電子脈搏儀課程設計

1、電子元件市場調研及電子系統(tǒng)制作實習報告冊題目：電子脈搏儀專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：電氣084組別：第三組指導教師：趙峰2010年7月9日電子脈搏測試儀設計1引言1.1選題意義隨著時代的進步，人們對完美生活的渴求更加熱切，而科技的發(fā)展，使人們對這一 要求越來越容易實現(xiàn)。作為一名大學生，我們肩負著這樣的任務，因此我們應用所學知 識，設計了這樣一款電路，希望在人們繁忙之余，給人們的生活錦上添花。為更好的運 用所學的知識，加深對電子電路的掌握，達到創(chuàng)新的目的。經(jīng)過一學期的學習，我們已 掌握了一些簡單的電路的特性以及元器件的作用，但我們對生活中已經(jīng)應用了許久的電 路依然陌生，比如簡單的喇叭、鬧鐘、信

2、號燈等。通過課程設計實踐制作一個數(shù)字頻率 計，學會合理的利用集成電子器件制作電路基于數(shù)字電路和模擬電路的課程設計與制 作。健康對于每一個人來說都是至關重要的。體現(xiàn)一個人的健康狀態(tài)有以下幾個常用的 指標，如體溫、脈搏、心率以及血壓等。本次課題主要是利用計數(shù)器和延時電路構成的 電子脈搏測試儀，用于適時檢測人體健康狀況的主要指標。電子脈搏測試儀是依照中醫(yī) 診脈的原理，用于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和 用來測量頻率較低的小信號的儀器。通過測試客觀地顯示出人體內氣血的量、氣血的寒 熱溫度、氣血升降表現(xiàn)等癥狀。準確率達到98%，遠遠超過傳統(tǒng)中醫(yī)診脈。所以希望這 次的設計能收

3、到預期的目的。1.2設計目標電子脈搏測試儀設計：電子脈搏測試儀的電路如圖所示。由壓電陶瓷片、四2輸 入與非門CD4011、555定時器、CD40110.七段數(shù)碼管（MTS3101AR七段數(shù)碼管）組成。 MTS3101AR七段數(shù)碼管為小型LED共陰極數(shù)碼管，CD40110與它配套使用可直接驅動顯 示。它是通過傳感器將脈搏跳動的壓力變化轉換成電信號，再經(jīng)過放大、整形、計數(shù)、 譯碼驅動等環(huán)節(jié)的處理，最后由數(shù)碼管顯示出一分鐘脈搏跳動的次數(shù)，使用起來十分方圖1電子脈搏測試儀的結構框圖1.3小組成員及分工表1小組成員分工明細表小組結構學號姓名分工組長200809317王金龍市場調研、設計、焊接、調試成 員

4、200809315陳鐸市場調研、設計、調試200809316王利軍市場調研、焊接、調試200809318田疆市場調研、報告、調試200809319康永強市場調研、設計、調試200809320戚懋市場調研、焊接、調試、報告2基本原理壓電陶瓷片HTD作為脈搏傳感器，將它貼在人身測試部位時，便把人體的脈搏信號 轉換為電信號，由于該電信號很微弱，故由與非門IC11R1、C1組成的線性放大器進 行放大，放大的信號再由與非門IC1-2進行整形，然后送人IC3、IC4、CD40110進行計 數(shù)，IC3、IC4與數(shù)碼管共同組成兩位加法計數(shù)顯示電路，IC3、IC4的TB （4腳）為低 電平時，允許計數(shù)脈沖輸人，

5、當TB為高電平時，計數(shù)器被禁止，不能計數(shù)。由IC2 555 定時器、C2、R2成定時電路，其輸出端（3腳）與IC3, IC4的TE （4腳）相連接。平 時，IC2的輸出為高電平，使IC3, IC4計數(shù)禁止；當按下S2時，IC2的輸出變?yōu)榈碗?平，C2經(jīng)R2充電，定時開始，與此同時，IC3、IC4允許開始計數(shù)脈沖進入。60秒后， IC2的輸出又變?yōu)楦唠娖剑褂嫈?shù)器停止計數(shù)，此時，數(shù)碼管顯示的計數(shù)結果即為一分 鐘內脈搏跳動的次數(shù)。C4、R3組成清零電路，用來保證在電源接通瞬間，IC3、IC4自 動復位清零。使用時，用松緊帶將壓電陶瓷片HTD壓在手腕的動脈處，注意一定要壓緊。再合上 開關S1后即按一

