脉搏测量仪课程设计报告书

1、广西交通职业技术学院信息工程系题目脉搏测量仪课程：课程设计班级：电信2006 班学号:2006415039 2006415015 2006415031姓名：.韦丽红雷键华覃易然任课教师：成世龙00八年十二月目录一、作品设计目标： 21 1、作品设计要求 21 2、设计作品所要表现的内容以及应具备的功能 2二、期考作品设计方案论证与比较 22 1、传感器模块方案选择论证与比较 22 1 1、方案一：采用红外发光与接收二极管 22 12、方案二：采用压电陶瓷片 22 2、放大与整形模块方案选择论证与比较 32 2 1、方案一：采用 LM324 与 LM339 放大与整形 32 2 2、方案二：采用

2、 UA741 放大与整形 32 3、显示模块方案选择论证与比较 32 31、方案一：采用 LCD 液晶显示 32 3 2、方案二：采用 LED 数码管显示 32 4、整体方案论证与比较 42 4 1、方案一 42 4 2、方案二 4三、作品设计内容及制作步骤 63 1、硬件系统分析 63 1 1、硬件系统框图： 63 2、放大与整形模块 63 2 1、放大与整形模块 63 22、放大与整形模块的工作原理 63.5、数码管显示模块 7、数码管显示模块 7、数码管显示模块工作原理 7四、作品调试过程与分析 8五、作品设计制作总结 8六、作品提交及演示 9七、致谢词 9八、参考资料 9附录一：系统电

3、路图 10附录二：电路元件清单 11一、作品设计目标：11、作品设计要求(1)、设计一个脉搏测量仪，要求实现在 15S 内测量 1min 的脉搏数，并且 显示其数字(2)、常人脉搏数为60-80次/min，婴儿为90100次/min,老人为100 150 次/min。12、设计作品所要表现的内容以及应具备的功能( 1)、用传感器将脉博的跳动转换为电压信号 , 并加以放大、整形和滤波 .( 2)、在短时间内 (15s 内) 测出每分钟的脉搏数。( 3)、 LED 数码管实时显示当前测量的脉搏数。二、期考作品设计方案论证与比较21、传感器模块方案选择论证与比较211、方案一：采用红外发光与接收二极

4、管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， 由于 红外发光管的穿透性不强 , 无法穿透人体皮肤感应到脉搏的跳动，也因此无法将 脉搏跳动的电信号传输给接收二极管 .2 12、方案二 :采用压电陶瓷片采用压电陶瓷片作为感应脉搏跳动的传感器， 压电陶瓷片能够感应到人体微 弱的脉搏跳动信号，同时也节约成本 .通过上述两种方案的比较 , 从实现工能和节约成本方面考虑，在此我们采用 方案二压电陶瓷片作为感应脉搏跳动的传感器。22、放大与整形模块方案选择论证与比较2 21、方案一：采用 LM324 与 LM339 放大与整形由于 LM324 和 LM339 均为四运放集成电路，其结构

5、相对简单 ,而且 LM324 和 LM339 四运放电路具有电源电压范围宽、静态功耗小、单电源使用，同时也 使电路得到了简化了。2 22、方案二：采用 UA741 放大与整形由于卩A741的输入级为双极晶体管，因此偏流和功耗相对较大，要求双路 电压工作，其效果也没有 LM324 好 ,故不使用。23、显示模块方案选择论证与比较2 31、方案一：采用 LCD 液晶显示采用液晶显示 LCD 可以显示大量汉字、图形、和数据 ,低耗能 ,散热小， 显示字符锐利 ,画面稳定，美观、显示清晰等优点 ,液晶显示器不仅外观精致 美观而且显示效果好， 眼睛感观较好， 但是液晶显示器需编程且程序较为复 杂,只显示

6、 0 至 9 十个数字在这种场合运用液晶显示器不是很合适，而且液 晶显示器价格昂贵，会降低了整个系统的性价比。2 32、方案二：采用 LED 数码管显示采用 LED 数码管显示 ,具有功耗低、亮度高、寿命长、尺寸小等优点， 在电子产业当中有着广泛的应用。 但其显示数量能力有限 ,因而不具备高精 密的数字显示能力 .综合以上二种方案 ,在价格、编程等方面的考虑，最终采用方案二 LED 数码管作为显示部分。2 .4、整体万案论证与比较2. 4. 1、方案一如图1-1所示传感器放大与整形倍频器基准时间产生电路控制电路计数译码显示图中各部分的作用如下：1）、传感器：将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉

