心跳計(jì)數(shù)系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)說明書

1、成績 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書課程設(shè)計(jì)名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目：心跳計(jì)數(shù)系統(tǒng)學(xué) 院：XXXX學(xué)院學(xué) 生 姓 名：XXXX專 業(yè)：XXXXX學(xué) 號：312014XXXX指 導(dǎo) 教 師：XXXX日期：2016年 6 月 28 日西華大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書心跳計(jì)數(shù)系統(tǒng)摘 要：本設(shè)計(jì)要解決的問題就是設(shè)計(jì)一個(gè)可以測量心率、預(yù)防心臟病等心臟方面疾病的數(shù)字心率計(jì)。主要步驟為：由壓電傳感器將心跳頻率轉(zhuǎn)換為電信號，由放大電路將微弱的信號放大，再經(jīng)過濾波，將高頻信號過濾，再經(jīng)過由555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器將信號整形為脈沖波形，計(jì)數(shù)器由三片74LS163實(shí)現(xiàn)，再由4511和顯示器進(jìn)行數(shù)字顯示，整個(gè)過程由555

2、定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器控制。在壓電傳感器的選擇上，經(jīng)傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式方面的考慮，我們采用壓電陶瓷傳感器。關(guān)鍵詞：傳感器，心率，計(jì)數(shù)，定時(shí)Abstract：This design to solve the problem that design a can measure heart rate, prevention of heart disease and other heart disease digital heart rate meter.Main steps is: your heart rate will be converted to electrica

3、l signals by piezoelectric sensor, by amplifying circuit will be weak signal amplification, after filtering, the high frequency signal filtering, repass composed of 555 timer Schmitt trigger would plastic as the pulse waveform, the signals by three 74 ls163 counter, again by 4511 and display digital

4、 display, the whole process is composed of 555 timer monostable trigger control.On the choice of piezoelectric sensor, the sensor's precision, sensitivity, anti-jamming and installation considerations, we adopt piezoelectric sensors.Keywords：Sensors, heart rate, counting, timing目 錄1 前言11.1 設(shè)計(jì)背景1

5、1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)11.3 實(shí)施計(jì)劃21.4 必備條件22 總體方案設(shè)計(jì)32.1方案比較32.1.1方案一32.1.2方案二32.2方案論證42.3方案選擇43 單元模塊設(shè)計(jì)43.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)43.1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)53.1.2放大模塊設(shè)計(jì)53.1.3濾波模塊設(shè)計(jì)63.1.4整形電路模塊設(shè)計(jì)73.1.5定時(shí)器模塊設(shè)計(jì)83.1.6計(jì)時(shí)電路模塊設(shè)計(jì)103.1.7譯碼顯示電路模塊設(shè)計(jì)113.2特殊器件的介紹113.2.1膜片式壓電壓力傳感器器件介紹113.2.2芯片74LS163C器件介紹123.2.3 CD4511以及八段式LED數(shù)碼管介紹133.2.4 555定時(shí)器器件介紹14

6、4.系統(tǒng)調(diào)試164.1調(diào)試環(huán)境164.2硬件調(diào)試175系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)215.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能215.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試215.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析216結(jié)論217總結(jié)與體會228 謝辭229 參考文獻(xiàn)23附錄24附錄1 系統(tǒng)的原理電路圖24附錄2 系統(tǒng)PCB25III1 前言隨著社會的發(fā)展和科技技術(shù)的進(jìn)步，人們的生活水品也隨之在改變，對健康意識也在不斷的提高，為了提高生活質(zhì)量，人們開始重視自己的身體健康。1.1 設(shè)計(jì)背景心臟病一直屬于慢性疾病之一，心臟病在醫(yī)學(xué)上還不能夠徹底的治療，影響著不同年齡的人，而心臟病給患者帶來生活和身體上的不便。心率是人體的一個(gè)重要的生命信息之一，能夠反映人

