电子脉搏计.docx
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电子脉搏计
电子课程设计
——电子脉搏计
学院：
电子信息工程学
专业、班级：
姓名：
学号：
指导教师：
闫晓梅
2014年12月
数字电子脉搏计
一.设计任务要求
设计一个电子脉搏计，要求：
1.实现在15秒内测量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。
二．总体框图
1．
图２－1 方案一整体框图
方案一：
人体的正常脉搏为每分钟50-100次/秒。
为了简化电路以及节省元件，我取计数器的计数范围为0-99。
让信号发生器模拟人体脉搏的产生。
以每个上升沿代表一次脉搏。
让计数器记录上升沿的个数，然后左移两位，表示所记数字乘以四。
这样我们就可以15秒钟测量一分钟的个数。
但是这种方案由六位二进制码转换BCD码电路复杂，故障率高，延时较长，且计数不能连续，所以舍弃这种方案。
图2-2方案二整体框图
方案二：
该方案是首先测出脉搏跳动5次所需要的时间，然后再换算为每分钟
所跳动的次数，这种测量方法误差较小，可达
4次/min,此种方法能够连续计
数，且计数电路结构简单。
故选用第二种方案。
三、元器件清单
本实验采用数电中常见的器件，这样我们就可以熟练地使用而且可以降低该电路的故障率。
以下为本实验所使用的器件。
异或门74LS86四片，计数器74LS160三片，运放器，LM555一片，与门74LS08，
非门74LS04，数码管三个，电阻电容若干。
1．异或门：
当两个输入一致时，输出为0，输入相异时，输出为1。
异或门的原理图与真值表如图３－１所示
图3－１ 异或门的逻辑符号与真值表
２．4-2输入与门及其真值表如图３－２所示，A、B为与门的输入端，Y为与门的输出端。
当输入全1时，输出为1。
当输入有0时，输出为0。
与门的这一功能决定它可以作为自动控制的开关使用。
当A端接信号，B端接控制端，B=1时，Y=A；B=0时，Y=0。
图３－２ 74LS08内部框图及管脚图和真值表
３．74LS160其结构图如图３－３所示，管脚图如图３－４所示：
ENT、ENP为芯片的使能端，当ENT、ENP接高电平时芯片处于工作状态，接低电平时处于休眠状态。
我们将这两端接高电平，使它一直工作。
CLR为清零端，CLR=0，QA～QD输出为0，CLR=1，芯片正常工作。
LOAD为同步置数端，低电平有效，当LOAD为低，且有下降沿来时，A、B、C、D四个数就并行置入，从QA，、QB、QC、QD输出。
RCO为进位端。
即由9变为0时，该端出现一个高电平。
时序图如图3-4所示。
图３－３ ７４ＬＳ１６０内部电路图
图３－４ ７４ＬＳ１６０逻辑图
4．555电路的内部结构如图3-5所示，定时器555是一种多功能集成电路，
只要在外部接上几个电阻和电容，就可以组成施密特触发器、单稳态电路和多谐
振荡器。
图３－５ ５５５内部原理图
输入
输出
TH
VO
Dis
×
<
VCC
<
VCC
>
VCC
×
<
VCC
>
VCC
×
L
H
H
H
L
H
不变
L
导通
截止
不变
导通
表１ 555功能真值表
5.
非门74LS04为一个反向器，其原理图与真值表如图3-7所示。
A=0时，Y=1。
A=1时，Y=0。
图3-6非门逻
6.除了主要元件外，我们还用到了四输入数码管，电阻电容等，其逻辑图如图所
示：
对于数码管，其直值表如下：
4
3
2
1
OUT
4
3
2
1
OUT
0
0
0
0
0
0
1
0
1
5
0
0
0
1
1
0
1
1
0
6
0
0
1
0
2
0
1
1
1
7
0
0
1
1
3
1
0
0
0
8
0
1
0
0
4
1
0
0
1
9
表二：
数码管输出与输入的关系真值表
4、各功能模块及其原理：
1传感器
脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为相应的点冲信号。
脉搏传感器是脉搏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构的显示。
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。
在这三种目前采用最多的是压电类传感器，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模拟人体脉搏
2放大与整形
放大电路多种多样，本次试验采用比较简单、廉价的运放电路。
由一个运放器和俩个电阻就组成了符合要求的放大电路。
放大倍数可调，本次放大倍数大约为10倍。
由于整形电路比较复杂，要先较好的对脉冲信号的不规则整形是有一定的难度，初次想到的就使用电压比较器进行整形，但是在模拟软件下这种不知道那个是电压比较器。
就直接用了一个简单的与非门进行简单的整形。
经过试验，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4倍频电路。
如将15s内传感器所获得的信号频率4倍频，即可得到对应的一分钟的脉搏数，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，所以这里才哟过来能满足设计要求的异或门组成的4倍频电路。
U9a和U9b构成二倍频电路，U8a和U8b构成二倍频电路；俩个二倍频电路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，当输入有‘0’变成‘1’或由‘1’变成‘0’时，都会产生脉冲输出。
其中电容c是为了延时，经过测试，当c1=33uf,c2=3.8uf,R1=10k,R2=10k的时候能达到4倍频的要求。
电路图如
4定时电路
555定时器是为了实验组15s内完成任务，是单稳态的时间长度为15s。
所以定时时间为15s。
本次试验采用555单稳态定时电路。
工作原理如下；
开关打上，RST、Vcc都为高电平，由于有电容c3的存在，THR和THI为低电平。
此时输出为低电平，随着电容的充电，当时间达到15s的时候，电容俩段电压为2/3Vcc，THI和THR为1/3Vcc,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=406ufR=3M.
5,计数译码显示
本设计中采用简单的74lLS160作为计数器，因为他是10进制数器，无需改装，直接使用，因为脉搏计数器需要计数上百位数字，因此，将三片74LS160直接按并进行方位连接既得千进制计数器，三块芯片ENTLOADCLR都为高电平以保持电路的工作，其中第二，三块芯片ENT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接受到的为低电平，停止计数（计数结束），此时显示的就是15秒内的脉冲数了，数码管于74LS160的链接方式如下：
五、总体设计电路图
1.总体框图如图所示：
2，工作原理：
打上电源开关，电源各部分开始工作，首先是信号发生器发生的信号，经过四倍频电路，频率变成原来的四倍：
倍频器的主要作用就是为了计数器能在15s内计算出1min钟的脉搏数，脉冲数进入数码管计数器，计数开始，来一个脉冲计数器就加1,15s后定时器输出端电平翻转，计数器停止工作，显示出跳动脉搏的次数。
六总结
书上得来终觉浅，绝知此事要躬行。
通过本次课程设计，学生们真正使课堂学习与动手实践结合起来，提高了同学们的自学能力、动手能力和分析问题的能力。
让我们更深刻的理解各个器件的功能及其应用。
在大量的实验中，我总结出一种简单易行的设计方法，可以直接跳过列真值表、状态转换图以及逻辑公式。
不仅可以节省时间，而且也使电路更加简单实用。
我相信在以后的电路设计中会带来很大的帮助。
此外，课程设计还使我们学到了诸如信息检索，文档阅读，以及各种软件的应用等知识，培养了我们考虑事情全面，做事认真，在遇到困难时不急不躁，冷静分析问题的习惯。
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