電子脈搏計(jì)課程設(shè)計(jì)(共33頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電子脈搏計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告組長：蔡新源組員：史志華、張重彬、李海磊、楊威力、劉世洋、孫景偉、冀鵬輝、楊冠軍、李峰朝 目 錄 摘 要人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息。而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)，通過對脈搏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。同時(shí)脈搏測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)提供了一種生理參考信號。 本文主要介紹了數(shù)字式脈搏計(jì)的具體實(shí)現(xiàn)方法，利用壓電傳感器產(chǎn)生脈沖信號，經(jīng)過放大整形后，輸入單片機(jī)內(nèi)進(jìn)行相應(yīng)的控制，從而測量出一分鐘內(nèi)的脈搏跳動次數(shù)，快捷方便。

2、通過觀測脈搏信號，可以對人體的健康進(jìn)行檢查， 通常被用于保健中心和醫(yī)院。關(guān)鍵詞脈搏計(jì)；脈沖信號；壓電傳感器第一章 緒論脈搏是臨床檢查和生理研究中常見的生理現(xiàn)象，包含了反映心臟和血管狀態(tài)的重要生理信息。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)在脈搏中即在脈象中。人體脈象中富含有關(guān)心臟、內(nèi)外循環(huán)和神經(jīng)等系統(tǒng)的動態(tài)信息，我們可以通過對脈搏波檢測得到的脈波圖含有出許多有診斷價(jià)值的信息，可以用來預(yù)測人體某些器臟結(jié)構(gòu)和功能的變換趨勢，如:血管幾何形態(tài)和力學(xué)性質(zhì)的變異會引起脈搏波波形和波速等性質(zhì)的改變，而脈搏的病理生理性改變常引發(fā)各種心血管事件，脈搏生理性能的改變可以先于疾病臨床癥狀出現(xiàn)

3、，通過對脈搏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。同時(shí)脈搏測量還為血壓測量，血流測量及其他某些生理檢測技術(shù)提供了一種生理參考信號。 在醫(yī)院臨床監(jiān)護(hù)和日常中老年保健中，脈搏是一項(xiàng)基本的生命指標(biāo)，因而脈搏測量是最常見的生命特征的提取。近年來出現(xiàn)的日常監(jiān)護(hù)儀器，如便攜式電子血壓計(jì)，可以完成脈搏的測量。但是這種便攜式電子血壓計(jì)利用微型氣泵加壓橡膠氣囊，每次測量都需要一個(gè)加壓和減壓的過程，存在體積龐大、加減壓過程會有不適、脈搏檢測的精確度低等缺點(diǎn)。第二章 各種元器件及其應(yīng)用1、集成同步計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用 張重彬 集成同步計(jì)數(shù)器74LS160(異步清零)、74LS162(同步清零)為十進(jìn)制計(jì)數(shù)

4、器，74LS161(異步清零)、74LS163(同步清零)為四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它們都是邊沿觸發(fā)的同步加法計(jì)數(shù)器。CLR為清零端，LOAD為置數(shù)端，一般均以低電平為有效電平。若需要構(gòu)成其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只需把計(jì)數(shù)輸出加上適當(dāng)門電路反饋到異步清零端CLR或同步置數(shù)LOAD即可。例、試?yán)檬M(jìn)制計(jì)數(shù)器74160構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器。 （1）原理74160N為異步清零、同步預(yù)置數(shù)的同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74160N元件如圖所示，CLR為異步清零端；LOAD為同步置數(shù)端；ENP、ENT為計(jì)數(shù)控制端，且高電平為有效電平；D、C、B、A為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端；QD、QC、QB、QA為輸出端，RCO為進(jìn)位端。（2）創(chuàng)建電路