7、的心臟健康程度。正常人的心跳是60-90次/分，低于60次/分和高于90次/分，說明測試者的心跳不正常。特別是對心臟存在問題或者由于其它一些疾病導(dǎo)致心率跳動不正常的人，每天測試自己的心率是非常有必要的，這樣可以知道自己最近的身體健康程度。若檢測出來的心率不在正常的范圍之類，可以及早及時(shí)的到醫(yī)院治療。1.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)本課題就是針對以上問題，結(jié)合一系列簡單的電路和集成芯片，設(shè)計(jì)一個(gè)簡單、輕便的心率檢測裝置，可以方便心臟有問題的人在家里每天使用，極大的方便心臟病患者。即使是健康的人，也可以通過這個(gè)裝置隨時(shí)檢測自己的身體健康。人體內(nèi)各器官的健康狀態(tài)、病變等信息將以某種方式顯現(xiàn)在心跳中，心跳的中富含有關(guān)

8、心臟、內(nèi)外循環(huán)和其他跟人體息息相關(guān)的信息，我們可以通過對脈搏檢測有診斷價(jià)值的信息，用來預(yù)測人體某些器官結(jié)構(gòu)和功能的變換趨勢，如:血管力學(xué)性質(zhì)和幾何形態(tài)的變異會引起心跳波波形和波速等性質(zhì)的變化。 因此，我們可以通過檢測人們的心率變化來大致評估一個(gè)人的健康狀況，心跳的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管疾病，心跳生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對心跳的檢測可以對如高血壓和糖尿病等引起的血管病變進(jìn)行評估和早期治療。同時(shí)心跳測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)提供了一些可參考的生理信息。在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和日常保健中，心跳是一項(xiàng)基本的生命指標(biāo)，因而心跳測量是最常見的生命特征的提

9、取。而近年來出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，例如便攜式電子血壓計(jì)，既可以測血壓也可以完成心跳的測量。對我們的健康生活有積極的作用。1.3 實(shí)施計(jì)劃利用兩年來學(xué)習(xí)的專業(yè)知識，比如模電、數(shù)電等，探究如何使該項(xiàng)目所需的放大電路、濾波電路、定時(shí)電路、整形電路、計(jì)數(shù)電路以及譯碼顯示電路相互聯(lián)系。在圖書館查閱“傳感器”和“課程設(shè)計(jì)”等相關(guān)資料，了解關(guān)于“壓電傳感器”的相關(guān)知識，找到適合的壓電傳感器，了解傳感器的相關(guān)性能，確保安全性與精確性。需要用proteus進(jìn)行仿真，故結(jié)合網(wǎng)上資源，自學(xué)該軟件的使用方式，確保能完整的將電路設(shè)計(jì)思路反映到仿真中。運(yùn)用protel制作pcb。1.4 必備條件小組成員之間的密切配合，包括

10、資源共享、互相幫助等，力求做到最佳設(shè)計(jì)方案。 2 總體方案設(shè)計(jì)正常人心跳為6080次/分鐘，老年人為100150次/分鐘，嬰兒為90140次/分鐘，顯然這種信號屬于低頻范疇。因此，心跳計(jì)數(shù)系統(tǒng)是來測量低頻信號的裝置，其基本功能要求：（1） 把人體的心跳信號轉(zhuǎn)換成電信號。（2） 對轉(zhuǎn)換后的電信號要進(jìn)行放大、濾波以及整形等處理，以保證其他電路正常工作。 （3） 在很短的時(shí)間內(nèi)，測量出經(jīng)放大后的電信號頻率值。 總之，心跳計(jì)數(shù)系統(tǒng)的核心是在固定的短時(shí)間內(nèi)對低頻電脈沖計(jì)數(shù)，最后以數(shù)字形式顯示出來。在近兩周的課程設(shè)計(jì)中，我們小組通過對整個(gè)電路的分析，結(jié)合自己已有的知識，思考出三種設(shè)計(jì)方

