电子电工技术课程设计汇本

1、任务书（一）电路组成和工作原理（二）技术要求1应用数字电路实现在一分钟或半分钟测量脉搏数，并显示2. 测量误差w 2次/min3. 正常人脉搏为60-80次/min，老年人为100-150次/min，如出现心律不齐，要有所显示4. 功能耗要低，体积小，重量轻（三）设计容和要求1用压电瓷片作为脉搏传感器，用 LED数码管显示2确定设计方案，画出组成方框图，简述每局部功能和根本实现方法3进展单元电路分析，选择适宜的逻辑局部，采用动感扫描显示4进展必要的计算，以确定主要元件参数值5. 绘制完整的原理图6. 组装电路并进展实验调试，说明调试步骤和根本原理7对设计电路进展讨论，提出改良意见，简要进展误差

2、分析目录任务书2二. 概述4三. 电路组成和工作原理5四. 电路设计与计算17一放大整形电路17二设计计数器电路8三译码和显示电路12四时基信号产生电路15五心律监测电路17五. 调试方法21一总体观察21二检查放大电路22三计数器和译码显示电路的调试22四时基电路的调试22五漏夫脉冲检出电路的调试23六. 脉搏测试仪的使用方法七所用仪器设备和元件24八. 参考文献25九. 总结26一概述脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的有效工具，心脏跳动频率通常用 每分钟心脏跳动的次数来表示。采用脉搏计测量心脏跳动频率，不但准确，而且使用方便，显示结果也十分 醒目。（一）分析设计课题要求正常人的脉搏次数

3、是每分钟 60-80次婴儿90-140次，老年人为50-150次, 这种频率属于低频畴。因此，脉搏计是用来测试低频信号的装置，它的根本功能 要求应该是：1. 要把人体的脉搏振动转换成电信号，这就要借助传感器2. 对转换后的电信号要进展放大和整形等处理，以保证其它电路能正常加工 和处理3. 在很短的时间里假设干秒，测出经放大后的电信号频率值总之，脉搏计的核心是要对低频电脉冲信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。（二）确定总体方案把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间进展计数，冰用数字显示其计数 值，从而直接得到每分钟的脉搏数，这种方案比拟直观，所需电路构造简单。这种方案的方框图如图：方框

4、图中各局部的作用是：1传感器：将脉搏转换成相应的电脉冲信号2. 放大电路：对微小电脉冲信号进展放大3. 时基产生电路：产生固定时间1分钟或半分钟的控制信号，作为计数器的 门控信号，使计数器只有在此期间才进展计数4. 计数、译码、显示电路，在门控信号作用期间，对电脉冲信号进展计数，并经 显示译码器译码，再由数码器显示计数值5. 心律监测电路，如出现心律不齐时，应有所显示 三电路组成和工作原理（一）传感器为了把脉搏转换成电信号，应采用压电式传感器，它有两种根本类型：石 英晶体和压电瓷。目前更多使用的是压电瓷，它在性能上，能满足脉搏计的要求, 而且本钱低（二）放大电路通常用运算放大器，但在数字电路系

5、统中也常用非门来构成线性放大器， 如下图，使门电路工作在线性区，它就有电压放大能力。图中门电路的输出，输入所接的反应电阻是为其工作在线性区而设置的门电路构成的放大电路，具有功能小，稳定性高和本钱低等的优点，它的缺点是输出阻抗高和上限频率低- lln/线性区<VJDVI )0/2VDD（三）时基信号产生电路为了得到频率较低，脉冲宽度一定的时基信号，通常用振筛加分频的方法,先用振筛器产生高频脉冲，然后经数次分频得到所要求的信号。CC4060部同时包含振筛和分频局部电路。（四）计数器：计数器最好选用有选通脉冲输出控制的计数器（五）心律监测电路：用555定时器构成的单稳态触发器与 Rs触发器和一