5、在元(器)件庫中選中74160N，再利用同步置數(shù)的LOAD構(gòu)成六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，故取清零端CLR、計(jì)數(shù)控制端ENP、ENT接高電平1(VCC)。 取方波信號作為時(shí)鐘計(jì)數(shù)輸入。雙擊信號發(fā)生器圖標(biāo)，設(shè)置電壓V1為5 V，頻率為50Hz。 送數(shù)端LOAD同步作用，設(shè)并行數(shù)據(jù)輸入DCBA=0000，LOAD取QB、QC的與非，當(dāng)QDQCQBQA=0110時(shí)，LOAD=0，等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到來，將并行數(shù)據(jù)DCBA=0000置入計(jì)數(shù)器。在元(器)件庫中單擊顯示器件選中帶譯碼的七段LED數(shù)碼管U1（DCD-HEX），連接電路如圖所示。（3）觀測輸出 啟動仿真開關(guān)，數(shù)碼管循環(huán)顯示0，1，2，3，4，5，6

6、。 仿真輸出也可以用邏輯分析儀觀察。雙擊信號發(fā)生器圖標(biāo)，頻率改為1 kHz。將74160N時(shí)鐘輸入CLK、輸出QAQBQCQD及RCO進(jìn)位從上到下依次接邏輯分析儀，雙擊邏輯分析儀圖標(biāo)，電路輸出波形如圖所示。顯然輸出QDQCQBQA按0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110循環(huán)，且QDQCQBQA=0110時(shí)，RCO無進(jìn)位輸出. 圖2.1.1 仿真電路圖2.1.2 仿真電路圖2.1.3 邏輯分析儀的輸出波形2、BCD-七段共陰數(shù)碼管 史志華實(shí)驗(yàn)?zāi)康?：了解74160十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的功能和特性了解八輸入共陰七段數(shù)碼管和四輸入七段共陰數(shù)碼管的區(qū)別學(xué)會BCD-七段顯示譯碼器7

7、448和八輸入七段共陰顯示器的聯(lián)合應(yīng)用，掌握7448的引腳功能模擬實(shí)驗(yàn)儀器：multisim仿真軟件、74160N(十進(jìn)制計(jì)數(shù)器)、7448N(BCD-七段顯示譯碼器)、RPACK_VARIABLE_1*7，SEVEN_SEG_COM_K(八輸入的七段共陰顯示器)，CDC_HEX(四輸入顯示器)。實(shí)驗(yàn)原理：圖2.2.1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的邏輯圖CLKRdLDEPEN工作狀態(tài)*0*異步置零10*同步置數(shù)*1101保持*11*0保持（C=0）1111計(jì)數(shù)表2.2.1 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160的功能表當(dāng)Rd=1、LD=0時(shí)，電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)G16G19的輸出始終是1，所以FF0FF

8、3輸入端J、K的狀態(tài)由D0D3狀態(tài)決定。例如D0=1，則J0=1，K0=0，CLK上升沿到達(dá)后FF0被置一。當(dāng)Rd=LD= 1而EP=0、ET=1時(shí)，由于G16G19的輸出均為0，F(xiàn)F0FF3輸入端J=K=0，所以時(shí)鐘信號到達(dá)時(shí)他們保持原來的狀態(tài)不變。C的狀態(tài)也得到保持。如果ET=0，則EP無論為何狀態(tài)，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)也將保持不變，但C=0.當(dāng)Rd=LD= EP=ET=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，從電路的0000狀態(tài)開始輸入10個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，電路將從1001狀態(tài)返回0000狀態(tài)，C從高電平跳變至低電平。 輸入 輸出數(shù)字A3A2A1A0YaYbYcYdYeYfYg000001000120010300

9、11401005010160110701118100091001表2.2.2 BCD-七段顯示譯碼器電路真值表燈測試輸入端LT：當(dāng)LT=0的信號輸入時(shí)，G4、G5、G6、G7的輸出同時(shí)為高電平，使A10=A11=A12=0。只要令LT=0，便可使被驅(qū)動的數(shù)碼管的七段同時(shí)點(diǎn)亮，以檢查該數(shù)碼管各段是否正常。平時(shí)接高電平1.滅零輸入RBI：設(shè)置滅零輸入信號的目的是為了把不需要顯示的0熄滅滅燈輸入/滅零輸出BI/RBO:作為輸入端時(shí)稱為滅燈輸入控制端，只要BI=0，各段同時(shí)熄滅。作為輸出端時(shí)稱為滅零輸出端RBO=（A3A2A1A0*RBI* LT），只有A3=A2=A1=A00，且RBI=0時(shí)，RBO