11、案，我將對這三種方案的組成框圖和實(shí)現(xiàn)原理分別進(jìn)行說明，并分析比較它們的特點(diǎn)。2.1方案比較2.1.1方案一方案一原理框圖如圖2-1所示。譯碼顯示計(jì)數(shù)電路整形電路放大濾波電路壓力傳感器控制電路圖2-1 方案一的原理框圖把轉(zhuǎn)換為電信號的脈搏信號，在單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并用數(shù)字顯示其計(jì)數(shù)值，從而直接得到每分鐘的脈搏數(shù)。2.1.2方案二方案二原理框圖如圖2-2所示。譯碼顯示計(jì)數(shù)電路倍頻電路整形電路放大濾波電路壓力傳感器譯碼顯示圖2-2 方案二的原理框圖測量心臟跳動固定次數(shù)所需時(shí)間，然后換算為每分鐘的心跳數(shù)。2.2方案論證第一種方案較為直觀，所需的電路結(jié)構(gòu)簡單，測量時(shí)間為一分鐘，更為精確和穩(wěn)定。第二種方

12、法通過倍頻可大大可減少測量的時(shí)間，提高效率，但電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且測得的沒有第一種方案穩(wěn)定。2.3方案選擇綜上所述，選擇第一種方案。3 單元模塊設(shè)計(jì)本節(jié)主要介紹系統(tǒng)各單元模塊的具體功能、電路結(jié)構(gòu)、工作原理、以及各個(gè)單元模塊之間的聯(lián)接關(guān)系；同時(shí)本節(jié)也會對相關(guān)電路中的參數(shù)計(jì)算、元器件選擇、以及核心器件進(jìn)行必要說明。3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要分為個(gè)單元模塊，它們分別是：傳感器模塊、放大濾波電路模塊、定時(shí)電路模塊、整形電路模塊、計(jì)數(shù)電路模塊、譯碼顯示電路模塊。各單元模塊功能及相關(guān)電路的具體說明如下。3.1.1傳感器模塊設(shè)計(jì)在對傳感器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式初步的考慮后，為

13、了提高心率的測量精度。我們選用壓電陶瓷傳感器測量心率。此傳感器具有抗腐蝕能力，傳感器沒有液體的流動，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠通斯電橋。由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比、激勵(lì)電壓成正比的高度線性度電壓信號。通過激光標(biāo)定，該傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性。其輸出信號為1020mv。3.1.2放大模塊設(shè)計(jì)1.模塊功能及工作原理：由傳感器出來的電壓信號較弱，在毫伏級，需要對其進(jìn)行放大。所以，設(shè)計(jì)信號放大電路，將脈搏傳感器出來的信號進(jìn)行放大，使之成為一個(gè)幅值適當(dāng)?shù)男盘?，便于后續(xù)電路的處理。心率信號是低頻信號

14、，低頻濾波電路可以將放大后信號中的中高頻信號濾除。2.組成：我們采用集成運(yùn)算放大器，并使用LM324構(gòu)成兩級放大電路。集成運(yùn)算放大器是一種電子器件，它采用一定的制造工藝將大量半導(dǎo)體三極管、電阻、電容等元件及它們之間的連線制作在一小塊單晶硅的芯片上，并具有一定功能的電子電路。因?yàn)閭鞲衅魉蛠淼男盘柗戎挥?020毫伏，要放大到5v左右才能作為計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。3.計(jì)算：令第一級放大Vo=11*Vi，第二級放大Vo2=26*Vo。故設(shè)定R7=10k,R3=100k,R5=1k,R6=25k。所以Vo2=286*Vi。4. 設(shè)計(jì)的放大電路如圖3-1所示。圖3-1 設(shè)計(jì)的放大電路3.1.3濾波模塊設(shè)計(jì)1

15、.模塊的功能及工作原理：從放大器輸出的電壓信號含有不同頻率成分的干擾信號，為了使計(jì)數(shù)器得到準(zhǔn)確的心跳次數(shù)，對頻率太高于正常心跳的高頻信號進(jìn)行濾除，因此本次設(shè)計(jì)采用了RC低通濾波器。 2.RC濾波電路的參數(shù)計(jì)算： 考慮到不同人群的心跳頻率范圍，濾波器設(shè)定的濾除信號為大于5Hz的高頻信號，所以令RC30K*1uF。3.濾波電路如圖3-2所示： 圖3-2 濾波電路3.1.4整形電路模塊設(shè)計(jì)1. 模塊功能：心率計(jì)設(shè)計(jì)中，整形電路的主要作用就是將經(jīng)過放大、將濾波信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字脈沖信號當(dāng)然這是在不改變信號頻率的前提下完成的。將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字脈沖信號的方案，可以有以下兩種可供選擇：一