6、个LED发光二极管组成，心律不正常是指脉搏中间出现停跳的状态，即在连续的脉搏电信号中出现脉冲失落现象，通常可采用漏失脉冲检出电路来进展监测。四电路的设计与计算（一）放大与整形电路这局部电路如图所示。其中非门G1和G2构成两级放大器，555斯 密特完成整形功能，为了使 G1和G2非门处于传输特性的线性区，应适中选取 反应电阻R1的阻值。其阻值不能太小，否那么非门的输出与输入间的信号直接 馈通，一般R1值应比非门的输出电阻R0大两个数量级非门R0=815KQ ），但 R1的值也不能太大，否那么使工作稳定性变差，甚至有可能偏离出线性区。为 此，R1值应比非门的输入电阻 R1小1 2个数量级R仁101

7、0）所以R1=110m Q，可选为5.1mQ,22m Q等值，由非门构成的放大电路，其放大倍数约为20 倍, 一般是不可调的，如放大倍数不够，可采用多级放大器级联起来增大放大倍数， 用555定时器构成施密特触发器进展整形，R无效高电平且C-V不外接电压， 所以当U1>2/3EC时555被置0, Uout输出低电平，UW 1/3EC时,555被置1,Uout 输出高电平，其传输特性有回差，通常回差越大，电路抗干扰能力也越强，回差 的抗干扰作用可用图10.5说明。Uott(二)计数器电路计数器是脉搏测量仪的重要组成局部，电路采用74LS160乍为计数器74LS16 0的特点：1有几种功能：计

8、数允许、计数清零、置位等2同步十进制计数器加法74LS160管脚排列如图345功能表见表现在简要说明这些管脚的功能(1) CP脚2：为计数脉冲输入端(2) SiS(脚7脚10)为计数允许控制端，当 Si,S2为“1时，计数脉冲由 CP端进入计数器，而当S1,9为“0时，制止计数脉冲输入计数器，计数器保持 制止前的最后计数状态(3) Rd脚1为复零端，R=0时计数器输出190193全为D(4) LD(引脚 9：为置位端，LD=1时计数器输出预值数190193(5) C脚 15进位端，当C=1时，计数器产生进位采用74LS160乍为计数器主要有以下几个理由：(1) 可以用Si,9端作为计数的一分钟

9、允许端(2) 计数输出为BCD码，便于译码显示(3) 可以通过三个74LS160来实现功能的要求Lkc c申卫> 护亠 區 Td1&丄b丄g1312丄丄109i23<157RD Gl> De Dx Dq Ds Si £UD74LS160功能表输入输出CP LD RD S1 S2QXX O XXOT01 XX预置数T 1111计数X110X保持X11 X0保持实现计数的功能：用三个74LS160来完成计数功能，将3个计数器为个位、十位、 百位、三个位数，将整形后的输入脉搏电信号输入到计数器个位的 CD端，来计 八个数的数，将个位计数器的进位端 C与十位计数器的

10、CP相连来实现十位的计 数，将十位的计数进位端 C与百位计数器CP相连实现百位的计数，将 S,S与振 筛器输出相连来控制计数器的工作时间， 保证当一分钟到时计数器停顿工作，然 后通过Rd将计数器制0,以便下次使用，连接如图345b所示。（三）译码和显示电路译码器的功能是计数器74LS160输出的计数结果为BCD码，转换成七段 字形码，以驱动数码管实现数字变成符号的显示。CC4511是常用的BCD码一一七段显示译码器，它的管脚图如下：7 -8_n snVo6C 4- L011 1115f14g¥1312cd9 :eAinDin： BCD码输入端 ag：七段译码输出LT:灯测试端BI :

11、熄灭测试端LE:锁定允许端它本身由译码器和输出缓冲器组成，具有锁存译码和驱动等功能，其输出量 达电流可达25mA,可直接驱动共阴极LED数码管。CC4511的逻辑电路方框图和引出端图分别第二章介绍过，这里不再累赘。计数器使用74LS160三个计数器级联，所以要用三个译码器来实现个，十，百位的 译码，将个位，计数器的四个输出端与个位的译码器输入端相连实现译码个位。 同理，也可以实现个位和百位的译码连接方法如图346.£a 4gBILTD图某位显示电路BI LT4511LE 地DCBA数码管限流电阻值需根据数码管电流的允许值进展计算，假设把电路中的某位显示电路单独画出来如图所示，限流电阻

