电子脉搏计报告

1、 课 程 实 习 报 告 课程名称： 电子设计制作与工艺实习 课题名称： 电子脉搏计 专业班级： 自动化12级102班 学生姓名： 肖 杰 指导教师： 杨 智 完成时间： 2012年6月 报告成绩： 评阅意见： 评阅教师 日期 目 录电子脉搏计电路设计摘要电子脉搏计是用来测量人体心脏跳动频率的有效工具，而脉搏的测量是一种评价人生理状况的好方法，在现在医学领域被广泛使用，脉搏计是最常用的医疗检查设备之一，实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。本设计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。它是用来测量频率较低的小信号,本课题即针

2、对这一需求，设计一台简易的脉搏检测仪。本课题应用脉搏传感器，利用 由于心脏跳动而引起的变化，经过信号放大、调理、整形输出同步于脉搏跳动的脉冲信号，从而计算出脉率体循环系统重要的信号，电子脉搏计波采集操作简便性能稳定具有无创伤和适应性强等诸多优点因而受到国内外医学界的普遍重视。关键字：脉搏计，传感器，脉冲信号AbstractElectronic pulse meter is an effective tool used to measure the frequency of the human heart beat, and pulse measurement is a good way to

3、evaluate a persons physical condition, is now widely used in the medical field, the pulse count is one of the most common medical examination equipment, Real-time accurate pulse measurements in everyday life, patient monitoring, clinical treatment and other aspects of sports has been widely used. Th

4、is design is used to measure a persons heart beats electronic equipment, is also a major component of the ECG. It is used to measure low-frequency small-signal, that is, for the needs of this project, the design of a simple pulse detector. The subject application pulse sensor, use changes due to hea

5、rt beat caused through signal amplification, conditioning, shaping output synchronized to the pulse beat of the pulse signal to calculate the pulse rate circulation system important signal, electronic pulse meter wave acquisition easy operation performance stability and adaptability with a non-invas

6、ive, and many other advantages thus received wide attention at home and abroad of the medical profession.Keywords: pulse meter, sensors, pulse sign目 录摘要1Abstract1一、设计任务与要求1二、目的1三、所用仪器设备1四、方案设计与论证11设计构思22、电路工作原理说明23.实验方案24、单元电路设计及参数计算3五、 整体电路设计和元件清单8（1）电子脉搏计系统整体电路图8（2）系统整体电路图截图9（3）元件清单10六、仿真调试与分析10七、

7、总结12参考文献13致谢14一、设计任务与要求 为更好的运用电子技术基本知识进行理论设计、达到实践创新能力。通过实践制作一个电子脉搏计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。 简述了在集成电路平台上利用中小规模集成电路器件，设计了一种数显式脉搏测试仪。通过测试和实际应用表明：其性能稳定、工作可靠、方便。实现了对人体脉搏的电子测量，并且能数字显示脉搏次数。本文给出了系统的功能特点，设计原理，集成电路设计等。该系统利用脉冲干扰动平均值法滤波，在提高精度的同时也大大提高了系统的响应速度，该仪器成本低，可靠性高，操作方便。电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器

8、，也是心电图的主要组成部分。它是用来测量频率较低的小信号。要求：(1)实现在1min 内测量脉搏数；(2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示；(3)测量误差小于4 次/min。二、目的运用模拟电子技术与数字逻辑设计的知识，通过中小规模集成电路及逻辑器件，设计一个用来测量人的心脏跳动次数的电子脉搏计系统。三、所用仪器设备计算机一台Multisim开发工具软件四、方案设计与论证方案一1设计构思2、电路工作原理说明 接上电源，电路各部分开始工作。首先是信号发生器发生的信号，经过四倍频电路，频率变成了原来的四倍；倍频器的主要作用就是为了计数器能在15s内计算出1min钟的脉冲数。脉冲数进入七段数码

9、管计数器，计数开始。来一个脉冲计数器就加一。15s后，定时器输出端电平翻转，计数器停止工作。显示出脉搏跳动的次数。正常人的脉搏次数是每分钟6080次（婴儿为90140次,老年人则为100150次), 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。可见，脉搏计的主要组成部分是计数器和

10、数字显示器。3.实验方案（1）传感器 将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。（2）放大整形电路 把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。（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）控制电路 用555定时器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。（5）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。（6）电源电路 按电路要求提供符合要求的直流电源。上述测量过程中、由于对脉冲进行了4倍频，计数时间也相应的缩短了了4倍（15秒），而数码管显示的数字

