數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)

1、目錄摘要關(guān)鍵詞abstractkey words1 引言2 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案21 設(shè)計(jì)要求22 設(shè)計(jì)方案2.3 工作原理3 數(shù)字脈搏檢測(cè)儀各模塊的工作原理31 傳感器模塊3.1.1 傳感器概述3.1.2 芯片cd40113.2 信號(hào)放大模塊3.2.1 放大器概述3.2.2放大器的工作電路3.3 譯碼驅(qū)動(dòng)模塊3.4計(jì)時(shí)模塊3.5計(jì)數(shù)模塊3.6 顯示模塊3.6.1 顯示器概述3.6.2 工作電路3.6.3 led數(shù)碼管的工作原理及工作方式3.6.4 led數(shù)碼管的顯示方式及安全性問(wèn)題4 總結(jié)參考文獻(xiàn)附錄 數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的工作電路圖致謝數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì) 摘要：本文介紹一種用單片機(jī)制作的便攜式脈

2、搏測(cè)量?jī)x，只要人把手指放在傳感器內(nèi)10秒鐘就可以精確測(cè)量出每分鐘脈搏數(shù)，測(cè)量結(jié)果用三位數(shù)字顯示。本文根據(jù)人體脈搏信號(hào)特征設(shè)計(jì)了一套脈搏檢測(cè)裝置。該裝置由應(yīng)變式脈搏傳感器及其信號(hào)放大及濾波電路、a/d轉(zhuǎn)換、接i/o接口及脈搏信號(hào)數(shù)字處理軟件構(gòu)成，還包括相應(yīng)的計(jì)時(shí)電路和計(jì)數(shù)電路，以顯示測(cè)量結(jié)果。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；脈搏測(cè)量?jī)x；便攜式；精確 the design of digital pulse detector abstract： this article introduced that one kind of the pulse measuring instrument which manufact

3、ures with the monolithic integrated circuit, so long as the human places the finger in the sensor 10 seconds to be possible the precision measuring each minute pulse number, the measurement result showed with three digit. a pulse detecting system was developed in this article which is based on the f

4、unctions of the pulse. the system consists of strain gage sensors，amplifiers ，filters，ad translators，io ports and integrated digital signal processing softwareand also, it includs the timing circuit and the counting circuit which are used to show the result.key words: scm, monolithic integrated circ

5、uit pulse measuringinstrument, convenient, accuracy1 引言 脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人脈搏跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分,因此，在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展史上具有重要的作用。醫(yī)院的護(hù)士每天都要給住院的病人把脈記錄病人每分鐘脈搏數(shù)，方法是用手按在病人腕部的動(dòng)脈上，根據(jù)脈搏的跳動(dòng)進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了節(jié)省時(shí)間，一般不會(huì)作1分鐘的測(cè)量，通常是測(cè)量10秒鐘時(shí)間內(nèi)脈搏的數(shù)，再把結(jié)果乘以6即得到每分鐘的脈搏數(shù)，即使這樣做還是比較費(fèi)時(shí)，而且精度也不高。我們知道，目前檢測(cè)脈搏的儀器雖然很多，但是能實(shí)現(xiàn)精確測(cè)量、精確顯示且計(jì)時(shí)功能準(zhǔn)確等多種功能的便攜式全數(shù)字脈搏測(cè)量

6、裝置很少。目前市場(chǎng)上比較常見的脈搏檢測(cè)儀有：1）、 jq-系列脈搏測(cè)試診斷儀：動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示脈搏波形，準(zhǔn)確觀察心臟早搏、心律不齊、心泵力不均等現(xiàn)象。對(duì)可能患有高血壓、冠心病、心臟負(fù)荷增加、左心肥大心慌胸悶、血液供耗失調(diào)、心肌缺氧、缺血性壞死、心絞痛、心肌梗塞、高血脂、高血粘度、動(dòng)脈硬化、腦血栓、肺充血、肺水腫、肺心病、血液粘稠、高血脂、微循環(huán)障礙 （如手腳麻木）等疾病的患者給出及時(shí)提示。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于：醫(yī)療院所、亞健康普查、社區(qū)服務(wù)、藥品保健品市場(chǎng)、醫(yī)療美容 2）、 zxg-f型自動(dòng)脈搏診斷儀（增強(qiáng)型） （1） 自動(dòng)無(wú)創(chuàng)檢測(cè)人體的血液粘度、血管彈性、心臟供血能力、心臟供氧狀況、微循環(huán)狀況等心腦血