12、RiF7可按下式进展计算：Ri R7=(Voh-Vd)/IS式中Voh为CC4511输出高电平VDD),VD为LED正向工作电压约为1.52V),ls 为数码管笔段电流约为510mA)(四) 时基信号产生电路时基电路应产生一个方波定时脉冲，用来控制计数器74LS16 0的计数允许端Si,S2以便使计数器在定时脉冲宽度所固定的时间进展时脉搏脉冲计数，固定 时间为一分钟，为了得到定时的脉冲信号计数器的门控信号，采用振筛。分频的方法，在参考电路中，选用了 CC4060组件来完成这些功能。CC4060是一个14位二进制串行计数器分频器，但是它部除了 14个T型 触发器组成14位计数器外，还包含一个振筛

13、器，只要在 CR,CF0,CPo端外接电阻和电容，就可以构成 Rc振筛器，有关电路已在第三章讨论过了。为了得到60秒脉宽的定时信号，Rc振筛器的输出脉冲需经214次分频得到，该单元电路如 图348所示，那么RC振筛器脉冲的频率fo约为：F0=214/ 60 X 2）=136Hz16VDD1914RCC4060CBCRCEVSSTilRCE 炉CR图3.4.860秒定时电路出输RCPo o O不变O1:IXA当CC4060接成RC振筛器时，其振筛频率为fo与RC之间有以下近似关系:Fo=1/2.2RrC阻Rt的值小于1KQ，电容CT应大于或等于100PF一般可全选定容器G容量，再 根据上式可估算

14、出电阻R的值。阻Rs是为了改善振筛器稳定性，减少由于器件的参数的差异，而引起振筛周期 的变化可大为减小。为了得到准确的振筛频率值，实际上 Ri和FS均采用电位器，以便调整。（五）心律监测电路图所示电路，不仅可以测出人的心脏每分钟跳动次数，还能够指示出心律 是否正常，心律不正常心律不齐是指脉搏中间出现停跳状态，即在连续的脉 搏电信号中出现脉搏失落的现象，通常可采用漏失脉冲检出电路来进展监测电路 如图349所示。图心律监测电路图漏夫脉冲检出电路的核心局部是由 555定时器所组成的单稳态触发器。此外，在 外接电容C的两端并入了一个三极管T.在没有参加触发脉冲前，电路处于稳态，输出端555定时器引脚3

15、为低 电平，Uo=O.当输入端555定时器引脚7的触发脉冲下降沿到达后，电路进入 暂稳态输出端为高电平，Uo=1而后电源电压Ucc通过电子R开场向电容C冲电， 当充电至Vc=23Vcc时，电路返回到稳态，输出端重新回到低电平，Uo=O,这个稳态一直维持到下一个触发脉冲的下降沿到达时为止。暂稳态持续时间只取决于 外接电阻R和电容c的大小，tio=1,1Fc,单稳态电路的工作波形如图：图3410单稳态电路的工作波形漏失脉冲检出电路的根本原理是使电路在没有漏失脉冲时，电容C充电值始终达不到Uc=2/3Vcc那么输出端将一直维持高电平，但是，当有漏失脉冲时，电容C充电时间加长，可使电容C充电值到达2/

16、3VCC于是电路由暂稳态返回稳态，输出 端变为低电平。在下一个触发脉冲下降沿到达时， 输出端又变为高电平，结果在 漏失脉冲状态下，输出端产生一负脉冲，它可作为有漏失脉冲的标志信号。 现结 合图349所示电路和工作波形图见图 进展说明。-.L1t2L3t4t5 IGL7ts -,1/ku厂k卜图3411漏失脉冲检出电路图假设单稳电路开场时Uo=1,本来电容C应通过电阻R被电源电压Vcc充电，但此 时Ui为低电平，晶体管T饱和导通，那么C端电压Uc将近似为0,只有在t， 时刻后，由于Ui为高电平，晶体管T截至，电容C才开场充电，Uc将近似线性 增加。当到达t2时刻，电容C充电电压尚未到达2/3Vc