16、是利用電壓比較器，二采用555組成施密特觸發(fā)器。這里我們選用第二種方式，由于施密特觸發(fā)器的工作特性，輸出的電壓為0V和5V的矩形波，便于計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。2. 電路工作原理： （1）vI=0V時(shí)，vo1輸出高電平。  （2）當(dāng)vI上升到2/3Vcc時(shí)，vo1輸出低電平。當(dāng)vI由2/3Vcc繼續(xù)上升，vo1保持不變。  （3）當(dāng)vI下降到1/3Vcc時(shí)，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖?。而且在vI繼續(xù)下降到0V時(shí)，電路的這種狀態(tài)不變。 如下圖3-3所示。圖3-3 施密特觸發(fā)器的工作原理 3.由于施密特觸發(fā)器輸出與輸入反相，故使用74LS00B將其調(diào)節(jié)為同相。故實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的施密特觸發(fā)器如圖3-4

17、所示。圖3-4 設(shè)計(jì)的施密特觸發(fā)器3.1.5定時(shí)器模塊設(shè)計(jì)1. 模塊功能及工作原理：定時(shí)器在本次設(shè)計(jì)中有重要作用，555定時(shí)器應(yīng)用廣泛，接成不同的外圍電路可實(shí)現(xiàn)不同的功能，在這個(gè)設(shè)計(jì)中主要實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間為60秒。我們運(yùn)用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行定時(shí),每一次向Vo2施加觸發(fā)信號（Vo2<1/3*Vcc）,由于74LS00B的作用，輸出反相，所以電路的輸出狀態(tài)由高電平跳到低電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，放電三極管T截止。伺候電容C充電，當(dāng)C充電至Vc=2/3Vcc時(shí)，電路的輸出電壓由低電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，同時(shí)導(dǎo)通，于是電容C放點(diǎn)，電路返回到穩(wěn)定狀態(tài)。2. 普通單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器工作原理如圖3

18、-5所示。圖3-5 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作原理 3.故設(shè)計(jì)電路如圖3-6所示。圖3-6 設(shè)計(jì)的定時(shí)器3.1.6計(jì)時(shí)電路模塊設(shè)計(jì)1.模塊功能：計(jì)數(shù)電路的主要作用是對心跳進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)芯片主要采用74LS163C.每一次上升沿脈沖，都會使得計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次計(jì)數(shù)。2.故實(shí)驗(yàn)中設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器如下圖3-7所示。圖3-7 設(shè)計(jì)的計(jì)數(shù)器3.1.7譯碼顯示電路模塊設(shè)計(jì)1. 模塊功能及工作原理:譯碼電路的主要作用是把計(jì)數(shù)電路的輸出數(shù)字進(jìn)行譯碼，并通過數(shù)碼管顯示，直觀地展現(xiàn)在被測對象面前。故本設(shè)計(jì)的譯碼顯示電路如圖3-8所示：圖3-8 設(shè)計(jì)中的譯碼顯示電路3.2特殊器件的介紹3.2.1膜片式壓電壓力傳感器器件介紹在對傳感

19、器的精度、靈敏度、抗干擾能力及安裝方式初步的考慮后，為了提高心率的測量精度。我們選用壓電陶瓷傳感器測量心率。此傳感器具有抗腐蝕能力，傳感器沒有液體的流動，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變，厚膜電阻印刷在陶瓷膜片的背面，連接成一個(gè)惠通斯電橋。由于壓敏電阻的壓阻效應(yīng)，使電橋產(chǎn)生一個(gè)與壓力成正比、激勵(lì)電壓成正比的高度線性度電壓信號。通過激光標(biāo)定，該傳感器具有很高的溫度穩(wěn)定性和時(shí)間穩(wěn)定性。其輸出信號為1020mv。如圖3-9，為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的膜片式壓電壓力傳感器。 1-絕緣套 2-后座 3-墊圈 4-外殼 5-石英晶片 6-導(dǎo)電片 7-石英晶片 8-傳力塊 9-膜片圖3-9 標(biāo)準(zhǔn)的膜片

