界同行和社会公众进行有效的交流与沟通； | 撰写报告；t答辩 |
| t | 课程思政目标 | 支择专业思政指标点 | 达成途径 |
| 1. | 课程思政目标1：能够秉持主人翁责任感，认真对待设计工作，以未来祖国建设者的身份认真完成设计中各个环节 | 指标点1.3：认知我国在电子信息上游产业的战略短板（如电子元件、半导体等)，培养学生独立自主、勇于奋斗的攻坚克难精神 | 撰写报告；答辩 |
| 2. | 课程思政目标2：能够在导师团队中团结同学共同完成系统联调 | 指标点2.1：培养学生的团队协作能力 | 小组分工t硬件测试 |
| 3 | 课程思政目标3：能够验证设计方案，认真进行实验，记录数据，并分析结果 | 指标点4.1：培养学生实践性思维，形成从现实中发现问题的能力 | 讨论仿真硬件焊接、调试 |
| 4 | 课程思政目标4：方案设计阶段能秉持创新精神，提出创新性设计方案 | 指标点6.1：培养学生能句多打破思维惯性，形成独特意识 | 讲授、讨论资料搜集和整理 |
注：1.支撑毕业要求指标点：选填项，需要进行专业认证，有毕业要求指标点可参照的课程必填，无明确毕业要求指标点可参照的可不填，
三、实践（实验或实习）教学‘
| 编号 | 实验或实习项目名称 | 教学内容 | 学时 | 实验或实习类型 | 思政融入点 | 学生学习预期成果 | 课程目标 |
| 1t | 音响放大电路的设计 | 介绍音响放大电路的设计原理、设计方法和设计案例 | 1周 | 设计性 | 了解电子产业的发展以及其中存在的问题，倡导中国制造的概念 | 掌握电路设计、计算熟练使用仪器分析故障以及撰写设计报告 | 1、2、3、4 |
| 2t | 可编程放大电路设计 | 介绍利用计数器和模拟开关设计增益可变电路的设计原理 | 1周 | 设计性 | 了解不同方法的比较，理解“有利有弊”的辩证思维 | 掌握电路设计、计算熟练使用仪器分析故障以及撰写设计报告 | 1、2、3、4 |
| 3 | 汽车尾灯电路设计 | 利用数字电子技术设计模拟汽车尾灯电路的分析设计过程 | 1周 | 设计性 | 在设计方案中考虑经济成本因素 | 掌握电路设计、计算熟练使用仪器分析故障以及撰写设计报告 | 1、2、3、4 |
| 4 | 心电放大器设计 | 介绍心电检测电路的设计原理、设计方法和设计案例 | 2周 | 设计性 | 考虑设计方案的经济因素、对不同方案进行辩证分析 | 掌握电路设计、计算熟练使用仪器分析故障以及撰写设计报告 | 1、2、3、4 |
注：1.此表可用于课内实践教学坏节或某门合实践课程2.实验粪型：选填“验证性/练合性/设计性：实习类型：选填“认识实习/生产实习/毕业实习”
五、课程评价
（一）考核内容、考核方式与课程目标对应关系
| 课程目标 | 考核内容 | 课程目标在各考核方式中占比1 | |
| 课程报告 | 设计表现 | ||
| 1.课程目标1 | 创新设计能力：给出设计草图 | 0%t | 15% |
| 2.课程目标2 | 专业知识掌握能力：根据设计方案给出单元电路设计 | 0%t | 30% |
| 3.课程目标3 | 软硬件的使用能力：利用软件仿真，进行仿真，参数测试 | 0% | 40% |
| 4.课程目标4t | 团队合作能力：能够独立完成个人设计任务，也能协助他人完成相关设计t | 0%t | 15% |
| 5.课程目标5t | 撰写报告的规范能力：撰写规范性的实验报告，对实验过程描述条理清楚 | 100% | 0% |
| 合计 | 100% | 100% | |
| 各考核方式占总成绩权重（自行赋值） | 30% | 70%t | |
注：1.课程目标在考核方式及占比：主要根据课程目标自行设计和制定多元化考核方式，表中所列仅为参考（红色数据可删除）。但所列考核方式必须覆盖全体学生，可根据当学期具体教学情况酌情调整。2.各考核方式占总成绩权量：根据课程实际情况对各考核方式占总成绩的权重予以赋值。
（二）考核方式评分标准
1.课程实验操作评分标准
| 课程目标t | 评分标准(百分制） | 占比（%） | |||
| 90-100分 | 80-89分 | 60-79分 | 0-59分 | ||
| 1.课程目标1 | 能够针对设计要求给出设计草图，并确定具有很好创新性的方案 | 能够针对设计要求给出设计草图，并确定具有较好创新性的方案 | 能够给出一般性的设计方案 | 不能给出设计方案 | 15% |
