模电课程设计数显式脉搏测试仪课程设计与制作.docx
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模电课程设计数显式脉搏测试仪课程设计与制作
数显式脉搏测试仪课程设计与制作
专业：
学号：
姓名：
一．设计题目：
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
二．设计要求及技术指标
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（传感器输出电压一般为几个毫伏）。
要求：
1、实现在30~60内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数字。
正常人脉搏数为60~80次/min，为90~100次/min,老人为100~150次/min.。
2、用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。
3、测试误差不小于2次/min。
4、要求完成的任务：
设计电路，在时间允许的情况下要安装测试，分析实验结果，写出设计说明书。
四．设计成果形式：
1．设计说明书一份（不少于4000字）
2.样品一套（制作成本不高于40元）。
目 录
引言...5
第1章方案选择及总体设计...6
1.1方案选择...6
1.2总体设计...7
1.2.1功能描述...7
1.2.2定时功能的实现...7
1.2.3图...8
第2章硬件电路设计...9
2.1单片机的选型及外围电路设计...9
2.2显示电路的设计...9
2.3按键及接口电路的设计...10
2.4 发音电路...11
2.5电路原理图...12
第3章软件设计...13
3.1基本思路...13
3.2按键子程序设计...13
3.2.1键功能及实现思路...13
3.2.2程序框图...14
第4章实物制作及调试说明...23
4.1实物制作...23
4.1.1元件安装步骤...23
4.2.2实物制作过程...23
4.2调试说明...23
第5章使用说明...24
第6章结束语...25
附 录...26
附录一元件清单...26
附录二参考文献...27
数显式脉搏测试仪课程设计与制作
引言
摘要：
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、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。
【关键字】数显式脉搏测试仪电路如图1（b）所示：
由压电陶瓷片、四2输入与非门CD4011、555集成定时器、CD40110、七段数码管（MTS3101AR七段数码管）组成。
MTS3101AR七段数码管为小型LED共阴极数码管，CD40110与它配套使用可直接驱动显示。
一．设计题目：
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
二．设计要求及技术指标
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（传感器输出电压一般为几个毫伏）。
要求：
1、实现在30~60内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数字。
正常人脉搏数为60~80次/min，为90~100次/min,老人为100~150次/min.。
2、用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。
3、测试误差不小于2次/min。
4、要求完成的任务：
设计电路，在时间允许的情况下要安装测试，分析实验结果，写出设计说明书。
第1章方案选择及总体设计
1.1方案选择
根据题目的要求，本器件除了核心器件集成块外主要还包括了以下几个部分：
1、按键
方案一：
4*4矩阵式键盘。
如果选择此方案，那么在修改时钟或设置闹铃时间时就可以直接从键盘输入，方便、快捷，但程序较为复杂。
方案二：
独立式按键。
如果设置过多按键，将会占用较多I/O口，而且会给布线带来不便，因此，此方案适用于按键较少的情况。
如果选择此方案，由于按键较少，在修改时间或设置闹铃时间时就不能直接输入，只能通过加或减完成，稍为麻烦一些，但其程序简单。
由于并不需要经常修改时间和设置闹铃时间，而且方案二的程序简单，按键少、成本低，而且程序简单，适用于我们大专学生。
因此，选择方案二。
2、显示器
方案一：
液晶显示器。
如果选择此方案，将会降低系统的功耗，这样就可以用电池供电，便于携带。
但液晶显示器的驱动电路复杂，使用起来有一定的难度。
方案二：
用数码管作为显示器。
数码管的驱动电路简单，使用方便，如果选择了此方案，那么在夜间看时间的时候就不需要有光源，非常方便。
其缺点是功耗较大。
由于数码管使用起来较为方便，在夜间看时间也很方便。
因此我们选择了方案二。
3、计时部分
如果使用时钟芯片，系统就不怕掉电且时间精确，但这种芯片比较贵。
况且，设计本系统主要是为了学习单片机程序的编写和调试以及设计硬件电路的一些方法，因此我们通过编程使用单片机定时计数器来实现计时，非常经济，且符合设计要求。
4、显示器驱动电路
考虑到经济问题，我们采用低电压，而不采用集成电路UNL2003等来驱动。
由于用低电压来驱动数码管时电流小，因此需在段码支路加限流电阻。
6、电源
使用电池供电，比较方便携带。
况且，本系统的体积较小，使用电池供电随身携带，因此，用电池供电合适，所以不用外部稳压电源来供电。
1.2总体设计
1.2.1功能描述
1.十四个510Ω与数显管连接：
