电子脉搏计.docx

1、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1 min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

2、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

3、，输入相异时，输出为1。异或门的原理图与真值表如图所示 图3异或门的逻辑符号与真值表 4-2输入与门及其真值表如图所示，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74LS08内部框图及管脚图和真值表74LS160其结构图如图所示，管脚图如图所示： 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，QAQD输出为0，CLR=1

4、，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。 图内部电路图 图逻辑图4555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。 图内部原理图输 入输 出THVODisVCCVCCVCCLHHHLH不变L导通截止不变导通 表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

5、，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：4321OUT4321OUT00000010150001101106001020111700113100080100410019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

6、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

7、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。

8、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=406uf R=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ENT LOAD CLR都为

9、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。