20、式壓電壓力傳感器3.2.2芯片74LS163C器件介紹74LS163是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能。如圖3-10，為一個(gè)74LS163的引腳圖。 圖3-10 74ls163引腳圖管腳圖介紹： 時(shí)鐘CP和四個(gè)數(shù)據(jù)輸入端P0P3 清零/MR 使能CEP，CET 置數(shù)PE 數(shù)據(jù)輸出端Q0Q3 以及進(jìn)位輸出TC.(TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET) 表3-1 74LS163功能表輸入輸出CRCPLDEPE

21、TD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00XXXXXXX000010XXDCBADCBA110XXXXXQ3Q2Q1Q011X0XXXxQ3Q2Q1Q01111XXXX狀態(tài)碼加1從74LS163功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號上升沿作用后，74LS163輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS163還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)

22、系是CO=Q0·Q1·Q2·Q3·CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS163可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。3.2.3 CD4511以及八段式LED數(shù)碼管介紹 CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動LED顯示器。譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制端LE的電平狀態(tài)。當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通，此時(shí)有鎖存作用。CD

23、4511的引腳圖如下圖3-11所示： 圖3-11 CD4511的引腳圖對于數(shù)碼管最常用的是七段式和八段式LED數(shù)碼管，八段比七段多了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，其他的基本相同。所謂的八段就是指數(shù)碼管里有八個(gè)小LED發(fā)光二極管，通過控制不同的LED的亮滅來顯示出不同的字形。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種類型，其實(shí)共陰極就是將八個(gè)LED的陰極連在一起，讓其接地，這樣給任何一個(gè)LED的另一端高電平，它便能點(diǎn)亮。而共陽極就是將八個(gè)LED的陽極連在一起接高電平，其示意圖如圖3-12所示。圖3-12 LED數(shù)碼管示意圖3.2.4 555定時(shí)器器件介紹555定時(shí)器的工作原理如圖3-13所示： 圖3-13 555定時(shí)器的工作

24、原理555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 C1 的同相輸入端的電壓為 2VCC /3，C2 的反相輸入端的電壓為VCC 若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 C2 的輸出為 0，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電

25、壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 C1 的輸出為 0，C2 的輸出為 1，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。    它的各個(gè)引腳功能如下：  1腳：外接電源負(fù)端VSS或接地，一般情況下接地8腳：外接電源VCC，雙極型時(shí)基電路VCC的范圍是4.5  16V，CMOS型時(shí)基電路VCC的范圍為3  18V。一般用5V。&#

26、160;   3腳：輸出端Vo    2腳：低觸發(fā)端    6腳：TH高觸發(fā)端  4腳：是直接清零端。當(dāng)此端接低電平，則時(shí)基電路不工作，此時(shí)不論TR、TH處于何電平，時(shí)基電路輸出為“0”，該端不用時(shí)應(yīng)接高電平。  5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓，則可改變內(nèi)部兩個(gè)比較器的基準(zhǔn)電壓，當(dāng)該端不用時(shí)，應(yīng)將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。    7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時(shí)器時(shí)

27、電容的放電。在1腳接地，5腳未外接電壓，兩個(gè)比較器A1、A2基準(zhǔn)電壓分別為的情況下，555時(shí)基電路的功能表如下表3-2所示。表3-2 555時(shí)基電路的功能表清零端高觸發(fā)端TH低觸發(fā)端Q放電管T功能0XX0導(dǎo)通直接清零101X保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)110X保持上一狀態(tài)保持上一狀態(tài)1010110導(dǎo)通截止置1清零4.系統(tǒng)調(diào)試對放大濾波電路、整形電路分別進(jìn)行檢驗(yàn)調(diào)試，對整個(gè)心跳計(jì)數(shù)電路進(jìn)行調(diào)試。4.1調(diào)試環(huán)境本章節(jié)介紹本次設(shè)計(jì)中用到的軟件，并總結(jié)本次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)軟件的情況1.PROTEUS仿真軟件：Proteus ISIS是由英國Labcenter electronics公司開發(fā)的電

