課程設(shè)計人體脈搏計的設(shè)計

1、一、設(shè)計說明設(shè)計一個人體脈搏計，要求能夠?qū)崿F(xiàn)在30s內(nèi)測量人的脈搏跳動次數(shù)，并且將脈搏次數(shù)顯示出來。正常人的脈搏數(shù)為6080次/min，嬰兒為90100次/min，老人為100150次/min。電路原理框圖如圖1所示。倍頻器基準時間產(chǎn)生電路放大與整形計數(shù)譯碼顯示器控制電路傳感器圖1 脈搏計原理框圖將脈搏跳動信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電脈沖信號，放大整形后進行二倍頻，并在30s（基準時間） 內(nèi)對此信號計數(shù)，便得到了1min脈搏數(shù)。二、技術(shù)指標1設(shè)計人體脈搏計數(shù)器并用led顯示。2誤差為2次/min。三、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標通過分析計算確定電路形式和元器件參數(shù)。3主要器件：(1

2、)74ls74雙d觸發(fā)器；(2)74ls47或4ls48譯碼器；(3) 74ls163計數(shù)器；(5)op07等。 四、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1.謝自美. 電子線路設(shè)計實驗測試. m武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000年2.閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). m北京：高等教育出版社，2006年3.付家才. 電子實驗與實踐. m北京：高等教育出版社，2004年六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告指導(dǎo)教師 年 月 日負責(zé)教師 年 月 日學(xué)生簽字 年 月 日成績評定表評語、建議或需要說明的問題：指導(dǎo)教師簽字： 日期：成 績?nèi)梭w脈搏計的設(shè)計一、概述

3、脈搏計在實際中的應(yīng)用非常廣泛，它是用來測量一個人心臟跳動次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，用來測量頻率較低的小信號。其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時序邏輯電路如何設(shè)計、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實際問題，將所學(xué)知識應(yīng)用于實踐中。設(shè)計任務(wù)技術(shù)指標；1 要求在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)測量人體的脈搏跳動次數(shù)。2 設(shè)計人體脈搏計數(shù)器并用led顯示。二、方案說明此方案采用脈搏傳感器，74ls160計數(shù)器，集成運放放大電路，555構(gòu)成的多諧振蕩器，異或門組成的4倍頻電路等電路。脈搏傳感器的作用是將脈搏信號轉(zhuǎn)換

4、為響應(yīng)的電脈沖信號。放大電路多種多樣，本次實驗采用比較簡單、廉價的運放電路。由一個運放器和三個電阻就組成了符合要求的放大電路。放大倍數(shù)可調(diào)，本次放大倍數(shù)大約為11倍。倍頻電路要對脈搏進行調(diào)頻，如將15s內(nèi)傳感器所獲得的信號頻率4倍頻，即可得到對應(yīng)一分鐘的脈沖數(shù)，從而縮短測量時間。555定時器是為了試驗在規(guī)定時間內(nèi)完成任務(wù)。本設(shè)計中采用簡單的74ls160作為計數(shù)器，因為它是十進制計數(shù)器無需改裝，直接使用。因為脈搏測試器中需要上百位的數(shù)字。因此，將三片74ls160直接按并行進位方式連接即的千進制計數(shù)器。原理框圖如圖1所示。倍頻器基準時間產(chǎn)生電路放大與整形計數(shù)譯碼顯示器控制電路傳感器圖1 人體脈

5、搏計原理框圖三、電路設(shè)計1. 傳感器本次設(shè)計中是利用函數(shù)信號發(fā)生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動。如圖2函數(shù)信號發(fā)生器。 圖2 函數(shù)信號發(fā)生器輔助時鐘信號100hz，占空比50%2. 放大整形電路由一個運放器和三個電阻就組成了符合要求的放大電路。放大倍數(shù)可調(diào)，本次放大倍數(shù)大約為11倍，用一個與非門進行簡單的整形。經(jīng)過實驗，可以放大，整形正弦電路。如圖3放大整形電路。 圖3 放大整形電路3. 倍頻電路倍頻電路的形式很多，如鎖相倍頻器、異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復(fù)雜，成本比較高，所以這里采用了能滿足設(shè)計要求的異或門組成的4倍頻電路。利用第一個異或門的延遲時間對第二個異或門產(chǎn)生作用，當輸入

6、由“0”變成“1”或由“1”變成“0”時，都會產(chǎn)生脈沖輸出。其中電容c是為了延時，經(jīng)過測試，當c1=33uf，c2=3.8uf，r4=10k，r1=10k的時候能達到四倍頻的要求。如圖4倍頻電路。圖4 倍頻電路4. 時間控制電路555定時器是為了試驗在規(guī)定時間內(nèi)完成任務(wù)，控制電路工作的基準時間。如圖5基準時間產(chǎn)生電路。圖5 基準時間產(chǎn)生電路5. 計數(shù)顯示電路將三片74ls160直接按并行進位方式連接即的千進制計數(shù)器。三塊芯片的enp load clr都為高電平以保證電路的工作。其中第二第三塊芯片ent為高電平，第一塊芯片ent受555定時器的控制。當555定時器輸出為低電平時，74ls160輸

7、入端接收到的是高電平，開始計數(shù)；輸出為高電平時，74ls160接收到的是低電平，停止計數(shù)（計數(shù)結(jié)束）。此時顯示的就是15s內(nèi)的脈沖數(shù)了。數(shù)碼管與74ls160的連接方式如圖6計數(shù)顯示電路。圖6 計數(shù)顯示電路四、性能的測試 按電路圖連接好電路，開始仿真測試，信號發(fā)生器發(fā)出的模擬脈搏信號經(jīng)過放大整形電路和倍頻電路的處理頻率變大，由555定時器控制時間電路控制時間，保證電路在規(guī)定時間內(nèi)進行工作，最后計數(shù)器上顯示的數(shù)字即為在該模擬信號下的1分鐘內(nèi)的脈搏數(shù)。仿真測試過程如圖7所示。圖7 系統(tǒng)總仿真五、結(jié)論、性價比該方案基本實現(xiàn)了任務(wù)書中的要求，即完成了規(guī)定時間內(nèi)測試出脈搏數(shù)的基本要求。但在個別單元電路仍

8、然有問題存在，比如控制時間電路即555定時電路的設(shè)計方面并不理想，不能較好的控制測試脈搏時間，還有一些細節(jié)方面仍然都有問題存在，但總體上實現(xiàn)了題目的要求。在總體設(shè)計方面，各個電路之間的聯(lián)系，以及各個單元電路的連接和設(shè)計上較為簡單明了，總體結(jié)構(gòu)比較簡單，容易理解，雖然控制時間電路即555定時電路有問題存在，不能較好的控制測試脈搏時間，但基本達到了要求。本次設(shè)計采用的器件和芯片比較常見，即74ls160計數(shù)器，555定時器等都是較為常見的器件，總體來說性價比比較合適。參考文獻1 謝自美. 電子線路設(shè)計實驗測試. m武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000年2 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). m北京：高等教育出版社，2006年3 付家才. 電子實驗與實踐. m北京：高等教育出版社，2004年附錄i 總電路圖附錄i 總電路圖附錄ii 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1u1集成塊 comparator_virtual12 u3a,u4a,u5a,u6a異或門4070bd 43 u7,u9,u10計數(shù)器74ls160 34 a1 555定時器555_virtual 15r1,r2,r3,r4,r5