6、次復位開關S2,使CD400100清零，這是計數(shù)閥門打開，脈搏信號有 CD40110進行計數(shù)。一分鐘后，CD40110輸出一高電平，使技術閥門關閉。這時數(shù)碼管 顯示的數(shù)字就是每分鐘的脈搏數(shù)。是3.1元律清單R LFV翡圖3總電路圖是3.1元律清單R LFV翡圖3總電路圖3主要無器件介紹名稱符號規(guī)格型號單價（元）數(shù)量R13MQ0.11個電阻R212MQ0.11個R320KQ0.11個R4 R17510Q0.114個C11000pF11個電容C24.7呻11個C30.01呻11個C40.02呻11個電源U6v101個開關S111個S211個7段顯示管MTS3101AR0.82個壓電陶瓷片HTD21

7、個555定時器多功能芯片CD401121個電路板CD4011032個導線1元/米2米3.2主要元器件介紹（一般為核心器件介紹）3.2.1脈搏傳感器一一本實驗中的壓電陶瓷片HTD脈搏傳感器的作用是將脈搏信號轉換為響應的電脈沖信號。脈搏傳感器是脈象檢測 系統(tǒng)中重要的組成部分，其性能的好壞直接影響到后置電路的處理和結果的顯示。目前 典型的脈搏傳感器有以下三種：光電類、壓阻類和壓電類。在這三種當中目前采用最多 的是壓電型傳感器，其工作原理是利用敏感元件直接把壓力轉變?yōu)殡娦盘枴?.2.2 CD4011的功能、真值表、引腳圖、內部結構圖CD4011的功能：CD4011為四2輸入與非門CMOS芯片表3 CD

8、4011真值表YAB工作狀態(tài)00?禁止011設定100重置11保持無圖4 CD4011引腳圖3.2.3 CD40110的引腳圖、邏輯功能圖、功能CD40110為十進制可逆計數(shù)器、鎖存器、譯碼器、驅動器，具有十進制加、減、進 位、借位等計數(shù)功能，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能。CR （5腳）為清零端，CR=1時，計數(shù)器異步清零。CP為時鐘端，CPU （9腳）為加法計數(shù)時鐘，CPD （7腳）為減法計數(shù)時鐘。QCO （10腳）為加計數(shù)進位輸出，QBO （11腳）為減計數(shù)借位輸出。CT （4腳，低電平有效）為觸發(fā)器使能端，CT=0時，計數(shù)器工作，CT=1時，計數(shù) 器處于禁止狀態(tài)，即不計數(shù)。LE

9、 （6腳，低電平有效）為鎖存控制端，LE=1時，顯示數(shù)據(jù)保持不變，但它的內部 計數(shù)器仍正常工作。s b，c，d，e，f，g （1，15, 14, 13, 12, 3, 2腳）為信號輸出端，與七段顯示 器連接。3.2.4 555定時器表5 555定時器功能表高電平觸爰端（的n攜 A柢電平觸找端（叱）夏位（瓦） 堆輸出出放電管VT的狀態(tài)導通4四1不變不交555定時器是為了試驗在15s內完成任務，使單穩(wěn)態(tài)的時間長度為15s。本試驗采 用555單穩(wěn)態(tài)定時電路，工作原理大概如下：關閉開關，RST、VCC都為高電平，由于有電容C3的存在，THR和THI為低電平， 此時輸出為低電平，隨著電容的充電，當時間達

10、到15s的時候，電容兩端電壓為2/3VCC, THR和THI兩端電壓為1/3VCC，此時輸出變?yōu)榈碗娖?。時間常數(shù)有t=1.1RC可 以求得。3.2.5計數(shù)譯碼顯示7段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把7段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā) 光二極管的正負兩個極，那共陰就是把abcdefg這7個發(fā)光二極管的負極連接在一起并 接地；它們的7個正極接到7段譯碼驅動電路74LS48的相對應的驅動端上（也是 abcdefg）！此時若顯示數(shù)字1，那么譯碼驅動電路輸出段bc為高電平，其他段掃描輸出 端為低電平，以此類推。如果7段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用74LS47譯碼 驅動集成電路。共陽就是把abcd