10、=0。multisim仿真如圖1.2.2圖中為了突出七段共陰顯示器與四輸入顯示器的區(qū)別，將其連接在一個(gè)圖中，可以明顯看到四輸入的數(shù)碼顯示器不需要譯碼電路，而且在仿真中要求比較低，八輸入的共陰數(shù)碼管顯示器不僅僅需要譯碼電路，而且對電流的大小有要求，主要是最大電流，只有幾毫安左右。圖2.2.2 仿真電路3、74LS161計(jì)數(shù)器的應(yīng)用 楊威力74LS161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：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 <74ls161引腳圖>數(shù)據(jù)輸出端Q

11、0Q3 以及進(jìn)位輸出TC. (TC=Q0·Q1·Q2·Q3·CET)輸 入 輸 出 CR CPLD EPETD3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 狀態(tài)碼加1表2.3.1 74LS161功能表從74LS161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，74LS161輸出端Q

12、3、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。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)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74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。例、分析圖圖1.3.1給出的電路，說明這是多少進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，兩片之間是多少進(jìn)制。74ls161的功能表見表1.3.1。圖2.3.1圖2.3.2 仿真電路這是采用整體置數(shù)法接成的計(jì)數(shù)器，再出現(xiàn)LD=0信號以前，

13、兩片74 ls161均按十六進(jìn)制技術(shù)。即第一片到第二片為十六進(jìn)制。當(dāng)?shù)诙洖?時(shí)第一片記為2時(shí)產(chǎn)生LD=0信號，待下CLK信號到達(dá)后兩片74ls161同時(shí)被置零，總進(jìn)制為5*16+2+1=83 故為八十三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4、五進(jìn)制的自循環(huán) 冀鵬輝電路組成 74160 與非門 脈沖信號源 5V電源 液晶顯示屏電路原理 74160是一個(gè)十進(jìn)制器件，要想實(shí)現(xiàn)五進(jìn)制的自循環(huán)，首先要明白10進(jìn)制的工作原理。十進(jìn)制是將A.B.C.D四個(gè)輸入端首先接0低電平，EP,ET接5V高電平，QA QB QC QD接顯示屏，當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，顯示屏上將顯示從09的數(shù)循環(huán)?，F(xiàn)在我們來實(shí)現(xiàn)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，假如我們要實(shí)現(xiàn)從50

14、的循環(huán)，我們只需將ABCD輸入端接為二進(jìn)制的五即可，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大數(shù)時(shí)要實(shí)現(xiàn)從最小的數(shù)開始循環(huán)，所以我們在輸出為最大時(shí)的二進(jìn)制數(shù)接LD滅零輸入，所以就實(shí)現(xiàn)了五進(jìn)制的自循環(huán)。電路圖如下所示圖2.4.1 仿真電路問題；:當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)顯示屏上的數(shù)字是從09開始運(yùn)行的，但第二次循環(huán)甚至以后每次的循環(huán)都是從0到5進(jìn)行的，這是怎么回事呢？解答：第一次從0到9，后來又都變成0到5循環(huán)是因?yàn)楫?dāng)脈沖信號到來時(shí)，由無關(guān)態(tài)進(jìn)入到有效態(tài)，這實(shí)際是一個(gè)過渡的過程狀態(tài)圖如下0000 0001 0010 0101 0011 0100圖2.4.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖5、集成同步計(jì)數(shù)器及其應(yīng)用 劉世洋 集成同步計(jì)數(shù)器74LS

15、160(異步清零)、74LS162(同步清零)為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，74LS161(異步清零)、74LS163(同步清零)為四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它們都是邊沿觸發(fā)的同步加法計(jì)數(shù)器。CLR為清零端，LOAD為置數(shù)端，一般均以低電平為有效電平。若需要構(gòu)成其他進(jìn)制計(jì)數(shù)器，只需把計(jì)數(shù)輸出加上適當(dāng)門電路反饋到異步清零端CLR或同步置數(shù)LOAD即可。例、試用兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（1）原理74160N為異步清零、同步預(yù)置數(shù)的同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。74160N元件如圖所示，CLR為異步清零端；LOAD為同步置數(shù)端；ENP、ENT為計(jì)數(shù)控制端，且高電平為有效電平；D、C、B、A為預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端

