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1、数字心率监护计1 设计任务描述1.1 设计题目：数字心率监护计1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）掌握数字心率监护计的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）用传感器测量心率，把心率转换为可测信号，测出1分钟内心跳次数；（2）常规与快速心率测量的切换，设计振荡器及分频系统，闸门时间：1s,0.5s；（3）心脏偷停的监护（建议设为2S左右，也可自行设置或可根据实际情况调节）（4）可控制的计数、锁存、译码显示系统。1.2.3 发挥部分（1）心率超过100报警；（2）心率低于50报警。 2 设计思路（一）概述总体设计思路：根据此次课程设计的要求,我设计的数
2、字心率计基本电路由八个部分组成，其中振荡器和分频器组成产生闸门时间的信号发生器，由计数器、译码器和显示器组成数字心率计系统。跳信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“个”“十”“百”的十进制数字显示出来。再由比较器，锁存器，D 触发器和计数器够成报警电路。最后还要在系统中还要加进一些控制电路来完善系统的功能。（二）具体各基本电路的分析：1 振荡电路设计：可采用由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器选用555定时器构成多谐振荡器，振荡器的频率为100赫兹。2 分频电路设计：采用4片74LS90级联，其中三个十进制一个三进制最终得到的方波信触发JK触发器 3 由555定时器构成的单稳态触发器
3、被从JK触发器的信号触发，通过电阻的选择产生30s和60s的闸门时间。4 传感器把信号传入由555定时器构成的施密特触发器正形成方波。5 计数译码显示电路设计：心跳信号和闸门信号通过与门触发计数器和锁存器，计数器和锁存器再将所得信号送入译码器，译码器把二进制数转换成十进制数由显示器显示出来。6 比较报警电路设计：用二个74HC85比较器组成，一部分是数值大于100的;另一部分是数值小于50的。由计数器输送信号通过比较器和已经定义好的数相比较，从而来判断心跳的次数是否超出预定的值，如果是则给报警电路一个信号。7 心脏偷停电路的设计：如果心脏偷停就会触发由555定时器构成的可重复的单稳态触发器，后
4、者产生信号通过功率放大器带动扬声器报警。8 （一） ，555定时器构成的单稳态触发器控制锁存器的锁存端当一次测量结束时把记录的数值保留在显示器上。同时555定时器构成的单稳态触发器通过对电阻的选择，选取是30s还是60s的测量时间 （二）， 555定时器构成的单稳态触发器控制计数器的清零端当一次测量结束时自动的把数值清零。同时555定时器构成的单稳态触发器通过对电阻的选择，选取是30s还是60s的测量时间。3 设计方框图4各部分电路设计及参数计算4.1信号产生电路设计及其参数计算4.1.1 信号产生电路设计 1 触发信号的最终形式：图4.1 触发信号2. 信号产生部分： 图4.1.1 555振
5、荡器与分频器的连接电路利用NE555直接产生100Hz直接供给计数器。NE555的1角为接地，2、6角外部数据输入端，3角输出端，4角复位，5角阈置电压端，7角放电端，8角电源端。 当电路图连接好之后，只要接通电源，在其输出端便可获得矩形脉冲。用555定时器构成的多谐振当器是一种时钟源，它没有稳定的状态，同时不需要外加触发器，就能输出一定频率的矩形脉冲，调节,使其在输出端获得频率为100Hz的信号。电阻,和电容C构成了RC定时电路，电容C在 1/3Vcc2/3Vcc之间周而复始的进行充放电过程，在输出端就得到一系列的矩形脉冲信号。4.1.2 信号产生电路参数计算 电容器C放电所需时间为： 4.