11、efg的7個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到5V電 源上，其余的7個負極接到74LS47相應的abcdefg輸出端上。無論共陰共陽7段顯示 電路，都需要加限流電阻，否則通電后就把7段譯碼管燒壞了！限流電阻的選取是：5V 電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電壓除上10mA到15mA得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二 極管的工作電壓一般在1.8V-2.2V為計算方便，通常選2V即可！發(fā)光二極管的工作 電流選取在10-20mA,電流選小了，7段數(shù)碼管不太亮，選大了工作時間長了發(fā)光管易 燒壞！對于大功率7段數(shù)碼管可根據(jù)實際情況來選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)！4元件的市場調研元選擇表6元件市場調研表名稱符號規(guī)格型號價格

12、（元）調研地點是否選用3DG60.2西北電子商貿城否BS1820.2西北電子商貿城否三極管VBSS840.2西北電子商貿城否IRFZ44N1.4西北電子商貿城否S80500.5西北電子商貿城否300Q0.02南關電子市場否510Q0.02南關電子市場否20K0.02南關電子市場否碳膜電阻R10K0.02南關電子市場是5K0.02南關電子市場是100K0.02南關電子市場是1K0.02南關電子市場否1000pF1南關電子市場否10uF0.2南關電子市場是電容C4.7uF0.2南關電子市場否0.01uF0.1南關電子市場是100uF0.3南關電子市場是單向晶閘管VT2西北電子商貿城否1N40010

13、.2西北電子商貿城否EE160.4西北電子商貿城否AL08100.2西北電子商貿城否電感LGH106-1021西北電子商貿城否22uF1西北電子商貿城否SP54-101K0.6西北電子商貿城否發(fā)光二極管VL -WH-Y31330.2南關電子市場否? 5mm0.1南關電子市場否EN5551南關電子市場是CD40112南關電子市場否芯片CD401103南關電子市場否74LS1941南關電子市場否74LS1611南關電子市場否7段顯示管MTS3101AR0.8南關電子市場否壓電陶瓷片HTD2南關電子市場否小型撥氏開關2x20.2南關電子市場否4x40.2南關電子市場否按鈕開關0.5南關電子市場是續(xù)表

14、6滑動變阻器RP100K0.8南關電子市場是電路板4南關電子市場是芯片座0.2南關電子市場是導線1m1南關電子市場是變壓器T220V-6V5西北電子商貿城否白熾燈EL15W3西北電子商貿城否5制作與調試總體來說，我們這次設計的電路原理相對來說不是太難。它是通過傳感器將脈搏跳 動的壓力變化轉換成電信號，再經(jīng)過放大、整形、計數(shù)、譯碼驅動等環(huán)節(jié)的處理，最后 由數(shù)碼管顯示出一分鐘脈搏跳動的次數(shù)，使用起來十分方便。再設計初期，通過圖書館、 上網(wǎng)。我們參考了大量的資料，最后確定了這個方案，在設計好電路圖之后，我們就開 始列元件清單、進行市場調研。接下來就是焊接了，雖然說原理相對簡單，但是由于所用芯片比較多

15、，所以在焊接 中遇到了很大的困難。例如，最開始想的是元件的布局一定要美觀，但是在焊接過程中 我們發(fā)現(xiàn)，如果按照預先的計劃焊接的話，很多元件的焊點很容易焊在一起，造成短路。 所以最后有些元件就直接放在了電路板的空處，影響了美觀，這是焊接的一個遺憾。其 次就是焊接技術，同學們都不是什么技術人員，所以焊接時難免出現(xiàn)錯誤，虛焊、短接 常常出現(xiàn)。還有一點就是在焊接時沒有把線布局好，導致在調試檢查時，出現(xiàn)問題都很 難看出來。在調試過程中，我們發(fā)現(xiàn)了很多問題，首先是元件，有些元件選錯了或元件功能不 是太好，最主要的就是壓電陶瓷片，由于壓電陶瓷片不是太靈敏，導致產品有時不能工 作。其次就是芯片的問題，由于對芯

16、片的引腳和功能都不是太熟，在焊接中出現(xiàn)了很多 錯誤。6設計總結6.1設計小結總體來說，本次實踐我們獨立完成將使我們受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之 實現(xiàn)所需功能的過程中，大家始終興味盎然，斗志昂揚，這次實踐培養(yǎng)了我們的設計思 維，增加了實際操作的能力。在進行電子元器件的市場調查時，使我們得以將理論與實 踐相結合，初步的了解了這一時期市場上各種電子元器件的價格與變化趨勢，這一點顯 得尤其重要與有意義。大家都覺得以后更要加強這方面的設計，只有不斷地提高親自動 手操作的能力和實際解決問題的能力，才能使我們始終保有工科學子的那份自信心與自 豪感。在課程設計過程中我們自己動腦子解決遇到的問題，使得平日