7、管方面。（2） 高血粘、高血脂、高血壓、動(dòng)脈硬化等心腦血管疾病的必備健康檢測(cè)儀器。 （3） 直接顯示實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，并自動(dòng)給出每個(gè)人的標(biāo)準(zhǔn)范圍值。 （4） 工業(yè)級(jí)控制主板，15寸彩色顯示器，無(wú)需軟件主機(jī)，直接開關(guān)機(jī)，性能穩(wěn)定，質(zhì)量可靠。一體化設(shè)計(jì)，專業(yè)美觀。（5） 海量存儲(chǔ)，可選配打印機(jī)，可選配彩色顯示器。 （6） 快速測(cè)試血糖參數(shù)(選配)。3）、 zxg-、jq系列脈搏檢測(cè)診斷儀該系統(tǒng)配置有計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、脈搏采集盒、脈搏傳感器構(gòu)成。無(wú)創(chuàng)自動(dòng)定量檢測(cè)心臟、血管、血液、微循環(huán)四項(xiàng)總計(jì)35項(xiàng)參數(shù)，并提供多達(dá)64項(xiàng)專家診斷信息。所有檢測(cè)參數(shù)均有名詞解釋，菜單顯示。 隨著人們生活環(huán)境和經(jīng)濟(jì)條件的改善，

8、以及文化素質(zhì)的提高，其生活方式，保健需求以及疾病種類，治療措施等發(fā)生了明顯的變化。但在目前，我國(guó)的心腦血管疾病仍呈逐年上升趨勢(shì)。其發(fā)病率和死亡率均居各種疾病之首，是人類死亡的主要原因之一。因此，認(rèn)識(shí)、預(yù)防及早期發(fā)現(xiàn)這些疾病是十分必要的。 zxg-、jq系列脈搏檢測(cè)診斷儀，以其優(yōu)良的技術(shù)性能，為臨床提供了可靠、方便的檢測(cè)、診斷手段。 儀器用途： 該儀器廣泛用于危重病員的搶救，運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)的探討，老年康復(fù)醫(yī)學(xué)的研究，手術(shù)、麻醉期的床邊監(jiān)護(hù)，體外反搏期的觀察，心血管疾病的診斷以及藥物療效的評(píng)估等。適合于各類醫(yī)院、藥品銷售部門使用。4）、 產(chǎn)品名稱：全自動(dòng)脈搏檢測(cè)儀 無(wú)創(chuàng)自動(dòng)檢測(cè)脈搏、血管、血液、微循環(huán)四

9、大類35項(xiàng)參數(shù)，專家診斷信息64項(xiàng)，動(dòng)態(tài)顯示脈搏波形，對(duì)可能患有冠心病、血管硬化、高血脂、高血粘度的患者給出及時(shí)診斷?！叭詣?dòng)脈搏檢測(cè)儀”此儀器特別適合做藥品或者保健品的促銷業(yè)務(wù),尤其對(duì)做義診活動(dòng)、聯(lián)誼會(huì)、講座有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，該“全自動(dòng)脈搏檢測(cè)儀”可以檢測(cè)心臟功能、血管狀況、血液指標(biāo)和微循環(huán)功能等脈搏全息檢測(cè)35項(xiàng)。5）、 產(chǎn)品型號(hào)：azn-e脈搏檢測(cè)儀 最適合醫(yī)藥保健品會(huì)議營(yíng)銷，社區(qū)健康普查，藥店促銷。是迅速提高醫(yī)藥保健品銷量的有力武器。主要功能特點(diǎn)： （1） 全新一體化設(shè)計(jì)，使用內(nèi)置電池，完全滿足用戶移動(dòng)需要。 （2） 可定量檢測(cè)脈搏、血管、血液、微循環(huán)等方面重要參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示脈搏波形。 （

10、3） 一體機(jī)由專用微機(jī)、液晶顯示屏、打印機(jī)、電池、脈搏傳感器組成。 （4） 快速檢測(cè)及打印脈搏功能參數(shù)，32項(xiàng)和8項(xiàng)可供選擇。 （5） 隨機(jī)存儲(chǔ)1000個(gè)檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以隨時(shí)調(diào)用、存儲(chǔ)及打印。 （6） 一體機(jī)內(nèi)置電池可連續(xù)使用10小時(shí)，更適合進(jìn)行戶外健康檢測(cè)活動(dòng)。 6）、azn-e21脈搏功能檢測(cè)儀 主要功能特點(diǎn)： （1） 可定量檢測(cè)出人體的血管彈性、脈搏、微循環(huán)狀況等方面的重要參數(shù)，顯示每項(xiàng)參數(shù)的實(shí)際測(cè)量值、正常值范圍并給出超標(biāo)提示。 （2） 實(shí)時(shí)顯示脈搏波形，準(zhǔn)確觀察心臟早搏、心律不齊等現(xiàn)象。對(duì)可能患有冠心病、高血脂、微循環(huán)障礙等病變的患者可及早給出提示。 （3） 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。（4

11、） 是國(guó)內(nèi)唯一采用usb接口的心血管功能檢測(cè)儀。一線連接，支持熱插拔，簡(jiǎn)單方便，性能穩(wěn)定。尤其適用于新型臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦。7）、 polar s610型脈搏測(cè)試儀polar s610型脈搏測(cè)試儀是目前較為先進(jìn)的綜合測(cè)試以及記錄心率變化的儀器。本設(shè)備除了具有其他脈搏測(cè)試表的實(shí)時(shí)監(jiān)控，記錄并且分析歷史數(shù)據(jù)，形成歷史數(shù)據(jù)曲線的功能外，還具有大容量，通過(guò)紅外端口與電腦相連接傳輸數(shù)據(jù)的功能。它超大的測(cè)試容量可以同時(shí)記錄多大500個(gè)測(cè)試者1年的測(cè)試數(shù)據(jù)，并且準(zhǔn)確度保持在萬(wàn)分之一秒。 本設(shè)備可用于體育運(yùn)動(dòng)員運(yùn)動(dòng)過(guò)程中脈搏變化的測(cè)試，職業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度的測(cè)試，在應(yīng)急情況下人心理變化能力的測(cè)試。 立足于數(shù)字脈搏儀市

