脉搏测量仪设计论文
学 校：华 东 交 通 大 学
专 业：应 用 电 子 技 术
学 号：20095120170122
姓 名：
同 组 人：
指导老师：吴 翔
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目 录
一.摘要
二.引言
三.正文
1.设计内容与要求 2.设计原理与分析 3.电路设计与分析
4.调试方法与过程
四.心得体会
五.参考文献 六.致谢
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脉搏测量仪的设计
一.摘要
脉搏，顾名思义就是动脉的脉动，是心脏周期性不停收缩和舒张。
脉搏常见的生理现象，蕴含着丰富的人体生理病理信息。脉搏所呈现出来的形态.强度.速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征。根据人体脉搏信号特征，本文在数字电子技术课程基础上设置的，通过数字电路实现将脉搏信号转化为电信号，，然后对脉搏进行一分钟计数，并用二位LED进行显示。
关键词：脉搏信号，数字电子技术，计数，LED
二.引言
本电路设计中采用了十进制可逆计数器
CD40110，它集加/减计
数、译码、锁存和驱动功能为一身，该电路以HTD压电陶瓷片作脉搏传感器，把脉搏的跳动转化为微弱的电流，经过与非门放大与整形，变成与脉搏频率一致的电压脉冲，再通过时钟电路和接成单稳态触发形式的555定时器对脉搏进行计数。数码管将显示结果。
三.正文
1.设计内容与要求
通过数字电路实现将脉搏信号转换为电信号，然后对脉搏进行一分钟计数。
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要求：
a.要求用压电陶瓷片作为脉搏传感器来拾取信号。 b.能对微弱信号进行放大、整形。 c.能进行计数，并且用二位LED进行显示。
2.设计原理及分析
根据要求，本设计思想：
传感器检测 放大整形 计数 译码 显示
① 图中所用压电陶瓷片HTD是一脉搏传感器，将它紧贴在人身部位时，它便把人体的脉搏信号转换为电信号。由于该电信号很弱，故先通过运放进行放大，然后通过非门进行整形，然后送入IC3进行计数。 ②放大整形电路采用CD4011四二输入与非门进行信号的整形与放大，其引脚图如下图1：
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图1：CD4011引脚图
③IC3、IC4为十进制加减计数/译码/锁存驱动电路CD40110，它们与数码管共同组成二位加法计数显示电路。IC3、IC4的第6脚为锁定端，当锁定端为低电平时，允许计数脉冲输入；当锁定端为高电平时，计数器被锁定，不能计数。
③ 555时基电路及其外围电路构成定时器，其③脚输出端与IC3、IC4的锁定端相连接。平时IC3的第③脚输出高电平，使IC3、IC4计数禁止。当按一下S1时，IC2进入暂态，使第③脚变为高电平，C2经R7充电，定时开始。与此同时，IC3、IC4允许计数脉冲进入，开始计数。60 s后，IC2定时结束，其第③脚的状态又变为低电平，使计数器停止计数。此时，数码管所显示的计数结果，即为一分钟内脉搏跳动的次数。C3、R8组成清零电路，用来保证在电源接通的瞬间，使IC3、IC4自动复位清零。
3.参考电路设计
根据设计原理及分析，设设的总电路图如下图2：
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图2 CD40110引脚图和数显式脉搏测试仪
电路如上图所示， 数显式脉搏测试仪电路如图1（b）所示：由压电陶瓷片、四2输入与非门CD4011、555定时器、CD40110、七段数码管（MTS3101AR七段数码管）组成。MTS3101AR七段数码管为小型LED共阴极数码管，CD40110与它配套使用可直接驱动显示。
工作原理：压电陶瓷片HTD作为脉搏传感器，将它贴在人身测试部位时，便把人体的脉搏信号转换为电信 号，由于该电信号很微弱，故由与非门IC1－1，R1，C1组成的线性放大器进行放大，放大的信号再由与非 门IC1-2进行整形，然后送人IC3，IC4 CD40110进行计数，IC3，IC4与数码管共同组成两位加法计数显示 电路，IC3、IC4的TB（4脚）为低电平时，允许计数脉冲输人，当TB为
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高电平时，计数器被禁止，不能计 数。由IC2 555定时器、C2、R2成定时电路，其输出端（3脚）与IC3，IC4的TE（4脚）相连接。平时 ，IC2的输出为高电平，使IC3，IC4计数禁止；当按下S2时，IC2的输出变为低电平，C2经R2充电，定时开 始。与此同时，IC3，IC4允许开始计数脉冲进入，60秒后，IC2的输出又变为高电平，使计数器停止计数 ，此时，数码管显示的计数结果即为一分钟内脉搏跳动的次数。C4，R3组成清零电路，用来保证在电源接通瞬间，IC3，IC4自动复位清零。
电路中用到的各元器件管脚图及个元件作用如下： 1.CD4011
放大整形电路采用CD4011四二输入与非门进行信号的整形与放大，其引脚图如下图1：
图1：CD4011引脚图
2.CD40110逻辑功能
CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能
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直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1（a）所示。
R（5脚）为清零端，R＝1时，计数器异步清零。
CP为时钟端，CPu（9脚）为加法计数时钟，CPD（7脚）为减法计数时钟。
Qco（10脚）加计数进位输出，QBO（11脚）减计数借位输出。 TB（4脚）为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于禁止状态，即不计数。
LE（6脚）为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。
a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。
表1 CD40110逻辑功能表
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3.NE555
NE555: ne555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。
ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.RS触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以之为555。
图3 左图为NE555引脚图 ，右图为传感器引脚图
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4. 调试方法调试过程
a.压电式感器的材料选择PVDF压电薄膜材料制作,集成于夹子上,用夹子夹住手指,实现将脉搏信号转化为电信号.