17、里從書本上所學到 的知識有了用武之地，從而鞏固和深化了我們的知識結構。這次實習給我們提供了學以 致用的好機會，圖書館和互聯(lián)網(wǎng)也成為了我們查找相關資料，電路設計定位、最終電路 成型的有效途徑與幫手?？梢哉f，本次設計有苦也有甜。設計思路是最重要的，如果設 計思路是成功的，那么設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計之前做好充分的準備， 因而要熟練地掌握課本上的知識就成為了必要的前提，這樣才能對實踐中出現(xiàn)的問題進 行分析解決。在整個電路的設計和實現(xiàn)過程中，留給我印象最深的是從設計之初到最終 成功地實現(xiàn)一個電路，恒久的耐心、毅力和團隊配合才是難能可貴的，我們花費時間最 多的是各個單元電路的焊接以及電路的

18、調試上。我們所設計的電路的實際功能效果與預 期有一定差距，這是本次實習最大的遺憾，相信我們在經(jīng)歷了這次挫折后，以后類似的 電子工藝實習會做的更好。通過本次的電子元器件市場調研及電子系統(tǒng)制作實習，我們深深體會到了理論和實際 的差距，深刻感受到了理論聯(lián)系實際的重要性。總體來看，我們利用器件最少，價錢最 省的元器件實現(xiàn)了我們設計的電子系統(tǒng)小制作，并且在制作過程中對市場上元器件的情 況作了全面系統(tǒng)地了解。當然第一次設計屬于自己的電子系統(tǒng)多少有點盲目，還好團隊 的力量使我們攻克了一個又一個的難題。在我們7人的小團隊中每位成員都有自己的工 作，很多時候大家都很努力地去完成自己的事情，并且注重互相配合、協(xié)作

19、。雖然我們 做出來的最終電子系統(tǒng)與我們最初的設計方案略有差異，但是最終我們客服重重困難， 實現(xiàn)了大部分的電路功能，做出了相當不錯的電路系統(tǒng)。電路系統(tǒng)中，用IC1555定時 器輸出的0.7Hz脈沖，去控制IC2555的引出端5腳電壓，改變分壓器的分壓比，從而 改變IC2555的振蕩頻率。揚聲器的音頻信號時被IC1555調制的雙音頻信號，使它發(fā)出 “滴嘟、滴嘟”的雙音聲，但由于滑動變阻器的調節(jié)范圍小，使音頻調節(jié)范圍小，有待 進一步改進。6.2設計體會為期兩個星期的電子設計與制作實習結束了，通過這次實習，我們感受頗多。首先， 我們增強了對專業(yè)知識的理解和運用，讓我們很好的將理論知識和實踐緊密的結合起

20、 來，通過運用所學的電子技術方面的專業(yè)基礎知識和查閱相關的書籍設計電路，論證調 研，實現(xiàn)功能，解決身邊的實際問題。其次，元器件的市場調研是一次很好的鍛煉機會， 經(jīng)過幾天的是市場考察調研，使得我們對元器件有了更深的了解和認識，另外調研過稱 也是對我們社會實踐能力的一個考驗，人際交往是當代大學生必不可少的一種能力，是 自身綜合素質的一種體現(xiàn)。最后，電路的焊接和調試，這也是電路成敗最為關鍵的一步， 主要是考察我們的動手能力，雖然在焊接的過稱中遇到了很多的問題，但是通過全組成 員的共同努力我們最終克服了重重困難，實現(xiàn)了預期的功能。通過這兩個星期的學習，使我們對電子工藝的理論有了初步的系統(tǒng)了解。我們了解 到了焊普通元件與電路元件的技巧、印制電路板的組裝工藝流程、555芯片的工作原理 與組成元件的作用等。這些知識不僅在課堂上有效，對以后的電子工藝課的學習有很大 的指導意義，在日常生活中更是有著現(xiàn)實意義；也對自己的動手能力是個很大的鍛煉。 實踐出真知，縱觀古今，所有發(fā)明創(chuàng)造無一不是在實踐中得到檢驗的。沒有足夠的動手 能力，就奢談在未來的科研尤其是實驗研究中有所成就。在實習中，我鍛煉了自己動手 技巧，提高了自己解決問題的能力。我覺得自己在以下幾個方面與有