12、場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀分析，通過(guò)對(duì)數(shù)字脈搏儀行業(yè)環(huán)境、數(shù)字脈搏儀產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)字脈搏儀市場(chǎng)供需、數(shù)字脈搏儀價(jià)格、數(shù)字脈搏儀生產(chǎn)企業(yè)的詳盡分析，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字人體脈搏檢測(cè)儀利用壓電傳感器接收脈搏跳動(dòng)信號(hào)，再將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最終通過(guò)數(shù)碼管顯示數(shù)字。它可以在人體的手、腕、臂等部位均能準(zhǔn)確測(cè)量出脈搏次數(shù)，并且能嚴(yán)格控制檢測(cè)時(shí)間，準(zhǔn)確顯示脈搏跳動(dòng)次數(shù)根據(jù)這點(diǎn)要求來(lái)擬定該數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)要求及其設(shè)計(jì)方案。體積可做得很小，使用時(shí)一按工作按鈕，儀器則可工作計(jì)數(shù)，一分鐘后自動(dòng)停止，并將數(shù)據(jù)保持下來(lái)，使用方便，數(shù)字顯示準(zhǔn)確直觀。2 設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)方案 21 設(shè)計(jì)要求脈搏測(cè)試儀是用來(lái)測(cè)量一個(gè)人脈搏跳動(dòng)次數(shù)的電子儀器，也是心電

13、圖的主要組成部分。它是用來(lái)測(cè)量頻率較低的小信號(hào)（傳感器輸出電壓一般約為幾個(gè)毫伏時(shí)）。其設(shè)計(jì)要求為： 1）實(shí)現(xiàn)在3060內(nèi)秒測(cè)量1分鐘的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。成年人脈搏數(shù)為6080次/min，青少年為90100次/min,老人為100150次/min.。 2）用傳感器將脈搏的跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并加以放大整形和濾波。 3）測(cè)試誤差不小于2次/min。 4）要求完成的任務(wù)：設(shè)計(jì)電路，在時(shí)間允許的情況下要安裝測(cè)試，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 22 設(shè)計(jì)方案 脈搏計(jì)的上述功能要求，可采用兩個(gè)不同的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)： 1）把脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行記數(shù)，并用數(shù)字顯示其記數(shù)值，從而直接得到每

14、分鐘的脈搏數(shù)。 2）測(cè)量脈搏跳動(dòng)固定次數(shù)所需的時(shí)間，然后換算為每分鐘的脈搏數(shù)。 這兩種方案比較起來(lái)，第一種比較直觀，所需要的電路結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單些；第二種方法的測(cè)量誤差比較小，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)電路要復(fù)雜些。為了使脈搏計(jì)輕巧而便宜，通常采用第一種方案。以下進(jìn)行的設(shè)計(jì)就是基于第一方案。2.3 工作原理 本設(shè)計(jì)使用傳感器將拾取的脈搏跳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大電路進(jìn)行放大后，送到計(jì)數(shù)顯示電路。計(jì)時(shí)電路進(jìn)行計(jì)時(shí)，一分鐘到了，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，這時(shí)數(shù)碼管顯示的就是一分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。 數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的原理方框圖如下所示：圖1 數(shù)字脈搏檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)原理方框圖 由其原理方框圖我們可以畫出該脈搏檢測(cè)儀的工作原理電路

15、圖。（見附錄）數(shù)字脈搏測(cè)試儀電中的壓電陶瓷片htd-27將拾取的脈搏跳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)cd4011b組成的四級(jí)線性放大器放大后，送到由cd4553和cd4511b組成的計(jì)數(shù)顯示電路。cd4553內(nèi)部輸入端設(shè)置了脈沖整形電路，所以對(duì)脈沖沿?zé)o甚特殊要求。它只有一組bcd碼輸出，但通過(guò)內(nèi)部分時(shí)控制可形成三位十進(jìn)制數(shù)字顯示。cd4511b是譯碼器，其輸出驅(qū)動(dòng)三位led共陰數(shù)碼管。bg1、bg2、bg3分別由cd4553的15、1、2腳控制實(shí)現(xiàn)三位數(shù)碼管的分時(shí)顯示。cd4060組成計(jì)數(shù)閘門設(shè)定電路，r5、r6、c6與其內(nèi)部電路組成振蕩器，振蕩器信號(hào)經(jīng)內(nèi)部213次分頻后，由2腳輸出延時(shí)60秒的正脈沖