16、；QD、QC、QB、QA為輸出端，RCO為進(jìn)位端。采用整體置零的接法，首先將兩片74160以并行進(jìn)位方式連成一個(gè)百進(jìn)制計(jì)算器。當(dāng)計(jì)數(shù)器從全0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，計(jì)入29個(gè)脈沖時(shí)，經(jīng)門G譯碼產(chǎn)生低電平信號立即將兩片74160同時(shí)置零，于是便得到了二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。（2）創(chuàng)建電路在元(器)件庫中選中74160N，再利用同步置數(shù)的LOAD構(gòu)成29進(jìn)制計(jì)數(shù)器，故取第一片的清零端CLR、計(jì)數(shù)控制端ENP、ENT接高電平1(VCC)。第一片計(jì)數(shù)器的進(jìn)位輸出接第二片的ENP、ENT。QD為高位，QA為低位。取方波信號作為時(shí)鐘計(jì)數(shù)輸入。雙擊信號發(fā)生器圖標(biāo)，設(shè)置電壓V1為5 V，頻率為10Hz。送數(shù)端LOAD同步作用

17、，設(shè)并行數(shù)據(jù)輸入DCBA=0000，第一片LOAD取QD為高電平，當(dāng)QDQCQBQA=1001時(shí)，幾位輸出第二片計(jì)數(shù)1，第一片LOAD=0，等待下一個(gè)時(shí)鐘脈沖上升沿到。當(dāng)它從全零狀態(tài)開始計(jì)數(shù)并接受到28個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，然后將電路的28狀態(tài)譯碼產(chǎn)生LD=0，同時(shí)加到兩片74160中，在下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖（第29個(gè)輸入脈沖）到達(dá)時(shí)，將0000同時(shí)置入兩片74160中，從而得到二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。進(jìn)位信號可以直接由門G的輸出端引入。在元(器)件庫中單擊顯示器件選中帶譯碼的四段LED數(shù)碼管U3，U4（DCD-HEX），連接電路如圖所示。（3）觀測輸出啟動仿真開關(guān)，U3數(shù)碼管顯示0，1，2，3，4，5，6，7，8

18、，9，當(dāng)顯示到9時(shí)，U4數(shù)碼管計(jì)數(shù)1，U3回零，U3數(shù)碼管顯示0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，當(dāng)顯示到9時(shí)U4計(jì)數(shù)2，當(dāng)U4顯示2，U3顯示8時(shí)達(dá)到最大值，再來一次脈沖都回零。這樣就能顯示028，實(shí)現(xiàn)由兩片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160接成二十九進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖2.5.1 仿真電路6、用74LS161構(gòu)成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 李海磊 （1）原理： 計(jì)數(shù)器輸入端CLK接外來時(shí)鐘，A、B、C、D端都接地，將計(jì)數(shù)器輸入端與QA、QB、QC、QD相連，QD為高位輸出，QA為低位輸出，則構(gòu)成一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。CLR為異步清零端，LOAD為同步預(yù)置數(shù)端，ENT、ENP為計(jì)數(shù)控制端，且高電平有效。從74LS1

19、61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，74LS161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。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0·Q1·Q2·Q3·CET（2）創(chuàng)建電路：在元件庫中選中74LS161，再利用異步清零CLR構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。送入時(shí)鐘信號，觀測

