数显式脉搏计数器

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1、课程设计数显式脉搏测试仪设计班级学号学生姓名指导教师课程设计任务书课程名 称数字逻辑课程设计课程设计题目数显式脉搏测试仪设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标设计一个数显式脉搏测试电路，技术指标如下： 测试时间为 1 分钟。 实时显示脉搏数， 1 分钟时停止，并提醒。 利用脉冲或者正弦波模拟脉搏传感器输出。 要求用数码管显示时间。二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。 3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用 multisim 软件仿真。 2进行实验数据处理和分析。

2、四、推荐参考资料1. 彭介华电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出版社2. 孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计M.北京：高等教育出版社3. 梁宗善.电子技术基础课程设计M.武汉：华中理工大学出版社4. 童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础.M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教

3、师签字：年月日一、概述随着人们生活水平的提高，心脏疾病的发病率呈上升趋势，已成为威胁人类身体健康 的杀手之一，因为心脏病的发作具有突发性和随机性，所以为患者进行实时的测量监控已 成为必然的趋势。随着电子科技的不断发展，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，许 多研究人员都投身于人类的健康事业中。心率：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏 每分钟跳动次数，已第一声为准，心电信号是一种非常弱且频率较低的一种信号，一般幅 值在 0.05 到 5 毫伏之间，频率在 0.05 到 100HZ 之间，脉搏波：人体心室周期的收缩 和舒张，导致主动脉的收缩和舒张，是血流压力-波的形式从主动脉根部开始沿着动脉系

4、统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现的形态强度，速率和节律等方面的综合信息， 反应出许多生理的血流特征，而心率的测量是一种评价人生理状况很好的方法。心率和脉 搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病的时候可出现不等。因此心率测量问题 可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量更容易实现特点。在实际应用中得到广泛应用。脉 搏计在实际应用中非常广泛，他是用来测量一个人的心脏跳动次数的电子仪器，也是心电 图的主要组成部分，用来测量频率较低的小信号。其原理适用于很多声控器械，它涉及到 时序逻辑电路如何设计分析和工作等方面。通过使电路更深刻的了解时序逻辑部件的工作 原理，从而掌握如何根据需求设计满足要求的

5、各种电路图，解决生活中的实际问题。二、方案论证主要由采样输入电路、脉冲计数电路、基准时间产生电路、译码显示电路四个部分组 成。且要求在开始工作 15S 后能自动停止对脉搏的计数以获得准确的脉搏数。下次工作 时通过按钮来清零，重新显示脉搏数。将脉搏信号转换成电平信号，由三极管接受之后经 过放大电路将信号放大 10 倍，流入整形电路成为规则的矩形波，再由倍频电路对此信号 进行二倍变频。与此同时，基准时间电路由单稳态 555 产生一个周期为 15 秒的信号。整 个电路的核心部分控制电路的工作，按下开关，输出为低电平，对计数器和 D 触发器进 行清零，输出高电平。计数器的脉冲信号由锁存器输出信号、时间

6、基准电路的输出信号、 倍频电路信号通过三输入与非门产生。由三输入与非门的输出信号作为计数器的时钟信 号，驱动计数器计数。计数器是由 16 进制的 74LS160 的 10 进制计数器，三个计数器 从左至右分别为百位、十位、个位。十位的计数受各位的影响，只有当个位计数到 9 后 十位的使能端信号才有效。十位开始计数，百位的计数原理同十位。 1传感器是将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。方法：可以利用函数信号 发生器，使用正弦波模拟人体脉搏跳动。2放大整形电路把传感器的微弱电流，微弱电压放大，整形出去杂散信号。方法：可以 使用电压比较器进行整型。3倍频器是将整形后所得到的脉冲信号的频率提高

7、。如将 15s 内传感器所获得的信号频 率 4 倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。方法：实现可以采用能 满足设计要求的 D 触发器组成的 4 倍频电路。4控制电路用 555 保证基准时间控制，4 倍频后的脉冲信号送计数、显示电路中。 5计数、译码、显示电路用来读出脉搏数，以十进制数的形式由数码管显示出来。上述测量过程中，由于对脉冲进行了 4倍频，计数时间也相应地缩短了 4倍15S,而数 码管显示的数字却是1min的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为4次/min,测 量时间越短，误差也就越大。传感器一放大与整形一 倍频器基准时间产生电路图1 方案原理图74LS160计数器集成

8、运放放大电路,555构成的单稳态触发器,D触发器组成的4倍 频电路等电路。采用简单的 74LS160 作为计数器，因为它是十进制计数器，无需改装， 直接使用。因为脉搏测量器所需的上百位的数字。因此将三片 74LS160 直接进行进位方 式连接,即得千进制计数器。结合以上各部分电路内容及设计要求分析,以控制电路为枢 纽,将经传感器、放大整形电路、倍频电路的脉搏信号和时间信号通过控制电路实现对计 数器的控制,使其能够准确的显示脉搏数。根据此框图,各部分电路有如下几种设计方案： 放大电路可以在同相放大器和反相放大器之间选择,二者几乎没有区别,在此选择使用反 相比较器,整形电路可以用 555 构成的施