16、加到cd4553的11腳關(guān)閉閘門。使用時(shí)，用手表帶或松緊帶將壓電陶瓷片壓在手腕的撓動(dòng)脈處，注意一定要壓緊。在合上開關(guān)k1后即按一下復(fù)位開關(guān)k2，使cd4060和cd4553清零，這時(shí)計(jì)數(shù)閘門打開，脈搏信號(hào)由cd4553進(jìn)行計(jì)數(shù)。1分鐘后，cd4060輸出一高電平，使計(jì)數(shù)閘門關(guān)閉。這時(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)字即為每分鐘的脈搏數(shù)。 3 數(shù)字脈搏檢測(cè)儀各模塊的工作原理31 傳感器模塊 3.1.1 傳感器概述 傳感器(sensor/transducer)是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于應(yīng)用的某種物理量的測(cè)量裝置4。（1）它的輸入量是某一被測(cè)量，可能是物理量，也可能是化學(xué)量、生物量等

17、。（2）它的輸出量是某種物理量，這種量要便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等，通常主要是電量。（3）輸入輸出的轉(zhuǎn)換規(guī)律（關(guān)系）已知，轉(zhuǎn)換精度要滿足測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用要求。傳感器一般是由敏感元件、變換元件、信號(hào)調(diào)理電路三部分組成的，有時(shí)還需外加輔助電源提供轉(zhuǎn)換能量。在機(jī)械量（如力、壓力、位移、速度等）測(cè)量中，常采用彈性元件作為敏感元件。這種彈性元件也叫彈性敏感元件或測(cè)量敏感元件，它可以把被測(cè)量由一種物理狀態(tài)變換為所需要的另一種物理狀態(tài)。圖中的敏感元件直接感受被測(cè)量（一般為非電量）并將其轉(zhuǎn)換為易于轉(zhuǎn)換成電量的其他物理量；再經(jīng)變換元件轉(zhuǎn)換成電參量（電壓、電流、電阻、電感、電容等）；最后信號(hào)調(diào)理電路將這一電參量轉(zhuǎn)

18、換成易于進(jìn)一步傳輸和處理的形式，即電信號(hào)。至此，傳感器就完成了它應(yīng)有的功能。 傳感器選擇的一般原則為：（1）根據(jù)測(cè)量對(duì)象與測(cè)量環(huán)境確定傳感器的類型（2）靈敏度的選擇（3）頻率響應(yīng)特性（4）線性范圍（5）穩(wěn)定性（6）精度傳感器可以將脈搏信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于采集的電信號(hào)，其工作原理電路圖為：圖2 整形模塊電路原理圖圖中的壓電陶瓷片htd-27屬于壓電傳感器的一種。傳感器是一種以測(cè)量為目的，以一定精度把被測(cè)量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、易于處理的電量信號(hào)輸出的裝置。目前廣泛使用的壓電材料有石英和鈦酸鋇等，當(dāng)這些晶體受壓力作用發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，在其相對(duì)的兩個(gè)側(cè)面上產(chǎn)生異性電荷，這種現(xiàn)象稱為“壓電效應(yīng)”。壓電效應(yīng)是

19、壓電傳感器的主要工作原理，壓電傳感器不能用于靜態(tài)測(cè)量，只能夠測(cè)量動(dòng)態(tài)的應(yīng)力。壓電傳感器主要應(yīng)用在加速度、壓力和力等的測(cè)量中。也廣泛應(yīng)用在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中。3.1.2 芯片cd4011cd4011也稱為mc14011b，是2輸入正向邏輯與非門。它是一個(gè)四與非門集成電路，內(nèi)部含4個(gè)獨(dú)立的與非門,如下圖3所示：圖3 cd4011結(jié)構(gòu)圖有圖知：1與2腳“與”后從3腳輸出“非”； 5與6腳“與”后從4腳輸出“非”； 8與9腳“與”后從10腳輸出“非”； 12與13腳“與”后從11腳輸出“非” ；芯片cd4011引腳功能圖如圖4：圖4 cd4011引腳圖1腳：第一組數(shù)據(jù)輸入端； 2腳：第一組數(shù)據(jù)輸入端； 3

20、腳：第一組數(shù)據(jù)輸出端； 4腳: 第二組數(shù)據(jù)輸出端; 5腳：第二組數(shù)據(jù)輸入端； 6腳：第二組數(shù)據(jù)輸入端; 7腳：接地； 8腳: 第三組數(shù)據(jù)輸入端； 9腳：第三組數(shù)據(jù)輸入端； 10腳：第三組數(shù)據(jù)輸出端； 11腳：第四組數(shù)據(jù)輸出端； 12腳：第四組數(shù)據(jù)輸入端；13腳：第四組數(shù)據(jù)輸入端； 14腳：正電源。cd4011實(shí)現(xiàn)功能的真值表1.如下表所示：表 1 cd4011真值表a b j= 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 同理，對(duì)于c、d和e、f以及g、h也同上工作原理。3.2 信號(hào)放大模塊3.2.1 放大器概述放大器：把微弱的電信號(hào)放大為較強(qiáng)電信號(hào)的電路?；咎卣魇枪β史糯?。能把輸入訊

