1、1皖江学院课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术课程设计 题 目： 电子脉搏计毕业设计 学生姓名： 王军 专 业： 电子信息工程班 级： 电子 09-2 学 号： 0971005 指导教师： 曹喜珠 日 期： 2010 年 6 月 9 日2皖江学院课 程 设 计 任 务 书一设计题目：电子脉搏计设计 二主要内容及安排 脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。它是用来测量频率较低的小信号。 (1)实现在 15S 内测量 1min 的脉搏数；(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差小于4 次/min。(4)设计电路，在时间允许的情
2、况下要安装测试，分析实验结果，写出设计说明书。 三、安排进度6 月 7 号：图书馆收集资料6 月 7 号：互联网收集资料6 月 8 号：资料的整理6 月 8 号：模拟电子电路初步完成6 月 9 号：设计报告初步完成四、总评成绩指导教师 学生签名 3电子脉搏计设计一、设计任务与要求为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作电路基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。简述了在 EDA 平台上利用硬件描述语言 VHDL 结合 CPLD/FPGA 器件，设计了一种数显式脉搏测试仪。通过测试和实际应用表明：其性能稳定、工作可靠
3、、升级方便。实现了对人体脉搏的电子测量，并且能通过外界扩音器实现听诊的功能。文章给出了系统的功能特点，设计原理，硬件电路及软件设计等。该系统利用脉冲干扰动平均值法滤波，在提高精度的同时也大大提高了系统的响应速度，该仪器成本低，可靠性高，操作方便。电子脉搏计设计：由压电陶瓷片、三个 2 输入与或门 CD4070 组成四倍频器、555 集成定时器、十进制集成块 74160N 三片、七段数码管(DCH-HEX）组成。， 74160N 与它配套使用可直接驱动显示。脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。它是用来测量频率较低的小信号。 要求： (1)实现在 15S 内
4、测量 1min 的脉搏数；(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差小于4 次/min。二、方案设计与论证方案一1 传感器 将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。2 放大整形电路 把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。3 倍频器 将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将 15s 内传感器所获得的信号频率 4 倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。4 控制电路 用 555 定时器以保证在基准时间控制下，使 4 倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。45 计数、译码、显示电路 用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。6 电源电路 按电路要求提供符合
5、要求的直流电源。上述测量过程中，由于对脉冲进行了 4 倍频，计数时间也相应地缩短了 4倍(15s)，而数码管显示的数字却是 lmin 的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为4 次min，测量时间越短，误差也就越大。方案二该方案是首先测出脉搏跳动 5 次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数，这种测量方法的误差小，可达1 次min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案 I 完全相同。方案的比较：方案结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方案电路结构复杂，成本高，测量精度较高。根据设计要求，精度为 4 次min，在满足设计要求的前提下，应尽量简化电路，降低成本，故选择方
6、案。大致框图如下：三、单元电路设计与参数计算1传感器脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为响应的电冲信号。脉搏传感器是脉象检测系统中重要的组成部分，其性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结果的显示。目前典型的脉搏传感器有以下三种：光电类、压阻类和压电类。在这三种当中目前采用最多的是压电型传感器，其工作原理是利用敏感元件直接把压力转变为电信号。本次课程设计中是利用函数信号发生器，使用正弦波模拟人体脉搏跳动。信号发生 放大整形电路四倍频器555 定时器 解码显示5函数信号发生器2放大与整形放大电路多种多样，本次实验采用比较简单、廉价的运放电路。由一个运放器和两个电阻就组成了符合要求的放大电路。放大倍数