20、計(jì)數(shù)器數(shù)值的變化，顯示如上圖所示，反復(fù)觀察多次，則可知它是一個(gè)異步清零的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，證明電路無誤。圖2.6.1 仿真電路（3）觀測輸出： 啟動仿真開關(guān)，數(shù)碼管循環(huán)顯示0，1，2，3，4，5，6，7，8，9。7、四進(jìn)制的自循環(huán) 楊冠軍電路組成 ： 74160 與非門 脈沖信號源 5V電源 液晶顯示屏電路原理 ： 74160是一個(gè)十進(jìn)制器件，要想實(shí)現(xiàn)四進(jìn)制的自循環(huán)，首先要明白10進(jìn)制的工作原理。十進(jìn)制是將A.B.C.D四個(gè)輸入端首先接0低電平，EP,ET接5V高電平，QA QB QC QD接顯示屏，當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，顯示屏上將顯示從09的數(shù)循環(huán)。現(xiàn)在我們來實(shí)現(xiàn)四進(jìn)制計(jì)數(shù)器，假如我們要實(shí)現(xiàn)從2-6

21、的循環(huán)，我們只需將ABCD輸入端接為二進(jìn)制的2即可，即將A. C. D接低電平，B接高電平。同樣要使最大的輸出為6可將數(shù)出端的QB. QC同時(shí)接到與非門。又當(dāng)當(dāng)?shù)竭_(dá)最大數(shù)時(shí)要實(shí)現(xiàn)從最小的數(shù)開始循環(huán)，所以我們在輸出為最大時(shí)的二進(jìn)制數(shù)接LD滅零輸入，最終實(shí)現(xiàn)了四進(jìn)制的自循環(huán)。電路圖如下所示：圖2.7.1 仿真電路圖2.7.2 仿真電路問題:當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)顯示屏上的數(shù)字是從09開始運(yùn)行的，但第二次循環(huán)甚至以后每次的循環(huán)都是從2到6進(jìn)行的，這是怎么回事呢？解答：第一次從0到9，后來又都變成2到6循環(huán)是因?yàn)楫?dāng)脈沖信號到來時(shí)，由無關(guān)態(tài)進(jìn)入到有效態(tài)，這實(shí)際是一個(gè)過渡的過程狀態(tài)圖如下0010 00

22、11 0100 0110 0101圖2.7.3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖8、用74LS290設(shè)置七進(jìn)制計(jì)數(shù)器李峰朝 74LS290功能表：圖2.8.1 74LS290 功能表 置“9”功能：當(dāng)S9（1）=S9（2）=1時(shí)，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器輸出Q3 Q2 Q1 Q0=1001，而（1001）2=（9）10，故又稱為異步置數(shù)功能。 置“0”功能：當(dāng)S9（1）和S9（2）不全為1，并且R0（1）=R0（2）=1時(shí)，不論其他輸入端狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器輸出Q3 Q2 Q1 Q0=0000，故又稱為異步清零功能或復(fù)位功能。計(jì)數(shù)功能：當(dāng)S9（1）和S9（2）不全為1，并且R0（1）和R0（2）不全為1時(shí)，輸入計(jì)

23、數(shù)脈沖CP，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，從Q0輸出時(shí)，則構(gòu)成二進(jìn)制計(jì)數(shù)器；計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成五進(jìn)制計(jì)數(shù)器；若將Q0和CP1相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP0輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成十進(jìn)制（8421碼）計(jì)數(shù)器；若將Q3和CP0相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，輸出為Q3Q2Q1Q0時(shí)，則構(gòu)成十進(jìn)制（5421碼）計(jì)數(shù)器。因此，74LS290又稱為“二五十進(jìn)制型集成計(jì)數(shù)器”。用74LS290設(shè)置七進(jìn)制計(jì)數(shù)器：由于CLK1與Q0相連，同時(shí)以CLK0為輸入端,Q3為輸出端，若無附加電路，則為一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。若采用反抗置數(shù)法，反饋信號接到S1，S2端，可同步指數(shù)為1