本电路采用24小时进制计数，数显管各占两位且用“-”隔开。
2.按键的设计和功能
我们在这次设计中共用了五个按键，它们分别控制“切换”、“加一”、“减一”、“设置”、“复位”。
系统上电后，自动进入时钟状态。
若在此时按下“设定”键，显示器上将出现闪亮位，再按“+”或“-”则可以加或减闪亮位内容，修改完一位后再按“设置”可改变闪亮位位置继续修改下一位。
修改完成后再次按“设置”键即可退出设定状态进入正常显示时钟状态。
若在正常显示时钟状态时按下“切换”键可进入闹钟状态，此时再按下“切换”键则又返回显示时钟；按“设定”键可修改当前显示的闹钟时间，修改方法与修改时钟相同。
1.2.2定时功能的实现
电路上电后按照设定的初始值开始运行，我们可以按实际需求先设定。
电路能在设定的时间。
这是因为当系统到了我们设定的时间时，控制蜂鸣器的P3.6口就会发出如下图所示频率的方波，所以蜂鸣器会发出“嘀-嘀——嘀-嘀”的响声，从而实现定时响铃的效果。
1.2.3硬件框图
本电路的定时器和脉冲电路可通过两个按键来进行调整,并由14个电阻降压。
硬件框图如下
40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状
态锁存，七段显示译码输出等功能。
cd40110引脚图
图1
555无稳电路
无稳电路有2个暂稳态，它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态，它的输出是一串矩形脉冲，所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。
555的无稳电路有多种，这里介绍常用的3种。
（1）直接反馈型555无稳
利用555施密特触发器的回滞特性，在它的输入端接电容C，再在输出V0与输入之间接一个反馈电阻Rf，就能组成直接反馈型多谐振荡器，见图7（a）。
用等效触发器替代555电路后可画成图7（b）。
现在来看看它的振荡工作原理：
刚接通电源时，C上电压为零，输出V0=1。
通电后电源经内部电阻、V0端、Rf向C充电，当C上电压升到＞2/3VDD时，触发器翻转V0=0，于是C上电荷通过Rf和V0放电入地。
当C上电压降到＜1/3VDD时，触发器又翻转成V0=1。
电源又向C充电，不断重复上述过程。
由于施密特触发器有2个不同的阀值电压，因此C就在这2个阀值电压之间交替地充电和放电，输出得到的是一串连续的矩形脉冲，见图7（c）。
脉冲频率约为f=0.722／RfC。
（2）间接反馈型无稳
另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上，如图8（a），这样做使振荡电路和输出电路分开，可以使负载能力加大，频率更稳定。
这是目前使用最多的555振荡电路。
这个电路在刚通电时，V0=1，DIS端开路，C的充电路径是：
电源→RA→DIS→RB→C，当C上电压上升到＞2/3VDD时，V0=1，DIS端接地，C放电，C放电的路径是：
C→RB→DIS→地。
可以看到充电和放电时间常数不等，输出不是方波。
t1=0.693（RA＋BB）C、t2=0.693RBC，脉冲频率f=1.443／（RA＋2R）C
（3）555方波振荡电路
要想得到方波输出，可以用图9的电路。
它是在图8的电路基础上在RB两端并联一个二极管VD组成的。
当RA=RB时，C的充放电时间常数相等，输出就得到方波。
方波的频率为f=0.722／RAC（RA=RB）
在这个电路的基础上，在RA和RB回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉冲振荡电路。
555脉冲振荡电路常被用作交流信号源，它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。
因为电路简单可靠，所以使用极广。
只要按上述步骤细心分析核对，一定能很快地识别555电路的类别和了解它的工作原理。
下面的问题就比较好办了，例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算。
用门电路组成的多谐振荡器（包括由反相器、与非门和或非门）在各种电子电路中几乎都能见到，它们最主要的用途是用来作时钟脉冲发生器，用来驱动计数器或脉冲分配器，使电路的各组成部分能够按照所设定的工作程序有条不紊地工作。
用与非门和或非门组成的多谐振荡器如图所示。
第2章硬件电路设计
2.1数电路的选型及外围电路设计
选用cd40110及对其介绍：
CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1（a）所示。
R（5脚）为清零端，R＝1时，计数器异步清零。
CP为时钟端，CPu（9脚）为加法计数时钟，CPD（7脚）为减法计数时钟。
Qco（10脚）加计数进位输出，QBO（11脚）减计数借位输出。
TB（4脚）为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于禁止状态，即不计数。
LE（6脚）为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。
a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。
表1 CD4O110逻辑功能表
2.2显示电路的设计
2.2.1动态显示简介
本设计采用动态显示方式。
LED数码管的所有段码连接在同一个8位的I/O口线上,每一个LED数码管的位码则单
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