21、號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動(dòng)控制等各種裝置中。每一類放大器都具有一定的放大器的放大倍數(shù)。圖5 放大器的工作電路放大器的框圖如圖5所示。左邊是輸入端，外接信號(hào)源，vi、ii分別為輸入電壓和輸入電流；右邊是輸出端，外接負(fù)載，vo、io分別為輸出電壓和輸出電流。 1、放大倍數(shù)的分類電壓放大倍數(shù) av=vo/vi (3.2.1)電流放大倍數(shù) ai=io/ii (3.2.2)功率放大倍數(shù) ap=po/pi (3.2.3)三者關(guān)系為 ap=po/pi=iovo/iivi=aiav (3.2.4)2、放大器的增益增益g：用對(duì)數(shù)表示

22、放大倍數(shù)。單位為分貝(db)。功率增益 gp= 10lgap(db) (3.2.5)電壓增益 gv=20lgav(db) (3.2.6)電流增益 gi=20lgai (db) (3.2.7)增益為正值時(shí)，電路是放大器，增益為負(fù)值時(shí)，電路是衰減器。例如，放大器的電壓增益為20db，則表示信號(hào)電壓放大了10倍。又如，放大器的電壓增益為-20db，這表示信號(hào)電壓衰減到1/10，即放大倍數(shù)為0.1。3.2.2放大器的工作電路1、電路組成圖6 單電源供電電路圖7 雙電源供電電路 圖是一個(gè)單管共發(fā)射極（以下簡(jiǎn)稱單管共射）放大電路的原理電路圖。電路中有一個(gè)雙極型三極管作為放大器件，因此是單管放大電路。由圖可

23、見，輸入回路與輸出回路的公共端是三極管的發(fā)射極，所以稱為單管共射放大電路6。在電路中，npn型三極管擔(dān)負(fù)著放大作用，是放大電路的核心。vi是集電極直流電源，為輸入信號(hào)提供能量。rc是集電極負(fù)載電阻，集是極電流ic通過(guò)rc，從而將電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化，然后傳送到放大電路的輸出端?；鶚O直流電源vbb和基極電阻rb的作用是，一方面為三極管的發(fā)射結(jié)提供正抽偏置電壓；同時(shí)，二者共同決定了當(dāng)不加輸入電壓時(shí)三極管基極回路的電流，這個(gè)電流稱為靜態(tài)基流。在以后的分析中將會(huì)看到，靜態(tài)基流的大小對(duì)放大作用的優(yōu)劣，以及放大電路的其他性能有著密切的關(guān)系。 在單管共射放大電路中，僅僅具備上述各個(gè)組成部分還不足

24、以保證電路很好地起放大作用。為了使三極管工作在放大區(qū)，還必須使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，為此，vi，rc、vb和rb等元件的參數(shù)應(yīng)與電路中三極管的輸入、輸出特性有適當(dāng)?shù)呐?合關(guān)系。2、元件作用 vb基極電源。通過(guò)偏置電阻rb，保證發(fā)射結(jié)正偏。vi集電極電源。通過(guò)集電極電阻rc，保證集電結(jié)反偏。rb偏置電阻。保證由基極電源gb向基極提供一個(gè)合適的基極電流。rc集電極電阻。將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化。c1、c2耦合電容。防止信號(hào)源以及負(fù)載對(duì)放大器直流狀態(tài)的影響；同時(shí)保證交流信號(hào)順利地傳輸。即“隔直通交”。 在此設(shè)計(jì)電路中我們采用單電源供電電路（如圖6）3、電路中電壓和電流

25、符號(hào)寫法的規(guī)定1）直流分量：用大寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如ib表示基極的直流電流。2）交流分量瞬時(shí)值：用小寫字母和小寫下標(biāo)的符號(hào)，如ib表示基極的交流電流。3）總量瞬時(shí)值：是直流分量和交流分量之和，用小寫字母和大寫下標(biāo)的符號(hào)，如ib /ib，即表示基極電流的總瞬時(shí)值。4、放大器的偏置電路 對(duì)于脈搏檢測(cè)的放大電路，我們采用分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路，電路如圖8所示。電路特點(diǎn)是靜態(tài)工作點(diǎn)比較穩(wěn)定。 圖8分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路1）元件作用rb1：上偏置電阻，rb2：下偏置電阻，rb3：發(fā)射極電阻，rb4：發(fā)射極旁路電容。2）工作原理基極電壓vbq由rb1和rb2分壓后得到，即vbq=rb2vg/(r

26、b1+rb2)固定。當(dāng)環(huán)境溫度上升時(shí)，引起icq增加，導(dǎo)致ieq的增加，使veq=ieqre增大。由于vbeq=vbd-veq，使得vbeq減小，于是基極偏流iaq減小,使集電極電流的增加受到限制，從而達(dá)到穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的目的。3.3 譯碼驅(qū)動(dòng)模塊 譯碼器是一種具有“翻譯”功能的邏輯路，這種電路能將輸入二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)，按照其原意翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。icq說(shuō)多諧振蕩器和計(jì)數(shù)器是這個(gè)設(shè)計(jì)的核心部分,那么這個(gè)譯碼器就是擔(dān)當(dāng)著一座橋梁,因?yàn)橥ㄟ^(guò)譯碼器譯碼后,才能在led數(shù)碼管看到數(shù)據(jù)。圖9 cd4511b的引腳分布圖上圖為cd4511b這塊芯片的引腳分布圖，它是一個(gè)bcd七段鎖存譯碼器/驅(qū)動(dòng)器