28、路分析與實(shí)物仿真軟件,是一種EDA工具軟件。Proteus安裝以后，主要由兩個(gè)程序組成：ARES和ISIS。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件具有以下特點(diǎn)：(1)實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；還有有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等等。(2)支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PI

29、C18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片，當(dāng)元器件庫沒有所需要的芯片時(shí)，則可以通過加載相對應(yīng)的元器件庫，然后從庫中就能夠找到相應(yīng)的元器件了。(3)提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。(4)具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傮w上分析知，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。下面將介紹Proteus ISIS軟件的工作環(huán)境和一些基本操作

30、。 由于安裝Proteus ISIS軟件較為簡單，在這兒就不具體的介紹如何去安裝該軟件程序了，主要介紹在安裝完成后如何更好的使用Proteus ISIS。安裝好軟件程序后桌面上會出現(xiàn)快捷圖標(biāo)，雙擊桌面上的ISIS 7 Professional圖標(biāo)或者單擊屏幕左下方的“開始”“程序”“Proteus 7 Professional” “ISIS 7 Professional”，出現(xiàn)如圖5-2所示屏幕，表明進(jìn)入Proteus ISIS集成環(huán)境。 進(jìn)入到Proteus IS

31、IS的工作界面，Proteus ISIS的工作界面是一種標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面。其工作界面主要包括：標(biāo)題欄、主菜單、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、模型選擇工具欄、狀態(tài)欄、挑選元件按鈕、庫元件按鈕、預(yù)覽對象方位控制按鈕、仿真進(jìn)程控制按鈕、預(yù)覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。2.PROTEL99SEProtel99SE是Protel公司近10年來致力于Windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。因而今天的Protel最新產(chǎn)品已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是一個(gè)系統(tǒng)工具，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。Prote

32、l 設(shè)計(jì)系統(tǒng)是一套建立在IBM兼容PC環(huán)境下的EDA電路集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)，由于其高度的集成性與擴(kuò)展性，一經(jīng)推出，立即為廣大用戶所接受，很快就成為世界PC平臺上最流行的電子設(shè)計(jì)自動化軟件。  Protel99 SE共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（包含信號完整性分析）、自動布線器、原理圖混合信號仿真、PLD設(shè)計(jì)。 以下介紹一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多種格式的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表；強(qiáng)大的全局編輯功能；在原理圖中選擇一級器件，PCB中同樣的器件也將被選中；同時(shí)運(yùn)行原理圖和PCB，在打開的原理圖和PCB圖間允許雙向交叉查找元器件

33、、引腳、網(wǎng)絡(luò)。既可以進(jìn)行正向注釋元器件標(biāo)號（由原理圖到PCB），也可以進(jìn)行反向注釋（由PCB到原理圖），以保持電氣原理圖和PCB在設(shè)計(jì)上的一致性；滿足國際化設(shè)計(jì)要求（包括國標(biāo)標(biāo)題欄輸出，GB4728國標(biāo)庫）；方便易用的數(shù)?；旌戏抡妫嫒軸PICE 3f5）；支持用CUPL語言和原理圖設(shè)計(jì)PLD，生成標(biāo)準(zhǔn)的JED下載文件；PCB可設(shè)計(jì)32個(gè)信號層，16個(gè)電源-地層和16個(gè)機(jī)加工層；強(qiáng)大的“規(guī)則驅(qū)動”設(shè)計(jì)環(huán)境，符合在線的和批處理的設(shè)計(jì)規(guī)則檢查；智能覆銅功能，覆鈾可以自動重鋪；提供大量的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)電路板作為設(shè)計(jì)模版；放置漢字功能；可以輸入和輸出DXF、DWG格式文件，實(shí)現(xiàn)和AutoCAD等