24、001，根據(jù)圖1，當(dāng)計(jì)數(shù)狀態(tài)出現(xiàn)Q2Q=11，即計(jì)數(shù)到0110時(shí)，電路進(jìn)入異步置數(shù)狀態(tài)，立即置入，并從此狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，所以穩(wěn)定的狀態(tài)循環(huán)中包括共七個(gè)狀態(tài)，所以電路為七進(jìn)制計(jì)數(shù)器。圖2.8.2 仿真電路9、七進(jìn)制的自循環(huán) 孫景偉電路組成 ： 74160 與非門 脈沖信號源 5V電源 液晶顯示屏電路原理 74160是一個(gè)十進(jìn)制器件，要想實(shí)現(xiàn)七進(jìn)制的自循環(huán)，首先要明白10進(jìn)制的工作原理。十進(jìn)制是將A.B.C.D四個(gè)輸入端首先接0低電平，EP,ET接5V高電平，QA QB QC QD接顯示屏，當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，顯示屏上將顯示從09的數(shù)循環(huán)?，F(xiàn)在我們來實(shí)現(xiàn)七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，假如我們要實(shí)現(xiàn)從30的循環(huán)，我們只

25、需將ABCD輸入端接為二進(jìn)制的三即可，當(dāng)?shù)竭_(dá)最大數(shù)時(shí)要實(shí)現(xiàn)從最小的數(shù)開始循環(huán)，所以我們在輸出為最大時(shí)的二進(jìn)制數(shù)接LD滅零輸入，所以就實(shí)現(xiàn)了七進(jìn)制的自循環(huán)。電路圖如下所示：圖2.9.1 仿真電路問題：當(dāng)脈沖信號到來時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)顯示屏上的數(shù)字是從09開始運(yùn)行的，但第二次循環(huán)甚至以后每次的循環(huán)都是從3到9進(jìn)行的，這是怎么回事呢？解答：第一次從0到9，后來又都變成3到9循環(huán)是因?yàn)楫?dāng)脈沖信號到來時(shí)，由無關(guān)態(tài)進(jìn)入到有效態(tài)，這實(shí)際是一個(gè)過渡的過程狀態(tài)圖如下0000 0001 0010 0011 0100 1001 1000 0111 0110 0101圖2.9.2 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖專心-專注-專業(yè)第三章 數(shù)字脈搏

26、計(jì)時(shí)器的方案比較3.1方案論證電子脈搏計(jì)是用來測量一個(gè)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。由給出的設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)可知，脈搏計(jì)是用來測量頻率較低的小信號(傳感器輸出電壓一般為幾個(gè)毫伏)，它的基本功能應(yīng)該是：1）用傳感器將脈博的跳動轉(zhuǎn)換為電壓信號，并加以放大、整形和濾波；2）在短時(shí)間內(nèi)(15s內(nèi))測出每分鐘的脈搏數(shù)。本設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)在15s內(nèi)測量lmin的脈搏數(shù)，并且顯示其數(shù)字。常人脈搏數(shù)為6080次min，嬰兒為90100次min，老人為100150次/min。3.2提出方案滿足上述設(shè)計(jì)功能可以實(shí)施的方案很多，現(xiàn)提出下面方案：方案一、原理框圖如圖所示，圖中各部分的作用如下：圖3.2.

27、11）傳感器：將脈搏跳動信號轉(zhuǎn)換為與此相對應(yīng)的電脈沖信號。2）放大與整形電路：將傳感器的微弱信號放大，整形除去雜散信號。3）倍頻器：將整形后所得到的脈沖信號的頻率提高。如將15s內(nèi)傳感器所獲得信號頻率的4倍頻，即課得到對應(yīng)一分鐘脈沖數(shù)，從而縮短測量時(shí)間。4）基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路：產(chǎn)生短時(shí)間的控制信號，以控制測量時(shí)間。5）控制電路：用以保證在基準(zhǔn)時(shí)間控制下，使4倍頻后的脈沖信號送到計(jì)數(shù)、顯示電路中。6) 計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路：用來讀出脈搏數(shù)，并以十進(jìn)制數(shù)的形式由數(shù)碼管顯示出來。7) 電源電路：按電路要求提供符合要求的直流電源。 上述測量過程中，由于對脈沖進(jìn)行了4倍頻，計(jì)數(shù)時(shí)間也相應(yīng)的縮短了四倍（15