7、可调，本次放大倍数大约为 10 倍。由于整形电路比较复杂，要想较好的对脉搏信号的不规则性进行比较规则的整形是有一定的难道，初次想到的就是用电压比较器进行整形，但是在模拟软件种不知道那个是电压比较器。干脆就用一个简单点的与非门进行简单的整形。经过实验，可以放大，整形正弦电路。 3. 倍频电路由于我们要在 15s 内测量 1min 内的脉搏数，所以我们要对脉搏进行调频。60/15=4 需要四倍频电路。如将 15s 内传感器所获得的信号频率 4 倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。倍频电路的形式很多，如锁相倍频器、异或门倍频器等，由于锁相倍频器电路比较复杂，成本比较高，所以这里采用了
8、能满足设计要求的异或门组成的 4 倍频电路。和构成二倍频电路，8和8亦构成二倍频电路；两个二倍频串联组成四倍频电路。利用第一个异或门的延迟时间对第二个异或门产生作用，当输入由“0”变6成“1”或由“1”变成“0”时，都会产生脉冲输出。其中电容是为了延时，经过测试，当1=33uf，c2=3.8uf，R1=10k，R2=10k 的时候能达到四倍频的要求。电路图如下：4定时电路555 定时器是为了试验在 15s 内完成任务，使单稳态的时间长度为 15s。所以定时时间为 15s。本试验采用 555 单稳态定时电路。工作原理大概如下：开关打上，、都为高电平，由于有电容 c3 的存在、THR 和THI 为
9、低电平。此时输出为低电平，随着电容的充电，当时间达到 15s 的时候，电容两端电压为 2/3,THR 和 THI 为 1/3，此时输出变为低电平。时间常数有 t=1.1RC 可以求得。本次试验 C=4.6uF R=3M.左图分别为电阻两端电压曲线和 555 定时器的输出端电平。7555 单稳态定时电路5计数译码显示本设计中采用简单的 74LS160 作为计数器，因为它是十进制计数器无需改装，直接使用。因为脉搏测试器中需要上百位的数字。因此，将三片 74LS160直接按并行进位方式连接即的千进制计数器。三块芯片的 ENP LOAD CLR 都为高电平以保证电路的工作。其中第二第三块芯片 ENT
10、为高电平，第一块芯片 ENT受 555 定时器的控制。当 555 定时器输出为低电平时，74LS160 输入端接收到的是高电平，开始计数；输出为高电平时，74LS160 接收到的是低电平，停止计数（计数结束） 。此时显示的就是 15s 内的脉冲数了。七段数码管与 74LS160的连接方式如下：874LS160 的功能表CLK RdLDEP ET工作状态X 0 X X X置零向上 1 0 X X预置数X 1 1 0 1保持X 1 1 X 0保持（但 C=0）向上 1 1 1 1计数4、总原理及元器件清单电路工作1、总电路图：92、工作原理：打上电源开关，电路各部分开始工作。首先是信号发生器发生的
11、信号，经过四倍频电路，频率变成了原来的四倍；倍频器的主要作用就是为了计数器能在 15s 内计算出 1min 钟的脉冲数。脉冲数进入七段数码管计数器，计数开始。来一个脉冲计数器就加一。15s 后，定时器输出端电平翻转，计数器停止工作。显示出脉搏跳动的次数。3、元器件清单元件名称 类型及参数 说明10集成块 Cd4011 一块集成块 Cd4030 异或门一块集成块 74160 十进制计数器，3 块集成块 IN555 555 定时器电阻 3M/10k/10k/10k/100k 各一个电容 33uf/6.8uf/4.6uf/10nf 各一个集成块 DCD-HEX(七段数码管) 3 块函数发生器 函数发
12、生器（模拟脉搏） 1（400mV 1HZ）开关 J1 一个电源 VCC 直流 6V五、仿真调试与分析模拟脉搏信号从函数发生器发出，经过运放电路，放大 10 倍后，进入一个电容、3 个与或门的延时分频。倍频原理在“倍频电路”那部分已经讲述清楚了。倍频后的频率直接送入到 74160N 解码，解码后就到达七段数码管进行显示。打上定时器的开关之后，定时的过程实际上就是电容不断充电的过程。电容上的电压从 0 到 2/3这段时间就是我们要定时的时间（15s）。开始，555 定时器 out 端口为低电平，经过外部的非门之后，变成高电平，74160N C开始工作此后，电源经外部电阻不断向向 C 充电，当 C 上电压升到 2 /3 V DD 时，THR、TRI 两端为 1/3，输出 V 0 翻转，变为 1；1 经过非门变成 0，74160N 停止工作。故 74160N 工作的时间为：T=1.1RC=15s六、结论与心得：总体来说，本次实验独立完成，使我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。我觉得以后更要加强这方面的设计，提高自己的能力.我觉得自己的动手