7、冲信号。2）、放大与整形：电路将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号.3）、倍频器：将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。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 .4）、基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制测量时间。5）、控制电路：用以保证在基准时间控制下，使 4倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。6）、计数、译码、显示电路：用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。通过上述测量过程中，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Imin的脉搏跳动次数。用这种方案测量 的误差为土 4

8、次/min,测量时间越短，误差也就越大。2. 4. 2、方案二如图1-2所示该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动 的次数，这种测量方法的误差小，可达土 1次/min。此方案的传感器、放大与 整形、计数、译码、显示电路等部分与方案 I完全相同，现将其余部分的功能叙 述如下：1）、六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。2）、基准脉冲（时间）发生器：产生周期为0.1s的基准脉冲信号。3）、门控电路：控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。4）、8位二进制计数器：对通过门控电路的基准脉冲进行计数，例如5个脉搏周期为5s，即门打开5s的时间，让0。1

9、s周期的基准脉冲信号进入8位二进 制计数器，显然计数值为50,反之，由它可相应求出5个脉冲周期的时间。5） 、定脉冲数产生电路：产生定脉冲数信号，如3000个脉冲送入可预置8位计数器输入端。6）、可预置8位计数器：以8位二进制计数器输出值（如50）作为预置数,对3000个脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到60个脉冲信号），即心率，从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟的脉搏数。通过上述两种方案的比较，方案一结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方 案二电路结构复杂，成本高，测量精度较高。在满足设计要求的前提下，应尽量 简化电路，降低成本，故选择方案一。三、作品设计内容及制作

10、步骤3. 1、硬件系统分析3. 1 . 1、硬件系统框图：经过方案论证与比较，选择出最优方案的系统框图如下图所示:传感器放大与整形倍频器基准时间产生电路控制电路计数译码显示3. 2、放大与整形模块3. 2. 1、放大与整形模块电路如下图所示：3. 2. 2、放大与整形模块的工作原理如上图所示，此部分电路的功能是红外传感器通过红外光照射人手指的血脉 流动情况，把脉搏跳动的次数转换为电信号，一般为几十毫伏，在此过程中必须对脉搏信号加以放大，以达到整形电路所需的电压 ，一般为几伏放大后的信号波 形是不规则的脉冲信号，因此必须加以滤波整形，整形电路的输出电压应满足计 数器的要求。3.5、数码管显示模块

11、、数码管显示模块如图所示：QO>CK AQIF4519CLk>Etroo>CK AQIqaCLRQO CK KQiQ2CL.RQ3EFT*70*7A:470*.-D*5J1m LEEFT;4J一T.T-E:LEbTLEEF'Cj4J31|T B1 i :.|T I 1P'、数码管显示模块工作原理CD4511是一种BCD输入，开路输出的4线一七段译码/驱动器，A3A2A1A0 作为4线输入，ag作为七段输出 输出低电平有效。单片机P0 口接入CD4511 的输入端进行译码，驱动数码管,让其显示当前的温度。CD4511是一个七段译码 器,驱动共阴数码管，因此选用共

12、阳极数码管。输出的信号经过74LS47译码后驱 动数码管的段码显示相应的数码管.为防止从CD4511输出的电流流过数码管过 大，烧坏数码管，因此要在CD4511和数码管之前接上240Q的限流电阻CD4518 为3线10线译码器。当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/ （G2A） 和/（G2B）为低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输 出端以低电平译出。CD4511是一个七段译码器，驱动共阳数码管，因此选用共阳 极数码管输出的信号经过CD4511译码后驱动数码管的段码显示相应的数码管。 为防止从CD4511输出的电流流过数码管过大，烧坏数码管，因此要在CD4511