28、s），而數(shù)碼管顯示的數(shù)字卻是1min的脈搏跳動次數(shù)。用這種方案測量的誤差為4次/min，測量時(shí)間越短，誤差也越大。方案二、門控電路組成數(shù)字脈搏計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)方案二的原理框圖如圖2-3所示，圖中各部分的作用如下：圖2.2.21）六進(jìn)制計(jì)數(shù)器：用來檢測六個(gè)脈搏信號，產(chǎn)生五個(gè)脈沖周期的門控信號。2）基準(zhǔn)脈沖（時(shí)間）發(fā)生器：產(chǎn)生周期為0.1s的基準(zhǔn)脈沖信號。3）門控電路：控制基準(zhǔn)脈沖信號進(jìn)入8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。4）8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器：對通過門控電路的基準(zhǔn)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，例如5個(gè)脈搏周期為5s，即門打開5s的時(shí)間，讓0.1s周期的基準(zhǔn)脈沖信號進(jìn)入8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，顯示計(jì)數(shù)值為50，反之，由它可相應(yīng)求出5個(gè)脈沖周

29、期的時(shí)間。5）定脈沖數(shù)產(chǎn)生電路：產(chǎn)生定脈沖數(shù)信號，如3000個(gè)脈沖送入可預(yù)置8位計(jì)數(shù)器輸入端。6）可預(yù)置8位計(jì)數(shù)器：以8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出值（如50）作為預(yù)置數(shù)，對3000脈沖進(jìn)行分頻，所得的脈沖數(shù)（如得到60個(gè)脈沖信號），即心率，從而完成計(jì)數(shù)值換成每分鐘的脈搏次數(shù)?，F(xiàn)在所得的結(jié)果即為每分鐘60次的脈搏數(shù)。該方案是首先測出脈搏跳動5次所需的時(shí)間，然后再換算為每分鐘脈搏跳動的次數(shù)。這種測量方法的誤差小，誤差最多1次/min。此方案的傳感器、放大與整形、計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路等部分與方案一完全相同。3.3方案比較 方案一結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，但測量精度偏低；方案二電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，測量精度較高。根

30、據(jù)設(shè)計(jì)要求，精度為4次/min，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，應(yīng)盡量簡化電路，降低成本，故選擇方案一。第四章 單元電路的設(shè)計(jì)4.1電路總體框圖圖4.1電路框圖4.2采集、放大與整形電路此部分電路的功能是有傳感器將脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號，一般為幾十毫伏，必須加以放大，已達(dá)到整形電路所需的電壓，一般為幾伏。放大后的信號波形是不規(guī)則的脈沖信號，因此必須加以濾波整形，整形電路的輸出電壓應(yīng)滿足計(jì)數(shù)器的要求。傳感器放大電路有源濾波整形電平轉(zhuǎn)換圖4.2.1（由于本設(shè)計(jì)只限于仿真所以在傳感器的電路單元設(shè)計(jì)不在進(jìn)行，信號直接用15mV的正弦交流信號代替）4.2.1傳感器光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要

31、有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。最簡單的光敏傳感器是光敏電阻，當(dāng)光子沖擊接合處就會產(chǎn)生電流。此傳感器就采用了紅外光電轉(zhuǎn)換器，作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況，把脈搏跳動轉(zhuǎn)換為電信號，其原理電路如

32、圖所示。傳感器信號調(diào)節(jié)原理電路 同相放大器電路圖3.2.2 圖3.2.3圖中，紅外線發(fā)光管VD采用TLN104，接收三極管VT采用TLN104.用+5V電源供電；R1采用500，R2采用10K。4.2.2放大電路“放大”的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制，即能量的轉(zhuǎn)換：用能量比較小的輸入信號來控制另一個(gè)能源，使輸出端的負(fù)載上得到能量比較大的信號。放大的對象是變化量，放大的前提是傳輸不失真。由于傳感器輸出電阻比較高，故放大電路采用了同相放大器。如圖所示，運(yùn)放采用了LM324AM，放大電路的電壓放大倍數(shù)為10倍左右，電路參數(shù)如下：R11=10 K，R10= R12100 K，R13=R15=500 K。圖4.

