xx 學 院課程設計說明書課程名稱： 數字電子技術課程設計 題 目： 電子脈搏計設計 學生姓名： xx 專 業： 班 級： 學 號： 指導教師： 日 期： 20 年 月 日xx 學 院 任 務 書一設計題目：電子脈搏計設計 二主要內容及安排 脈搏測試儀是用來測量一個人心臟跳動次數的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來測量頻率較低的小信號。 (1)實現在15S內測量1min的脈搏數；(2)用數碼管將測得的脈搏數用數字的形式顯示；(3)測量誤差小于4次/min。(4)設計電路，在時間允許的情況下要安裝測試，分析實驗結果，寫出設計說明書。 三、安排進度6月12號：圖書館收集資料6月14號：互聯網收集資料6月28號：資料的整理6月20號：模擬電子電路初步完成6月21號：設計報告初步完成7月08號：論題答辯四、總評成績 指導教師 學生簽名 電子脈搏計設計一、設計任務與要求 為更好的運用所學的知識，加深對電子電路的掌握，達到創新的目的。通過實踐制作一個數字頻率計，學會合理的利用集成電子器件制作電路基于數字電路和模擬電路的課程設計與制作。 簡述了在EDA平臺上利用硬件描述語言VHDL結合CPLD/FPGA器件，設計了一種數顯式脈搏測試儀。通過測試和實際應用表明：其性能穩定、工作可靠、升級方便。實現了對人體脈搏的電子測量，并且能通過外界擴音器實現聽診的功能。文章給出了系統的功能特點，設計原理，硬件電路及軟件設計等。該系統利用脈沖干擾動平均值法濾波，在提高精度的同時也大大提高了系統的響應速度，該儀器成本低，可靠性高，操作方便。 電子脈搏計設計：由壓電陶瓷片、三個2輸入與或門CD4070組成四倍頻器、555集成定時器、十進制集成塊74160N三片、七段數碼管(DCH-HEX）組成。， 74160N與它配套使用可直接驅動顯示。脈搏測試儀是用來測量一個人心臟跳動次數的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分。它是用來測量頻率較低的小信號。 要求： (1)實現在15S內測量1min的脈搏數；(2)用數碼管將測得的脈搏數用數字的形式顯示；(3)測量誤差小于4次/min。二、方案設計與論證方案一1傳感器 將脈搏跳動信號轉換為與此相對應的電脈沖信號。2 放大整形電路 把傳感器的微弱電流放大，微弱電壓放大。3倍頻器 將整形后所得到的脈沖信號的頻率提高。如將15s內傳感器所獲得的信號頻率4倍頻，即可得到對應一分鐘的脈沖數，從而縮短測量時間。4控制電路 用555定時器以保證在基準時間控制下，使4倍頻后的脈沖信號送到計數、顯示電路中。5計數、譯碼、顯示電路 用來讀出脈搏數，并以十進制數的形式由數碼管顯示出來。6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，由于對脈沖進行了4倍頻，計數時間也相應地縮短了4倍(15s)，而數碼管顯示的數字卻是lmin的脈搏跳動次數。用這種方案測量的誤差為4次min，測量時間越短，誤差也就越大。方案二該方案是首先測出脈搏跳動5次所需的時間，然后再換算為每分鐘脈搏跳動的次數，這種測量方法的誤差小，可達1次min。此方案的傳感器、放大與整形、計數、譯碼、顯示電路等部分與方案I完全相同。方案的比較：方案結構簡單，易于實現，但測量精度偏低；方案電路結構復雜，成本高，測量精度較高。根據設計要求，精度為 4次min，在滿足設計要求的前提下，應盡量簡化電路，降低成本，故選擇方案。大致框圖如下：放大整形電路四倍頻器信號發生555定時器解碼顯示三、單元電路設計與參數計算1傳感器脈搏傳感器的作用是將脈搏信號轉換為響應的電沖信號。脈搏傳感器是脈象檢測系統中重要的組成部分，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為電信號。本次課程設計中是利用函數信號發生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動。函數信號發生器2放大與整形 放大電路多種多樣，本次實驗采用比較簡單、廉價的運放電路。由一個運放器和兩個電阻就組成了符合要求的放大電路。放大倍數可調，本次放大倍數大約為10倍。由于整形電路比較復雜，要想較好的對脈搏信號的不規則性進行比較規則的整形是有一定的難道，初次想到的就是用電壓比較器進行整形，但是在模擬軟件種不知道那個是電壓比較器。干脆就用一個簡單點的與非門進行簡單的整形。經過實驗，可以放大，整形正弦電路。 3. 倍頻電路由于我們要在15s內測量1min內的脈搏數，所以我們要對脈搏進行調頻。60/15=4需要四倍頻電路。如將15s內傳感器所獲得的信號頻率4倍頻，即可得到對應一分鐘的脈沖數，從而縮短測量時間。