b.将四级CMOS集成放大电路,集成于传感器之上,从而最大限度的减少拾取信号的丢失,为主电路板精确工作打下基础.
c.将放大后的信号送入主电路板的计数和计时端,同时激发计数计时工作.计时电路选用晶体振荡器产生方波,经分频器后生成1HZ,周期为60秒的方波输出到计数器.计数器采用可复位的集成电路计时器,60秒接受一次时间脉冲信号,再经过驱动器电路实现计时器的输出,复位,重新计数.
d.数显部分使用3位共阴极七段数码管,直接显示前一分钟的脉搏数,并且保持每 一分钟更新数据一次,方便省时,测量较为精确.
5. 设计和调试过程中出现的问题及解决办法
刚开始设计时用的时自己设计的电路，设计思想是利用陶瓷传感器收集脉搏信号，然后经过CD4011对信号进行放大，再经过用555接成的施密特触发器对放大的信号整形，最后通过两个74160构成的一百进制计数器送入LED数码管。但经过老师的讲解发现自己的电路并不适用，根据电子电路设计的相关要求，查看相关资料，确定了最后的电路。
在调试过程中Multisim中找不到CD40110元件，只能对电路进行分段调试，经过调试，60秒定时部分和信号采集放大部分顺利通
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过。
在安装过程中，由于元件的引脚距离比较近，很容易出现连锡现象，这给我们带来了很大的麻烦，我们放慢了焊接速度，经过努力，电路板终于从我们手中诞生了。
四. 心得体会
本次课程设计设将自己将所学的理论知识与实践相结合。理论和实践之间
的差距很大，在设计过程中我们遇到了很多的困难。
刚开始用自己设计的电路，虽说理论上有成功的可能，但实际上并不可行，首先用555接成的施密特触发器并不能对收集到的脉搏信号进行有效的放大；其次，我们所设计大的电路没有定时功能，只能无限制的计数；最后，74160是四个输出端，而LED七段共阴数码管需要七个输入信号进行计数，这就需要我们对74160输出的二进制信号进行译码，增大了工作量。由于这种种原因，我们否决了自己最初的设想，改为了现在所用的电路。
然后进行安装和调试，但是在焊接时遇到了很多的困难，由于各元件的管脚比较密集，很容易出现连锡现象，这给我们带来了很大麻烦，有些焊好的焊点还需要重新焊接，甚至需要焊接好几次才能做好。这主要是由于我们焊接技术不熟练造成的，还需要我们以后的的多多练习。
在仿真时，由于我们对电路仿真软件Multisim不熟练，用其画
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电路图时不会找元件，这浪费了大量的时间，作为一个电子信息工程专业的学生，我们必须熟练掌握Multisim软件，这还需要课下多多努力才行。
通过本次实验我对数电和模电更加深了印象，尤其对计数器的工作原理和电路图中的几个芯片的作用及安装方法更加了解。并且提高了动手能力，练习了自己的焊接技术，使自己有了一定的提高，这对自己将来的就业有很大的帮助。
总之，这次课程设计我自认为学到了不少的东西，唯一的遗憾就是由于还要忙于六门课的考试，时间比较紧张，没有把自己最初设想的电路变为现实，希望以后还有更多这样的机会来锻炼自己，提高自己。
五.参考文献
1. 邱关源， 《电路》, 高等教育出版社，2006 年 2. 阎石， 《数字电子技术》， 高等教育出版社，2006 年 3． 童师白， 《模拟电子技术》， 高等教育出版社，2006 年
六.致谢
本课题在选题及研究过程中得到吴翔老师的悉心指导。吴老师多
次询问设计进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。吴老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精
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神，不仅授我以文，而且教我做人，虽历时两载，却给以终生受益无穷之道。对吴翔老师的感激之情是无法用言语表达的。
感谢吴翔老师及其他专业老师等对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。
感谢我的同学们及老师一直以来的探讨对我学习、生活的关心和帮助。谢谢你们！
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