33、2.4放大路電圖4.2.5 放大仿真結(jié)果4.2.3整形電路在設(shè)計(jì)中主要采用施密特觸發(fā)器來對正弦波整形，變成符合要求的矩形波信號，施密特觸發(fā)器采用74HC14N。圖4.2.6圖4.2.7為了較快得出仿真結(jié)果，將采集的信號頻率改為了100Hz。4.3倍頻電路該電路的作用是對放大整形后的脈搏信號進(jìn)行4倍頻，以便在15s內(nèi)測出1min內(nèi)的人體脈搏跳動次數(shù)，從而縮短跳動時(shí)間，以提高診斷效率。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(jì)要求的異或門組成的4倍頻電路，如圖所示。圖4.3.1 倍頻電路U15和U16構(gòu)成二倍頻電路，利用第一個(gè)

34、異或門的延遲時(shí)間對第二個(gè)異或門產(chǎn)生作用，當(dāng)輸入有“0”變成“1”或由“1”變成“0”時(shí)，都會產(chǎn)生脈沖輸出，電容器C的作用是為了增加延遲時(shí)間，從而加大輸出脈沖寬度。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果選用C1=C3=100nF，R1=R3=10K。由兩個(gè)二倍頻電路就構(gòu)成了四倍頻電路。其中異或門選用NC7SZ86-5V。圖4.3.2 仿真電路倍頻仿真（在改仿真中將整形后的信號頻率改為了1kHz，對約1Hz的信號同樣）可以從圖中看到倍頻后的信號有一些尖峰脈沖，但是由于他們的時(shí)間太短不能引起異或門的反應(yīng)。頻率還是比較準(zhǔn)確。4.4基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路的功能是產(chǎn)生一個(gè)周期為1s的脈沖信號，以控制在15s內(nèi)完成一分鐘的

35、測量任務(wù)。實(shí)現(xiàn)這一功能的方案很多，在本設(shè)計(jì)中采用了555定時(shí)器來產(chǎn)生周期為1S的脈沖信號。圖3.4.1 仿真電路該計(jì)時(shí)電路利用LM555CM產(chǎn)生周期為1S的脈沖，再利用74HC161做成15進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)到15時(shí)產(chǎn)生一個(gè)低電平。將74LS109的J、K連在一起接入高電平，組成反相器，每當(dāng)接受一個(gè)74LS20的低電平信號時(shí)，與非門NC7SZ08就會產(chǎn)生一個(gè)長達(dá)15S的低電平信號，在這段時(shí)間內(nèi)將會保持顯示器的顯示狀態(tài)。4.5計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路因?yàn)槿说拿}搏數(shù)最高是150次min，所以采用3位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器即可。實(shí)際電路可以采用3個(gè)74160的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器與3個(gè)7448譯碼器驅(qū)動八輸入共陰數(shù)碼管

36、完成七段顯示。譯碼器的功能是把計(jì)數(shù)器74160輸出的計(jì)數(shù)結(jié)果(BCD碼)轉(zhuǎn)換成七段字形碼，以驅(qū)動數(shù)碼管，實(shí)現(xiàn)數(shù)字或符號的顯示。7448是常用的BCD碼七段顯示譯碼器，它本身由譯碼器有輸出緩沖器組成，具有鎖存、譯碼、和驅(qū)動等功能，接上拉電阻后可以直接驅(qū)動數(shù)碼管。7448有四個(gè)輸入端A，B，C，D和七個(gè)輸出端ag，它還具有輸入BCD碼鎖存、燈測試和熄滅顯示控制功能，它們分別由鎖存端LE、燈測試端/LT、熄滅控制端/BI來控制。當(dāng)Rd=1、LD=0時(shí)，電路工作在同步預(yù)置數(shù)狀態(tài)。這時(shí)G16G19的輸出始終是1，所以FF0FF3輸入端J、K的狀態(tài)由D0D3狀態(tài)決定。例如D0=1，則J0=1，K0=0，CLK上升沿到達(dá)后FF0被置一。當(dāng)Rd=LD= 1而EP=0、ET=1時(shí)，由于G16G19的輸出均為0，F(xiàn)F0FF3輸入端J=K