27、5。通過(guò)讀取計(jì)數(shù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)再通過(guò)bcd碼轉(zhuǎn)換,再將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)通過(guò)led數(shù)碼管顯示出來(lái)。本套設(shè)計(jì)最后能否成功，就是通過(guò)這個(gè)芯片能否順利譯碼傳輸顯示出來(lái)。表 2 cd4511真值表 d c b a a b c d e f gdisplayx x0 x x x x 1 1 1 1 1 1 1 8x 0 1 x x x x 0 0 0 0 0 0 0blank 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 2 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 0

28、 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 4 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 5 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 6 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 7 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 8 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 9 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0blank 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0blank 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0blank 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0

29、0 0 0blank 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0blank 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0blank 1 1 1 x x x x表2 是cd4511b的真值表2。從表中可見：當(dāng)le非、bi非、lt非分別為0、1、1時(shí)候，若dcba為0000，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為1、1、1、1、1、1、0，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字0。同樣，若dcba為0001，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為0、1、1、0、0、0、0，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字1。若dcba為0010，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為1、1、0、1、1、0、1，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)

30、器后顯示的是數(shù)字2。若dcba為0011，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為1、1、1、1、0、0、1，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字3。若dcba為0100，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為0、1、1、0、0、1、1，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字4。若dcba為0101，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為1、0、1、1、0、1、1，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字5若dcba為0110，這時(shí)a、b、c、d、e、f、g分別為0、0、1、1、1、1、1，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)器后顯示的是數(shù)字6。0、0、0、0，其余與此相同。cd4518b與cd4511b之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換就是通過(guò)8421bcd碼來(lái)傳輸?shù)摹?421bcd碼是

31、十位二進(jìn)制碼,也就是將十進(jìn)制的數(shù)字轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制,但是和普通的轉(zhuǎn)化不同,每一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)字09都對(duì)應(yīng)著一個(gè)四位的二進(jìn)制碼,對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表：表3 8421bcd轉(zhuǎn)換十進(jìn)制數(shù)字 8421bcd碼 1 0001 2 0010 3 0011 4 0100 5 0101 6 0110 7 0111 8 1000 9 1001即：十進(jìn)制0 對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0000, 1對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0001, 2對(duì)應(yīng)二進(jìn)制0010 9對(duì)應(yīng)二進(jìn)制1001 接下來(lái)10就有兩個(gè)上述的碼來(lái)表示10表示為00010000 也就是bcd碼。遇見1001就會(huì)產(chǎn)生進(jìn)位,不象普通的二進(jìn)制碼,到1111才產(chǎn)生進(jìn)位10000。3.4計(jì)時(shí)模塊 我們每次測(cè)量

32、脈搏時(shí)間為1分鐘，要完成這一精確測(cè)量，就需要用到定時(shí)器。測(cè)量開始，計(jì)時(shí)器就開始計(jì)時(shí)，一分鐘到時(shí)，測(cè)量完成，此時(shí)，脈搏跳動(dòng)次數(shù)就會(huì)通過(guò)顯示屏顯示，至此，完成一次測(cè)量過(guò)程。 本文中計(jì)時(shí)器中我們選用到的芯片是cd40607。它由兩部分構(gòu)成：一部分電路是14級(jí)分頻器，其分頻系數(shù)為1616384（由q4q14輸出）。另一部分電路振蕩器，可有外接電阻和電容構(gòu)成rc振蕩器。下面介紹芯片cd4060（圖10）各引腳的功能：1腳：計(jì)數(shù)器輸出端 2腳：計(jì)數(shù)器輸出端；3腳：計(jì)數(shù)器輸出端 4腳：計(jì)數(shù)器輸出端；5腳：計(jì)數(shù)器輸出端 6腳：計(jì)數(shù)器輸出端7腳：計(jì)數(shù)器輸出端 8腳：接地9腳：時(shí)鐘輸出端 10腳：反相時(shí)鐘輸出端

33、11腳：時(shí)鐘輸入端 12腳：計(jì)數(shù)器輸出端 13腳：計(jì)數(shù)器輸出端 14腳：計(jì)數(shù)器輸出端 15腳：計(jì)數(shù)器輸出端 16腳：電源圖10 cd406012腳為高電平時(shí)。計(jì)數(shù)清零且振蕩器使用無(wú)效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器在9腳和11腳的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無(wú)限制。其頻率f=1/2.2hz。芯片cd4060是14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻和振蕩器在本設(shè)計(jì)中，其主要功能是一分鐘計(jì)時(shí)。3、4腳外接定時(shí)電容，起定時(shí)作用8。 圖11 cd4060接線方法打開電源k1按下復(fù)位按鈕k2，cd4060的12腳有高電平變成低電平，電路開始工作，cd4060開始計(jì)時(shí)

