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1、西安思源学院本科毕业论文（设计）摘 要脉搏是一项重要生理参数。目前，测试脉搏的设备已从传统的数字电路向以微控制器为核心的方向发展。本文的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。本题目主要设计一个由传感器、计数器、译码器和时基信号发生器等部分组成的数字脉搏测试电路。能测量人在一分钟内的脉搏数，并以数字显示，能判断心率不齐且进行告警显示。整个系统耗电低，体积小，具有便携性与精确性。关键词：脉搏；计数器；译码器23Abstract Pulse is an important physiological parameter.At present, the test pulse equipment fr
2、om the traditional digital circuit to the microcontroller as the core direction.The focus of this paper is that required to achieve a simple and accurate measurement.This topic mainly consists of sensor, counter, decoder and a time base signal generator and other components of the digital pulse test
3、ing circuit.Can be measured in one minute with the pulse number, and a digital display, can judge the heart rate and alarm display.The whole system of low power consumption, small volume, portable and precise. Key words: pulse; counter; decoder;目录摘要2第一章 引言5第二章 设计方案7一 设计要求及技术指标7二 原理方框图7第三章 单元电路的设计9一
4、信号检测放大与整形电路9芯片CD40119二 计数，译码，显示电路10CD451110CD4553 （带扫描输出的三位十进制计数器）11三 计时电路15CD406015第四章 总原理图及原理综述17总体调试18设计心得与体会18参考文献：21致谢22第一章 引言在传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切”是最基本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。脉搏信号可以直接反应出患者心脏的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。从近代医学的角度来看，人体循环系
5、统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。 鉴于脉诊的重要性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20
6、世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、广州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势： (1) 自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。(2) 数字化技术
7、等先进技术的应用。随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。（3）多功能化越来越明显目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。人体脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式脉搏计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。本设计所使用的系统利用压电陶瓷片将脉博转换为电压信号，经过信号调理后利用AD放大器进行放大和整形，在短时间内，测量出人体
8、一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。达到了方便、快速、准确地测量心率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床记录。 正常人的脉搏次数是每分钟6080次（低于60次/分钟为脉动过缓，高于80次/分钟为脉动过速), 这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计的用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求应该是: 1.要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。 2.对转换后的电信号要进行放大和整形处理，以保证其它电路能正常加工和处理。 3.在很短的时间（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率
9、值。总之，脉搏计的核心是要对低频信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。第二章 设计方案一 设计要求及技术指标设计数字脉搏计，显示被测人体脉搏每分钟跳动次数。测量范围为30250次/分。在短时间（如515s）内测出脉搏次每分钟数，误差限制4次/分。锁定显示，不闪烁。脉搏计的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现： 1. 把脉搏信号转换为电信号，在单位时间内进行记数，并用数字显示其记数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。 2. 测量脉搏跳动固定次数所需的时间，然后换算为每分钟的脉搏数。 这两种方案比较起来，第一种比较直观，所需要的电路结构更简单些；第二种方法的测量误差比较小，但实现起来电路
10、要复杂些。为了使脉搏计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。以下进行的设计就是基于第一方案。 把脉搏信号转换为电信号，在单位时间内进行计数，并用数字显示其计数值，而且直接得到每分钟的脉搏数。二 原理方框图脉搏测试仪使用传感器将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，信号经放大电路进行放大整形后，送到计数显示电路。计时电路进行计时，一分钟到了，计数器停止计时，这时数码管显示的就是一分钟内脉搏跳动的次数。数字脉搏测试仪，其核心部分主要由三个模块组成-检测、放大与整形，计数、译码与显示模块，计时模块。检测电路用传感器将脉搏跳动信号转换为微弱的电信号，放大与整形主要通过CD4011组成的放大电路将信号进行放大与整形
11、；计数译码，显示模块主要对整形好的矩形脉冲进行计数给译码器输入编码，显示主要通过译码器传和三极管控制数码管分时显示；计时模块主要通过控制一个六十秒钟的时间信息，从而控制一分钟的计时。原理方框图如图所示 计时译码/驱动计数信号放大与整形数码管显示信号检测 图1脉搏测试仪使用传感器将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，信号经放大电路进行放大整形后，送到计数显示电路。计时电路进行计时，一分钟到了，计数器停止计时，这时数码管显示的就是一分钟内脉搏跳动的次数。第三章 单元电路的设计一 信号检测放大与整形电路芯片CD4011图2图3信号检测使用压电陶瓷片。压电陶瓷片HTD-27属于压电传感器的一种。传感器是一
12、种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。将压电陶瓷片HTD-27置于脉搏测试处，传感器将脉搏跳动信号转换为微弱的电信号送给与非门组成的放大器进行放大，经过四级放大之后其波形已被整形为与脉搏相同频率夫人近似方波，送到计数器计数。 放大原理:非门电路在高低电平转换之间,即载止与饱和之间
13、,有一过渡区,这一段过渡区就是放大区(线性区),利用这一区域,可将非门作放大器之用。使用方法:将电阻接至非门的输入与输出之间作为直流偏置电阻.这时,非门工作于放大区.就可作放大器用了。 二 计数，译码，显示电路CD4511CD4511B是一个BCD-七段锁存译码器/驱动器。计数结果通过译码器译码后,才能在LED数码管看到数据。CD4511B读取计数器内的数据再通过BCD码转换,驱动LED数码管显示出来。图4就是CD4511B的引脚分布图。 图4 CD4511B的功能表。CD4553 （带扫描输出的三位十进制计数器）CD4553计数器只有一组三位BCD码输出，通过分时控制可形成三位十进制数字显示
14、。由三个同步级联的下降沿触发的BCD计数器（个位、十位、百位）、三个锁存器、分配锁存器数据的多路转换器、输入整形电路、时序扫描电路及振荡电路等部分组成。CD4553有两个特点： （1）有多种功能：锁存控制、计数允许、计满溢出和清零等。 （2）是三位十进制计数器，但只有一位输出端（输出BCD码），要完成三位输出，采用扫描方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制三位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。 CD4553组成方框图 CD4533管脚图6CD4553的组成方框图及管脚排列如图所示，功能表见表1。 （1）CL（引脚12）为计数器的脉冲输入端。 （2）INH（引脚11）为计数允许控制端，当INH为“0”时，计数脉冲由CL端进入计数器，而当INT为“1”时，禁止计数脉冲输入计数器，计数器保持禁止前的最后计数状态。 （3）LE（引脚10）为锁存允许端，当LE为“1”时，锁存器呈锁存状态而保持原有锁存器内信息。 （4）R（引脚13）为复位端，当R=1时，计数器输出Q0Q3皆为0。 （5）输出哪一位的计数值由选通脉冲DS1DS3控制（低电平有效）。 （6）溢出OF（引脚14），当CD4553每计满1000个脉冲时，溢出端输出一个脉冲，而后又重新开始计数。CD4553的功能表输入输出RCL