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雜，成本比較高，所以這里采用了能滿足設計要求的異或門組成的4倍頻電路。和構成二倍頻電路，8和8亦構成二倍頻電路；兩個二倍頻串聯組成四倍頻電路。利用第一個異或門的延遲時間對第二個異或門產生作用，當輸入由“0”變成“1”或由“1”變成“0”時，都會產生脈沖輸出。其中電容是為了延時，經過測試，當1=33uf，c2=3.8uf，R1=10k，R2=10k的時候能達到四倍頻的要求。電路圖如下：4定時電路555定時器是為了試驗在15s內完成任務，使單穩態的時間長度為15s。所以定時時間為15s。本試驗采用555單穩態定時電路。工作原理大概如下：開關打上，、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，當時間達到15s的時候，電容兩端電壓為2/3,THR和THI為1/3，此時輸出變為低電平。時間常數有t=1.1RC可以求得。本次試驗 C=4.6uF R=3M.左圖分別為電阻兩端電壓曲線和555定時器的輸出端電平。 555單穩態定時電路5計數譯碼顯示本設計中采用簡單的74LS160作為計數器，因為它是十進制計數器無需改裝，直接使用。因為脈搏測試器中需要上百位的數字。因此，將三片74LS160直接按并行進位方式連接即的千進制計數器。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定時器的控制。當555定時器輸出為低電平時，74LS160輸入端接收到的是高電平，開始計數；輸出為高電平時，74LS160接收到的是低電平，停止計數（計數結束）。此時顯示的就是15s內的脈沖數了。七段數碼管與74LS160的連接方式如下： 74LS160的功能表CLKRdLDEP ET工作狀態X0XX X置零向上10X X預置數X 110 1保持X11X 0保持（但C=0）向上111 1計數 4、 總原理及元器件清單電路工作1、總電路圖：2、工作原理：打上電源開關，電路各部分開始工作。首先是信號發生器發生的信號，經過四倍頻電路，頻率變成了原來的四倍；倍頻器的主要作用就是為了計數器能在15s內計算出1min鐘的脈沖數。脈沖數進入七段數碼管計數器，計數開始。來一個脈沖計數器就加一。15s后，定時器輸出端電平翻轉，計數器停止工作。顯示出脈搏跳動的次數。3、元器件清單元件名稱類型及參數 說明集成塊Cd4011一塊集成塊Cd4030與或門一塊集成塊74160十進制計數器，3塊集成塊IN555555定時器電阻3M/10k/10k/10k/100k各一個電容33uf/6.8uf/4.6uf/10nf各一個集成塊DCD-HEX(七段數碼管)3塊函數發生器函數發生器（模擬脈搏）1（400mV 1HZ）開關J1一個電源VCC直流6V五、仿真調試與分析模擬脈搏信號從函數發生器發出，經過運放電路，放大10倍后，進入一個電容、3個與或門的延時分頻。倍頻原理在“倍頻電路”那部分已經講述清楚了。倍頻后的頻率直接送入到74160N解碼，解碼后就到達七段數碼管進行顯示。打上定時器的開關之后，定時的過程實際上就是電容不斷充電的過程。電容上的電壓從0到2/3這段時間就是我們要定時的時間（15s）。開始，555定時器out端口為低電平，經過外部的非門之后，變成高電平，74160N C開始工作此后，電源經外部電阻不斷向向 C 充電，當 C 上電壓升到 2 /3 V DD 時，THR、TRI兩端為1/3，輸出 V 0 翻轉，變為1；1經過非門變成0，74160N停止工作。故74160N工作的時間為：T=1.1RC=15s六、結論與心得：總體來說，本次實驗獨立完成，使我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現所需功能的過程中，特別有趣，培養了我的設計思維，增加了實際操作能力。我覺得以后更要加強這方面的設計，提高自己的能力.我覺得自己的動手能力有了很大的提高;自信心也增強了.在課程設計中自己動腦子解決遇到的問題，書本上的知識有了用武之地，這鞏固和深化了自己的知識結構。這次實習恰恰給我們提供了一個應用自己所學知識的機會，從到圖書館查找資料到對電路的設計對電路定位的再到最后電路的成型，都對我所學的知識進行了檢驗。可以說，本次設計有苦也有甜。 設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備。我們要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現的問題進行分析解決。 留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節設計上