34、，cd4553的13腳由高電平轉(zhuǎn)為低電平，cd4553的11 腳（時(shí)鐘輸入控制端），當(dāng)11腳為低電平時(shí)，允許時(shí)鐘脈沖輸入，為高電平時(shí)，禁止時(shí)鐘脈沖輸入。則cd4060將信息由2腳送入cd4553。超過(guò)一分鐘后，cd4060的12腳由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，?jì)數(shù)清零且振蕩器使用無(wú)效，cd4060停止計(jì)時(shí)。2腳也停止對(duì)cd4553的信息輸入。同時(shí)cd4553的13腳也復(fù)位。cd4553的11腳也變?yōu)楦唠娖?，不允許時(shí)鐘脈沖輸入。測(cè)試儀停止工作。 3.5計(jì)數(shù)模塊 計(jì)數(shù)模塊是用來(lái)計(jì)算每分鐘脈搏跳動(dòng)次數(shù)的。本文中我們采用cd4553計(jì)數(shù)器，此芯片是3位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，但只有1個(gè)輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸

35、出方式，通過(guò)它的選通脈沖信號(hào)，依次控制3位十進(jìn)制的輸出，從而實(shí)現(xiàn)掃描顯示方式。cd4553計(jì)數(shù)器只有一組三位bcd碼輸出，通過(guò)分時(shí)控制可形成三位十進(jìn)制數(shù)字顯示。采用16腳雙列直插式封裝。cd4553電路由三個(gè)同步級(jí)連的下降沿觸發(fā)的bcd計(jì)數(shù)器（個(gè)位、十位、百位）、三個(gè)鎖存器、分配鎖存器數(shù)據(jù)的多路轉(zhuǎn)換器、輸入整形電路、時(shí)序掃描電路及振蕩電路等部分組成。 如下圖12所示，芯片cd4553的功能：圖12 cd4553的引腳功能圖1腳：數(shù)據(jù)選擇輸出端； 2腳：數(shù)據(jù)選擇輸出端； 3腳：外接電容管腳1； 4腳：外接電容管腳2； 5腳：bcd碼輸出端； 6腳：bcd碼輸出端； 7腳：bcd碼輸出端； 8腳：

36、接地； 9腳：bcd碼輸出端 10腳：鎖存控制器； 11腳：時(shí)鐘輸入控制端； 12腳：時(shí)鐘輸入端； 13腳：復(fù)位端； 14腳：數(shù)據(jù)溢出端； 15腳：數(shù)據(jù)選擇輸出端； 16腳：電源。 其計(jì)數(shù)情況只有兩種：一種是在reset、disbale、le為低電平，這時(shí)如果在clock端子輸入計(jì)數(shù)脈沖，在脈沖的下降沿到來(lái)時(shí)，芯片的輸出將作加法計(jì)數(shù)。第二種情況是在reset、le為低電平，clock為高電平時(shí)，這時(shí)如果在disable端子輸入計(jì)數(shù)脈沖，在脈沖的上升沿到來(lái)時(shí)，芯片的輸出將作加法計(jì)數(shù)。 此外，計(jì)數(shù)器鎖存數(shù)據(jù)也有兩種情況：一種是reset為低電平時(shí)，這時(shí)如果le端子有上升沿，此時(shí)計(jì)數(shù)器將把所計(jì)數(shù)鎖存

37、起來(lái)。另外一種是reset為低電平時(shí)，如果le為高電平，此時(shí)計(jì)數(shù)器將把數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)。圖13 計(jì)數(shù)器的掃描周期從圖13可以看出，當(dāng)掃描振蕩器的掃描頻率一定時(shí)（掃描頻率的改變可以通過(guò)變外接電容值的大?。瑐€(gè)位、十位、百位掃描周期分時(shí)段顯示。 前面介紹過(guò)，cd4553 是 bcd7 段鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器, 分時(shí)控制可形成三位十進(jìn)制數(shù)字顯示。三個(gè)同步級(jí)連的下降沿觸發(fā)的 bcd 計(jì)數(shù)器（個(gè)位、十位、百位）、三個(gè)鎖存器,由 1,2 和 15 腳數(shù)據(jù)選擇輸出端控制。即作為分時(shí)輸出同步控制信號(hào) 端，從而形成動(dòng)態(tài)顯示方式，低電平有效。在任一時(shí)刻，1，2，15 腳只有一個(gè)是低電平，并作周期循環(huán)，形成一個(gè)三位時(shí)序信號(hào)。