34、軟件的數(shù)據(jù)交換；智能封裝導(dǎo)航（對于建立復(fù)雜的PGA、BGA封裝很有用）；方便的打印預(yù)覽功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印結(jié)果；獨(dú)特的3D顯示可以在制板之前看到裝配事物的效果；強(qiáng)大的CAM處理使您輕松實(shí)現(xiàn)輸出光繪文件、材料清單、鉆孔文件、貼片機(jī)文件、測試點(diǎn)報(bào)告等。本設(shè)計(jì)就是應(yīng)用該軟件制作pcb設(shè)計(jì)。4.2硬件調(diào)試在放大濾波電路輸入端接一模擬傳感器輸出的幅度為20mv的正弦波形，在放大濾波電路后接模擬示波器，并進(jìn)行調(diào)試，如圖4-1所示。圖4-1 放大濾波電路的調(diào)試調(diào)試后如圖4-2中波形，顯示幅值大概為5V，經(jīng)檢驗(yàn)，電路正確。圖4-2 調(diào)試后的波形圖 在放大濾波電路輸入端接一模擬傳感器輸出的

35、幅度為20mv的正弦波形，在放大濾波電路后接整流電路，后接模擬示波器，并進(jìn)行調(diào)試，如圖4-3所示。圖4-3 整流電路的調(diào)試如圖4-4，結(jié)果顯示波形為脈沖波形，所以經(jīng)檢驗(yàn)，電路正確。圖4-4 調(diào)試后的整流電路所得波形對整個(gè)心跳計(jì)數(shù)電路進(jìn)行調(diào)試，如圖4-5，為一分鐘所計(jì)數(shù)字。圖4-5 整個(gè)電路調(diào)試所得結(jié)果5系統(tǒng)功能、指標(biāo)參數(shù)主要進(jìn)行系統(tǒng)功能的說明和指標(biāo)參數(shù)的測試。5.1系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能使用該電路組成的器件，可以通過與脈搏或者心跳的接觸，在一定的時(shí)間內(nèi)測量心跳的次數(shù)，從而得到心跳頻率，起到預(yù)防和防止疾病的作用。5.2系統(tǒng)指標(biāo)參數(shù)測試我們通過對模擬傳感器輸出量進(jìn)行參數(shù)測試，首先保持幅值不變，更改其頻率

36、，得到表5-1。表5-1 參數(shù)測試（1）幅值頻率顯示次數(shù)20mv1HZ6020mv1.5HZ12120mv2HZ91保持頻率不變，更改其幅值，得到表5-2.表5-2 參數(shù)測試（2）幅值頻率顯示次數(shù)20mv1HZ6030mv1HZ6040mv1HZ605.3系統(tǒng)功能及指標(biāo)參數(shù)分析從兩個(gè)表格可知，幅值的改變在一定的范圍內(nèi)，心跳所計(jì)次數(shù)只與頻率有關(guān)?？傮w來說可以達(dá)到預(yù)期效果，但是因?yàn)闆]有傳感器實(shí)物和電路事物，可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)不夠?qū)嶋H。因?yàn)槭欠抡婺M，所以可能不能將實(shí)際情況考慮周全。6結(jié)論當(dāng)9V電源接通之后，心臟跳動頻率通過壓電傳感器轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大整形電路進(jìn)行放大整形，然后由計(jì)數(shù)器74LS163測出每分鐘心臟跳動的次數(shù)，其輸出的結(jié)果為BCD碼，需再經(jīng)七段顯示譯碼器CD4511轉(zhuǎn)換為七段字形碼，送至數(shù)碼顯示器顯示出一分鐘的心跳次數(shù)。計(jì)數(shù)器是否計(jì)數(shù)是由555芯片組成的時(shí)基信號產(chǎn)生電路所產(chǎn)生的定時(shí)脈沖控制的。7總結(jié)與體會通過本次課程設(shè)計(jì)，實(shí)在是受益匪淺。本來這門課的知識學(xué)的就不夠扎實(shí)，當(dāng)剛開始要