13、和数码管之前接上470Q的限流电阻。单片机的P2.4P2.6 口分别接CD4518的 A、B、C 三个输入端，而 CD4518 的六个输出端 Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5 分别接上一个PNP的三极管，再接于六个数码管的公共极。由于 CD4518输出 的是低电位，而数码管的COM公共极是高电位有效，所以采用 PNP三极管来驱 动数码管。用CD4511和CD4518来驱动数码管动态显示。动态驱动是将所有的 数码管的8个显示笔划“ a、b、c、d、e、f、g、dp",的同名端连在一起，另外为 每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的 I/O线控 制。 个人收集整

14、理，勿做商业用途本文为互联网收集，请勿用作商业用途四、作品调试过程与分析在本次作品的调试过程中，首先接上电源数码管显示错误 ,经与组员的仔细 检查发现原来是芯片坏掉了，换掉之后数码管的 b 引脚显示不是很明显 ,后经检 查是拿错电阻进行了焊接， 改过后再接上电源， 数码管显示正确， 说明电路焊接 无误。首先用压电陶瓷片做为传感器， 但是要敲击压电陶瓷片数码管才开始计数， 后来经同学的帮助才明白须借助于 DDS函数发生器来产生信号数码管才能自动 开始循环计数，但是数码管计数幅值必须在 3V 以上,通过 DDS 函数发生器给入 信号,所计数之值基本正确。五、作品设计制作总结通过作品的设计可以看出我

15、们独立思考、分析、设计、协作的能力。在老师 的指导和组员的共同努力下，我们顺利完成了此次作品设计，实现了功能要求。 当然，在设计和调试的过程中也遇到了一些问题 ,在焊接电跌的过程中，由于自 己的一时粗心， 将译码显示的限流电阻拿错进行焊接， 使得在调试作品时数码管 的 b 极不显示， 经过自己与同组成员的认真检查， 最终将其改过。 之后在焊接过 程中没有再出现任何的问题， 但在调试的过程中传感器并未采集到脉搏信号， 在 老师和同学的帮助下， 最后经同组组员的的努力。 这次作品设计， 使我们明白了 仅仅学懂理论知识是行不通的， 必须将理论与实践结合起来， 加强自己的动手能 力和独立学习的能力。

16、在完成这个作品的过程中增强了我们如何与他人协作、 如何解决遇到的问题等等。我们互相取长补短，取得了不同程度的效果。 同时我们还认识到学习电子技术这门专业还必须细心和有耐心， 无论是电路 的设计、焊接、作品的调试还是软件的编程 ,遇到问题都需要用冷静的头脑去思 考，耐心的检查才能更好的发现问题。 在今后的学习中， 我们会改变以往的学习 方式 ,真正做到理论与实践相结合，在课后提高独立学习与独立思考的能力,培养自己细心、耐心的办事态度。给我们最深的体会还有就是“合作学习”.团队团结协作则攻无不克 ,战无不胜。六、作品提交及演示首先对焊接好的电路进行检查， 检查无误之后再将所有连线接上， 最后接上

17、5V电源,在DDS函数发后器上调好频率与幅值，将调好的信号输入给电路，信号经放大整形和四倍频处理之后计数器，因题目所要求的是测量人体 1min 钟的脉 搏跳动次数，所以还在经过一个基准时间产生电路让计数器能在15S内计数1min的脉搏跳动次数， 最后由译码器译码给数码管显示所计多值， 经过计算所计数之 值基本正确 .七、致谢词在老师的指导和组员们的共同努力下，我们顺利完成了作品设计，实现了 功能要求。 在此感谢老师指导和帮助， 感谢组员们的协助， 同时也感谢系里为我 们提供良好的实训环境和器件。有你们的支持和帮助我们一定会学到更专业技 能，锻炼出更强的实践能力。我们追求求实创新，与时俱进 ;我们会认真总结经 验，发现存在的不足和问题及时改进，努力做得更好 .八、参考资料1 、电子技术课程设计2、 数字电路刘勇 杜德昌 陈松3、http： /附录一：系统电路图附录二：电路元件清单序号元件名称元件规格型号数量备注1电阻10KP 2个：2电阻5. 1K2个3电阻470 Q21个4电阻910K1个：5电阻3.6M1个6电阻1.5M1个7电阻13K2个8电阻100K2个9电阻1。6K2个10电阻160K1个11电阻3KP 1个12计数器CD45182块加法计数器13译码