17、c,而触发脉冲Ui的下降沿 出现了，在此后的t2t3期间。电容c很快放电，这样输出端电压 Uo仍保持原 来的高电平。在t3时刻c又充电，未冲到2/3Vcc时，Ui又产生下降沿t4时刻 c很快放电，可见有漏失脉冲时，输出端 Uo就会出现一个负脉冲，它就是检出漏失脉冲的标志信号。图349中的两个与非门组成Rs触发器，用来记忆漏失状态。当有漏失脉冲 时，Uo出现负脉冲，于是LED被点亮，以告测试者。为了能检出漏失脉冲，应适当调节单稳态触发器输出脉冲宽度tio=1.1Rc使其稍大于输入脉冲的周期。由于正常人的心脉速度为 60120次/min，其周期为10.5s，那么要求 1.1Rc0.51s。电容C的

18、取值围为几百皮法到几十微法，而电阻 R应该采用 电位器，以便于调整。五调试方法在试验箱面包板上插接或在 EP刷电路板上焊入各元件，经认真检查无误后即 可开场调试。（一）总体观察以低频可调频率脉冲发生器的输出信号当作脉搏传感器的输出信号，接通 电源开关S2,如显示器显示正规那么数字，说明电路根本工作正常，而后按下清 零按钮S,对计数器和定时器清零，那么显示的计数值应不断增加，进一步说明 电路的工作是正常的，否那么要进展逐级检查。（二）检查放大电路仍用脉冲信号发生器做输入信号源，用脉冲示波器观测放大电路和整形电路 输出端电压波形，正常情况下应有100倍以上的放大，整形电路输出的电压波形 应理想，否

19、那么可改动一下整形电路外接电阻值。如果电压放大倍数较小，可改换两个另外的非门，或者再加一，两级电压放 大器。（三）计数译码和显示电路的调试用低频脉冲信号发生器的输出信号做为计数器的输入，从LED数码管上读取数字，观察个，十，百位计数器是否都能完成逢十进一的功能。然后按下清零 钮R,使两个计数器均清零，重新开场计数，那么数码管应反映这一状态。（四）时基信号电路的调试定时电路CC4060的振筛频率应为136Hz。可用脉冲示波器观测 CC4060的 9脚振筛波形，并调节10脚和11脚所接电位器Rwi和RW2，使振筛频率为要求 值，然后用示波器观测CC4060的Qu输出波形，它应完成214=16384

20、次分频，即 其周期为1/136X16384 13秒。此时，再以低频脉冲发生器的输出做为计数器 74LS16 0的计数脉冲，按清零钮 R,使计数器和定时器同时清零，用秒表记下此 时的时间，随着计数脉冲的输入，数码管计数值不断增加，当计数值停顿增加而 稳定不动时，记下此时的时间。（五）漏失脉冲检出电路的调试用低频脉冲发生器输出的脉冲信号， 做为漏失脉冲检出电路的输入信号，调 节检出电路中的三极管，在输入信号频率为 12Hz时，发光二极管不亮。去掉脉冲信号源，用移位存放器产生一个串行序列信号 1101 加至晶 体三极管的基极，再用双踪脉冲示波器观察基极金和 555定时器引脚3的波形， 此时有输入漏失脉冲，同时发光二极管亮。六脉搏测试仪的使用方法可用9V叠层电池作为电源，也可以使用稳压电源。用松紧带将压电瓷片紧压手腕的脉搏处，而后接通电源开关9）,显示器将显示无规那么数字，这是接通瞬间电源的干扰脉冲构成的。 紧接着按下清零按钮Si）,那么数码管计数值将随着脉搏的跳动而逐渐增加， 直至计数值稳定不动时， 记下数值，即为每分钟的脉搏次数。在测试时发现二极管指示灯亮，那么说明被 测试者心律不齐，而后按下复位按钮3）,使发光二极管灭，在进展检测。七所用仪器设备和元件1.数字逻辑试验箱一.台2外用表一.台3.示波器一.台4.元器件