| 2.课程目标2 | 能够根据设计方案给出很好地单元电路设计，并确定元件和相应参数的选择 | 能够根据设计方案给出较好的单元电路设计，并确定元件和相应参数的选择 | 能够根据设计方案给出单元电路设计，但元件选择和参数的确定不够明晰 | 不能完成单元电路设计，不能确定元件和相应的参数 | 30% |
| 3.课程目标3 | 能够很好地完成软件仿真，并测出关键点数据，根据输出结果进行电路调整，能利用仪器设备很好地完成实物调试，并针对调试中的问题进行修正解决 | 能够较好地完成软件仿真，并测出关键点数据，根据输出结果进行电路调整，能利用仪器设备较好地完成实物调试，并针对调试中的问题进行修正解决 | 能够利用软件进行仿真，能针对仿真问题进行部分修正，实物调试中，能解决部分调试问题 | 软件仿真出现问题时不能解决，硬件调试出现问题时不能解决，无法得到调试结果 | 40% |
2.课程实验报告评分标准
| 4.课程目标4 | 能够很好地完成整体系统中的个人任务，同时帮助其他人完成相应部分的设计 | 能够较好地完成整体系统中的个人任务，同时帮助其他人完成相应部分的设计 | 能够完成个人任务，不能帮助团队中他人共同完成任务要求 | 个人任务无法完成，也不能协助团队中其他成员完成任务 | 15% |
| 课程目标 | 评分标准(百分制） | 占比(%） | |||
| 90-100分 | 80-89分 | 60-79分 | 0-59分 报告中对实 | ||
| 5.课程目标5t | 对设计过程叙述 详细、语言通顺， 条理清楚，撰写规 范 | 对设计过程叙述较 详细、语言较通顺， 条理较清楚，撰写 较规范 | 报告中对实 验过程叙述 简单、语言 基本通顺， 条理基本清 楚的，撰写 基本规范 | 验过程叙述 过于简单、语 言不通顺，逻 辑混乱，撰写 不够规范 | 100% |
注：考核方式和课程目标在考核方式中占比应与 $^ { * } ( - )$ 考核内容、考核方式与课程目标对应关系”一致，所列考核坏节，除了笔试粪均须依次给出评分标准，格式同上，笔试粪课程考核评分标准可以在本课程大纲里进行说明，也可以通过提交“试卷分析表”予以说明。
五、参考书目及学习资料
1.刘鸣著，《电子线路综合设计与实践》，机械工业出版社，2016年
2.谢自美主编，《电子线路设计实验测试》，华中科技大学出版社，2006年
制定人：周晓彦审定人：朱艳萍批准人：刘光杰2020年8月15日
（2）答辩PPT
（3）实验报告
基于AD8232与atmega328au的心电图仪的开发与设计 Development and design of ECG based on AD8232 and atmega328au
张雨辰、杨文韬、孙绣程、万理、张凌雨、徐雨弘
学 号201813050024、201813050021、201813050010
201813050002、201813050023、201813050034
电子信息工程指导老师 庄建军教授
二0二零年5月24日
目录
摘 要 4
Abstract. 5
第一章绪论. 6
1.1设计背景与意义 6
1.2国内外现状研究水平
1.3 ECG 信号概述， 8
1.4ECG 信号中的噪声 10
1.5 ECG 信号工作原理. 11
第二章心电图仪设计方案. 13
2.1系统硬件设计概述 13
2.2 AD8232架构 14
2.2.1仪表放大器 15
2.2.2运算放大器 15
2.2.3右腿驱动放大器， 15
2.2.4基准电压缓冲器， 16
2.2.5快速恢复电路. 16
2.2.6导联脱落检测， 17
2.2.7高通滤波. 17
2.3主控制器 19
2.4 蜂鸣器设计. 20
2.5触摸电阻屏幕设计. 22
2.6电源电路 23
第三章设计结果与分析. 24
3.1电路仿真与结果 24
3.2 PCB实物图与产品实物图 25
3.3心电波形与屏幕显示结果 27
3.4重要测试指标 28
3.4.1增益(放大倍数） 28
3.4.2共模抑制比(CMRR) 28
3.4.3带宽 28
3.4.4输入阻抗. 28
第四章总结与展望 29
4.1总结 29
4.2展望 29
4.3 团队成员与分工 30
第五章 参考文献 31
（4）电赛获奖
证书
庄建军、李春彪老师指导的 大学参赛队孙璟杰、崔蒋怡、喻春妮同学在2020年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛中荣获二等奖。
特颁此证
证书
庄建军、梅永老师指导的 大学参赛队张雨辰、杨文韬、孙绣程同学在2020年TI杯江苏省大学生电子设计竞赛中荣获一等奖
特颁此证
测试验收