6、1.1向电容C充电，即有上升到所需时间为： 4.1.2则频率为： 4.1.3欲使产生100HZ，C=0.01， 则根据公式4.2.3可计算得：4.2 闸门时间单稳态的设计和计算图4.2 单稳态触发电路4.2.1 单稳态电路的参数：公式：因为取tw=30s和60s且令C=30uF所以R1=90K,R2=180K这样就能产生30s和60s的闸门时间。4.3 计数，锁存，译码，显示电路的设计4.3.1 译码显示电路：对于译码显示电路,我使用的是7448集成四一七线译码器，7448是BCD码到七段码的显示译码器，它可以直接驱动共阴极数码管。在电路的整体设计中需要计数个，十，百位所以因此需要三个译码电路
7、，即需要三块7448来完成译码功能。我使用的显示器是共阴极七端数码显示管，它的a.b.c.d.e.f七个拐脚分别接接到7448译码器的七个输出端子。图4.3 计数锁存译码显示电路4.3.2 计数电路个，十，百位计数均由利用三片74160组成10进制递增计数器来完成进。图所示，其中个位计数器接成十进制形式。将个位计数器的进位输出控制端（RCO）接至十位计数器触发端（CP），完成个位对十位计数器的进位控制。同样十位对百位计数器触发端（CP），完成十位对百位计数器的进位控制。所有计数允许端都接高电平1。清零端串联接到一起接到由555构成的单稳态触发器。4.3.3锁存电路 图4.3a) 锁存电路由三个
8、74LS194并联构成所存系统它的输入端接计数器的输出端，左串行和右串行都接低电平，清零端都接到高电平。它的锁存端接到由555构成的单稳态触发器，当单稳态选择tw为30s和60s当一次测量结束时s0和s1都为低电平锁存器为锁存状态把数锁在显示器上。S0和s1都为高电平时锁存器为让数通过状态。4.4整形电路图4.4 整形电路整形电路为由555构成的施密特触发器，它的输入端接到传感器将非方波整形成方波，再与闸门时间一同触发计数器和锁存器。4.5 心脏偷停报警电路和参数4.5.1 心脏偷停电路 图4.5 心脏偷停报警电路此部分为由555定时器构成的可重复的触发单稳态电路和一个功率放大器。当vi输入负
9、向脉冲后，电路进入暂稳态，同时三极管T导通，电容C放电。输入负脉冲撤除后，电容C冲电，在vc未冲到2Vcc/3之前，电路处于暂稳态。如果在此期间，又加入新的触发脉冲，三极管T导通，电容C放电，输出仍然维持在暂稳态。只有在触发脉冲撤除后且在输出脉宽tw时间内没有新的触发脉冲，电路才返回稳定状态。该电路用作失落脉冲检测，或对人体心律不齐进行监视，当心律不齐时，vo的低电平作为报警信号。4.5.2 心脏偷停报警电路的参数和波形由公式得：取C=0.01uF,得R=181.81K当偷停时间为2s时由555定时器构成得可重复的单稳态就会输出信号，通过功率放大器将功率放大送到扬声器，发出报警信号。所以波形为
10、：图4.5.2 555波形图4.6 比较报警系统4.6.1 比较报警系统电路： 图4.6 大于100报警电路图4.6.1 小于50报警电路此部分第一个为大于100的报警系统，第二个为小于50的报警系统。在第二部分中锁存器的锁存端接到一个由555定时器构成的单稳态系统的输出端在测量未结束时锁存器为锁存状态，当测量结束时锁存器为让数据输出状态这时在计数器的数就能通过锁存器到达比较器中与50比较。如果比50小那么两个发光二极管就会闪量。对于第一部分如果输入的数据比100大那么三个发光二极管就会追逐的亮。4.6.2比较报警系统的器件参数：图4.6.2 4585组成的比较电路表4.1比较器真值表输入输出
11、比较级联A3 B3A2 B2A1 B1A0 B0ABABA3B3001A3=B3A2B2001A3=B3A2=B2A1B1001A3=B3A2=B2A1=B1A0B0001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0001001A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0010010A3=B3A2=B2A1=B1A0=B0100100A3=B3A2=B2A1=B1A0B0100A3=B3A2=B2A1B1100A3=B3A2B2100A3B31004.6.3 由D触发器构成的时序电路图4.6.3 时序电路对于由三个D触发器构成的时序电路它的输出方程为：状态方程组为： 主要状态图为：5 工作过程分析当电
12、源接通时电路开始工作, 当电源接通时电路开始工作根据此次课程设计的要求,我设计的数字心率计基本电路由八个部分组成，其中振荡器和分频器组成产生闸门时间的信号发生器，由计数器、译码器和显示器组成数字心率计系统。跳信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“个”“十”“百”的十进制数字显示出来。再由比较器，锁存器，D 触发器和计数器够成报警电路。最后还要在系统中还要加进一些控制电路来完善系统的功能。由555定时器构成的多谐振荡器开始产生一个100赫兹的方波。分频电路：采用4片74LS90级联，其中三个十进制一个三进制最终得到的方波送到一个非门，由555定时器构成的单稳态触发器被从非门的信号触发，通过电阻的选择产生30s和60s的闸门时间。这时传感器把信号传入由555定时器构成的施密特触发器正形成方波。计数译码显示电路心跳信号和闸门信号通过与门触发计数器和锁存器，计数器和锁存器再将所得信号送入译码器，译码器把二进制数转换成十进制数由显示器显示出来。比较报警电路：用二个74HC85比较器组成，一