38、三腳分別外接 bg1、bg2、bg3 三個(gè)pnp三極管。通過(guò)三極管的放大，分時(shí)控制數(shù)碼管。 由于 cd4553 內(nèi)部有整形電路。壓電陶瓷式傳感器在 cd4011 與電阻、電容的 配合下，將凌亂的信號(hào)輸入 cd4553 整形。13 腳復(fù)位端與 cd4060 進(jìn)行一分鐘限時(shí)計(jì)數(shù)。3、4腳外接定時(shí)電容。作芯片內(nèi)部掃描振蕩器的內(nèi)部時(shí)鐘。cd4553的9、7、6、5腳為bcd碼輸出端。通過(guò)這四個(gè)管腳將數(shù)據(jù)輸入cd4511。以求達(dá)到顯示的目的。下圖14為cd4553計(jì)數(shù)器在該脈搏檢測(cè)儀電路中的連狀態(tài)：圖14 cd4553計(jì)數(shù)器的連接電路3.6 顯示模塊 3.6.1 顯示器概述在本電路設(shè)計(jì)中，我們所采用的三

39、位led數(shù)碼管是七段共陰數(shù)碼管3。數(shù)碼管共有十個(gè)管腳(如圖所示)。由于不同廠家生產(chǎn),各管腳功能可能有所不同。 圖15 顯示器外形圖 圖16 數(shù)碼管引腳圖3.6.2 工作電路在數(shù)字脈搏測(cè)試儀電路中，顯示模塊應(yīng)與芯片cd4511芯片相連接，它包括片選三極管和數(shù)碼管。cd4511中的a,b,c,d,e,f,g七個(gè)管腳分別與數(shù)碼管的a,b,c,d,e,f,g七個(gè)管腳相接，將cd4553傳遞給cd4511的數(shù)據(jù)輸送給數(shù)碼管顯示。三個(gè)數(shù)碼管分別與cd4553的1腳，2腳，15腳相連。三個(gè)數(shù)碼管一次只導(dǎo)通一個(gè)管腳已實(shí)現(xiàn)片選，使得其中一個(gè)數(shù)碼管有顯示。高電平（即1）時(shí)，數(shù)碼管無(wú)顯示；低電平（即0）時(shí)，數(shù)碼管顯

40、示。也就是說(shuō)，三個(gè)數(shù)碼管同時(shí)只有一個(gè)低電平輸入，兩個(gè)高電平輸入，同一時(shí)間只有一個(gè)是亮的，由于它們的變化速度很快，肉眼無(wú)法識(shí)別，故看似同時(shí)顯示。 顯示器在脈搏檢測(cè)電路中的連接方式如圖17所示：圖17 顯示電路圖3.6.3 led數(shù)碼管的工作原理及工作方式在本次設(shè)計(jì)中，我們所用的三極管是塑料封裝9012 pnp型，三極管是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。在小型控制裝置和數(shù)字化儀器儀表中，往往只要幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字顯示或字符狀態(tài)便可滿足現(xiàn)場(chǎng)的需求，而顯示數(shù)碼的led因其成本低廉、配置靈活，與計(jì)算機(jī)接口方便等特點(diǎn)在小型微機(jī)控制系統(tǒng)中得到極為廣泛的應(yīng)用。一個(gè)8段led顯示器的結(jié)

41、構(gòu)與工作原理如圖16所示。它是由8個(gè)發(fā)光二管組成，各段依次記為a、b、c、d、e、f、g、dp ，其中dp位表示小數(shù)點(diǎn)（不帶小數(shù)點(diǎn)的稱為7段led）。8段led顯示器分為共陽(yáng)極和共陰極兩種結(jié)構(gòu)，分別如下圖18、19兩圖所示12： 圖18共陽(yáng)極電路圖 圖19 共陰極電路圖共陰極led的所有發(fā)光管的陰極并接成公共端com，而共陽(yáng)極led的所有發(fā)光管的陽(yáng)極并接成公共端com。當(dāng)共陰極led的com端接地，則某個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極加上高電平時(shí)，則該管有電流流過(guò)因而點(diǎn)亮發(fā)光；當(dāng)共陽(yáng)極led的com端接高電平，則某個(gè)發(fā)光管的陰極加上低電平時(shí)，則該管有電流流過(guò)因而點(diǎn)亮發(fā)光。8段led通過(guò)不同段點(diǎn)亮?xí)r的組合，可

42、以顯示09、af等十六進(jìn)制數(shù)。顯然，將單片機(jī)的數(shù)據(jù)輸出口與led各段引腳相連，控制輸出的數(shù)據(jù)就可以使led顯示不同的字符。3.6.4 led數(shù)碼管的顯示方式及安全性問(wèn)題數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示，就是顯示電路具有輸出鎖存功能，只要將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不再管，直到下次顯示數(shù)據(jù)需要更新時(shí)再傳送一次新數(shù)據(jù)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用i/o端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5840根i/o端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89s51單片機(jī)可用的i/o端口才32個(gè)，

43、實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示，則要求對(duì)顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新，使顯示數(shù)據(jù)有閃爍感。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極com增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的i/o線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通com端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的com端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的i/o端口，而且功耗更低。由于，本電路設(shè)計(jì)的是測(cè)試一分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的測(cè)試，因此，此脈搏檢測(cè)儀的顯示電路采用的是動(dòng)態(tài)顯示。led的安全性問(wèn)題即它的壽命問(wèn)題，保證其壽命既保證了整個(gè)電路的壽命，所以應(yīng)著重考慮。 由于發(fā)光二極管基本上屬于電流敏感器件，其正