9、密特触发器或者由运放组成的迟滞电压比较器, 考虑到运放的使用较 555 简单方便,选择用运放构成迟滞比较器,倍频电路的形式很多, 可以用锁相倍频器或者异或门倍频器等,由于锁相倍频器电路比较复杂,成本比较高,所 以这里采用了能满足设计要求的 D 触发器组成的 4 倍频电路。基准时间产生电路的设计 方案也较多,可以选择石英晶体振荡电路、555 定时器构成的单稳态触发器,因为石英晶 体振荡电路还需要接入 4060 集成芯片,使用比555 复杂,所以选择 555 产生基准时间, 计数译码显示电路的计数器设计有较多方案,可以选择 160、161、279 等芯片均可以设 置为 10 进制来满足要求,在此选

10、择使用普遍,较熟悉的 160 作为计数器电路。三、电路设计数显式脉搏计主要由采样输入电路、脉冲计数电路、基准时间产生电路、译码显示电 路四个部分组成。且要求在开始工作 15S 后能自动停止对脉搏的计数以获得准确的脉搏 数。下次工作时通过按钮来清零，重新显示脉搏数。其工作原理简介：电路连接好以后， 通过红外光照射人的手指的血脉流动情况，将脉搏信号转换成电平信号，由三极管接受之 后经过放大电路将信号放大 10 倍，流入整形电路成为规则的矩形波，再由倍频电路对此 信号进行二倍变频。与此同时，基准时间电路由单稳态 555 产生一个周期为 15 秒的信 号。 整个电路的核心部分控制电路的工作，按下开关，

11、输出为低电平，对计数器和 D 触 发器进行清零，输出高电平。计数器的脉冲信号由锁存器输出信号、时间基准电路的输出 信号、倍频电路信号通过三输入与非门产生。 由三输入与非门的输出信号作为计数器的 时钟信号，驱动计数器计数。计数器是由 16 进制的 74LS160 的 10 进制计数器，三个 计数器从左至右分别为百位、十位、个位。十位的计数受各位的影响，只有当个位计数到 9 后十位的使能端信号才有效。十位开始计数，百位的计数原理同十位。 74LS160 计数 器集成运放放大电路，555构成的单稳态触发器，D触发器组成的4倍频电路等电路。 脉搏传感器作用将脉搏信号转换为响应的电脉搏冲信号。放大电路多

12、种多样，本次试验采 用比较简单，廉价的运放电路。由一个运放器和三个电阻就组成了。放大倍数可调。倍频 电路对脉搏进行调频，如将 15S 内传感器所获得信号频率 4 倍频即可得到对应一分钟 的脉冲数，从而缩短测量时间。 555 定时器是为了实验在规定时间内完成。本设计采用简 单的 74LS160 作为计数器，因为它是十进制计数器，无需改装，直接使用。因为脉搏测 量器所需的上百位的数字。因此将三片 74LS160 直接进行进位方式连接，即得千进制计 数器。结合以上各部分电路内容及设计要求分析，以控制电路为枢纽，将经传感器、放大 整形电路、倍频电路的脉搏信号和时间信号通过控制电路实现对计数器的控制，使

13、其能够 准确的显示脉搏数。1传感器脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为响应的电冲信号。脉搏传感器是脉象检测系 统重要的组成部分，其性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结果的显示。目前典型的 脉搏传感器有以下三种：光电类、压阻类和压电类。传感器采用了红外光电转换器，作用 是通过红外光照射人的手指的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号。传感器信号调节， 该部分结构简单R1和R2的值分别选取510Q和10KQ，电源采用5V供电，红外 线发光管采用TLN104接收三极管采用TLP104。本次设计中是利用函数信号发生器， 使用正弦波模拟人体脉搏跳动。如图 2.-5VvccrRIvccQv1LTLP.lJ

14、0wkn图2传感器原理图2放大与整形放大电路多种多样，本次试验采用比较简单、廉价的运放电路。由一个运放器和俩个 电阻就组成了符合要求的放大电路。放大倍数可调，本次放大倍数大约为10倍。由于整 形电路比较复杂，要先较好的对脉冲信号的不规则整形是有一定的难度，初次想到的就使 用电压比较器进行整形，但是在模拟软件下这种不知道那个是电压比较器。如图3.图3放大电路3 倍频电路该电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍频，以便在15s内测出lmin内 的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。如图4.图4倍频电路4.定时电路555定时器是使时间长度为15s。工作原理：开关打开，RST、VC

15、C、1端都为高电 平，此时比较器1、2都输出高电平，输出端输出为低电平。触发时：触发信号加在触发 端，比较器2输出低电平，锁存器置1,输出端输出高电平。电源通过电阻R6向电容C2 充电，暂稳态开始。经过一个小的延迟时间，触发信号消失，触发端为高电平。暂稳态 结束时：随着电容的充电，当时间达到15s的时候，电容两端电压为2/3VCC,THR和 THI为1/3VCC,此时输出变为低电平。时间常数有t=1.1RC可以求得。取C5=10nF, C2=4.7uF, R6=2.9MQ。如图 5.vccvccJIKey = A5VJISVCCOUTDISraicon图5 555定时电路5.计数译码显示这部分电路主要要完成对方波脉冲计数，将计数结果译码显示出来的功能。对于这部 分电路，有很多方案都可以实现这个功能，而且电路都很相似，对于计数器，选择曾在这 个学期做过的电子技术实验中多次用到的十进制计数器74LS160。如图6.r*i图表6译码显示电路. EE !i -U8：74LS16ON四、性能测试本次课程设计中是利用函数信号发生器，使用正弦波模拟人体脉搏跳动。如下图7.-XFG1麻