課程設(shè)計(jì)人體脈搏計(jì)的設(shè)計(jì)

1、一、設(shè)計(jì)說明設(shè)計(jì)一個(gè)人體脈搏計(jì)，要求能夠?qū)崿F(xiàn)在30s內(nèi)測量人的脈搏跳動(dòng)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(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路放大與整形計(jì)數(shù)譯碼顯示器控制電路傳感器圖1 脈搏計(jì)原理框圖將脈搏跳動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的電脈沖信號(hào)，放大整形后進(jìn)行二倍頻，并在30s（基準(zhǔn)時(shí)間） 內(nèi)對此信號(hào)計(jì)數(shù)，便得到了1min脈搏數(shù)。二、技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)人體脈搏計(jì)數(shù)器并用led顯示。2誤差為2次/min。三、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)通過分析計(jì)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(jì)數(shù)器；(5)op07等。 四、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與實(shí)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(jì)報(bào)告指導(dǎo)教師 年 月 日負(fù)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(jì)的設(shè)計(jì)一、概述

3、脈搏計(jì)在實(shí)際中的應(yīng)用非常廣泛，它是用來測量一個(gè)人心臟跳動(dòng)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(hào)。其原理適用于很多聲控器械，它涉及到時(shí)序邏輯電路如何設(shè)計(jì)、分析和工作等方面。通過此電路更深刻的了解時(shí)序邏輯部件的工作原理，從而掌握如何根據(jù)需要設(shè)計(jì)滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實(shí)際問題，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中。設(shè)計(jì)任務(wù)技術(shù)指標(biāo)；1 要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)測量人體的脈搏跳動(dòng)次數(shù)。2 設(shè)計(jì)人體脈搏計(jì)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(jì)數(shù)器，集成運(yùn)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(hào)轉(zhuǎn)換

4、為響應(yīng)的電脈沖信號(hào)。放大電路多種多樣，本次實(shí)驗(yàn)采用比較簡單、廉價(jià)的運(yùn)放電路。由一個(gè)運(yùn)放器和三個(gè)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(jìn)行調(diào)頻，如將15s內(nèi)傳感器所獲得的信號(hào)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(shí)間。555定時(shí)器是為了試驗(yàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)。本設(shè)計(jì)中采用簡單的74ls160作為計(jì)數(shù)器，因?yàn)樗鞘M(jìn)制計(jì)數(shù)器無需改裝，直接使用。因?yàn)槊}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(jìn)位方式連接即的千進(jìn)制計(jì)數(shù)器。原理框圖如圖1所示。倍頻器基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路放大與整形計(jì)數(shù)譯碼顯示器控制電路傳感器圖1 人體脈

5、搏計(jì)原理框圖三、電路設(shè)計(jì)1. 傳感器本次設(shè)計(jì)中是利用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動(dòng)。如圖2函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。 圖2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輔助時(shí)鐘信號(hào)100hz，占空比50%2. 放大整形電路由一個(gè)運(yùn)放器和三個(gè)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(gè)與非門進(jìn)行簡單的整形。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，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(jì)要求的異或門組成的4倍頻電路。利用第一個(gè)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

6、由“0”變成“1”或由“1”變成“0”時(shí)，都會(huì)產(chǎn)生脈沖輸出。其中電容c是為了延時(shí)，經(jīng)過測試，當(dāng)c1=33uf，c2=3.8uf，r4=10k，r1=10k的時(shí)候能達(dá)到四倍頻的要求。如圖4倍頻電路。圖4 倍頻電路4. 時(shí)間控制電路555定時(shí)器是為了試驗(yàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，控制電路工作的基準(zhǔn)時(shí)間。如圖5基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路。圖5 基準(zhǔn)時(shí)間產(chǎn)生電路5. 計(jì)數(shù)顯示電路將三片74ls160直接按并行進(jìn)位方式連接即的千進(jìn)制計(jì)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(shí)器的控制。當(dāng)555定時(shí)器輸出為低電平時(shí)，74ls160輸

7、入端接收到的是高電平，開始計(jì)數(shù)；輸出為高電平時(shí)，74ls160接收到的是低電平，停止計(jì)數(shù)（計(jì)數(shù)結(jié)束）。此時(shí)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(jì)數(shù)顯示電路。圖6 計(jì)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(hào)發(fā)生器發(fā)出的模擬脈搏信號(hào)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(shí)器控制時(shí)間電路控制時(shí)間，保證電路在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工作，最后計(jì)數(shù)器上顯示的數(shù)字即為在該模擬信號(hào)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(jià)比該方案基本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書中的要求，即完成了規(guī)定時(shí)間內(nèi)測試出脈搏數(shù)的基本要求。但在個(gè)別單元電路仍

8、然有問題存在，比如控制時(shí)間電路即555定時(shí)電路的設(shè)計(jì)方面并不理想，不能較好的控制測試脈搏時(shí)間，還有一些細(xì)節(jié)方面仍然都有問題存在，但總體上實(shí)現(xiàn)了題目的要求。在總體設(shè)計(jì)方面，各個(gè)電路之間的聯(lián)系，以及各個(gè)單元電路的連接和設(shè)計(jì)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(shí)間電路即555定時(shí)電路有問題存在，不能較好的控制測試脈搏時(shí)間，但基本達(dá)到了要求。本次設(shè)計(jì)采用的器件和芯片比較常見，即74ls160計(jì)數(shù)器，555定時(shí)器等都是較為常見的器件，總體來說性價(jià)比比較合適。參考文獻(xiàn)1 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)與實(shí)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(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1u1集成塊 comparator_virtual12 u3a,u4a,u5a,u6a異或門4070bd 43 u7,u9,u10計(jì)數(shù)器74ls160 34 a1 555定時(shí)器555_virtual 15r1,r2,r3,r4,r5,r