11、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。方案二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，这种测量方法误差小，可达1次/min。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示等部分与方案一完全相同。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，测量精度较高。根据设计要求，精度为4次/min，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。4、单元电路设计及参数计算a.信号发生与采集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中重要的组成部分，其

12、性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结果的显示。 压电式传感器的工作原理是以某种物质的压电效应为基础。这些物质在沿一定方向受到压力的或拉力的作用而发生变形时，其表面会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。而具有这种压电效应的物体称为压电材料或压电元件。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。 本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a所示图a：函数信号发生器b.放大与整形本次实验采用比较简单、廉价的运放电路。由一个运放器和两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。在放大部分电路中输入信号虽然已经被

13、放大，电压也足以满足后续电路驱动之用，但是其波形仍为正弦波，为模拟量，必须将模拟量转换成数字脉冲之后供数字部分电路使用.由于整形电路比较复杂，要想较好的对脉搏信号的不规则性进行比较规则的整形是有一定的难道，所以就用一个简单点的与非门进行简单的整形。如图b所示为与非门整形电路。 图b 与非门整形电路c.倍频电路由于设计中要求在15s内测量1min内的脉搏数，所以要对脉搏进行调频。 而在整形电路中，整形后的信号与原信号的频率是相同的，如果要测其每分钟脉冲数，则至少应测量一分钟才可以实现，为了缩短测量时间，必须将整形后的信号的频率加倍，这样就可以满足在短时间内完成测量任务的要求。显然，若将原信号频率

14、变为原来的N倍，则测量时间就可以缩短为原来的1/N。 因此，60/15=4需要四倍频电路。 所以这里采用了能满足设计要求的异或门组成的4倍频电路。U1A和U1B构成二倍频电路，U1C和U1D亦构成二倍频电路；两个二倍频串联组成四倍频电路。利用第一个异或门的延迟时间对第二个异或门产生作用，当输入由“0”变成“1”或由“1”变成“0”时，都会产生脉冲输出。其中电容C是为了延时，经过测试，当C1=33uf，C2=3.8uf，R1=10k，R2=10k的时候能达到四倍频的要求。 如图b所示为四倍频电路。图b四倍频电路d、时钟信号产生电路时钟信号在电子脉搏计中的作用是产生一个基准时钟，并控制脉搏计数器的

15、工作，作为参考时钟。 555定时器是为了试验在15s内完成任务，使单稳态的时间长度为15s。所以定时时间为15s。本试验采用555单稳态定时电路。工作原理大概如下：开关打上，RST、Vcc都为高电平，由于有电容c3的存在、THR和THI为低电平。此时输出为低电平，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。本次试验 C=4.6uF R=3M。如图d所示为555时钟信号产生电路原理图，表一为555定时器功能表。输 入输 出高电平触发端(U1)低电平触发端(U2)复位(Rd)输出(U0)放电

16、管VT的状态00导通11截止10导通1不变不变图3 555时钟信号产生电路原理图 表1 555定时器功能表e.计数译码显示电路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。对于计数器，本设计中采用简单的十进制计数器74160N。对于译码器，由于脉搏测试器中需要上百位的数字。因此，将三片74160N直接按并行进位方式连接即的千进制计数器。三块芯片的ENP LOAD CLR都为高电平以保证电路的工作。其中第二第三块芯片ENT为高电平，第一块芯片ENT受555定时器的控制。当555定时器输出为低电平时，74160N输入端接收到的是高电平，开始计数；输出为高电平时，74160N接收

17、到的是低电平，停止计数（计数结束）。此时显示的就是15s内的脉冲数了。 七段数码管与74160N的连接方式如下：图4 DCD-HEX(七段数码管)与74160N连接图CLKRdLDEP ET工作状态X0XX X置零10X X预置数X110 1保持X11X 0保持111 1计数表2 74LS160 功能表五、 整体电路设计和元件清单（1）电子脉搏计系统整体电路图图5 电子脉搏计系统整体电路图（2）系统整体电路图截图图6 系统整体电路图截图（3）元件清单元件名称类型及参数备注集成块COMPARATOR_VIRTUAL两块集成块4070BD与或门四块集成块74160十进制计数器，三块集成块IN555

18、555定时器电阻3M/3M/100k/10k/10k/10k/10k/9.1k/1k各一个电容33uf/6.8uf/4.6uf/0.01uf各一个集成块DCD-HEX(七段数码管)3块函数发生器函数发生器（模拟脉搏）一个（400mV 1HZ）电源Vcc直流6V表3 元件清单六、仿真调试与分析信号从时钟(模拟脉搏放大信号)发出，对计数器以及七段数码管进行仿真运行，解码后就到达七段数码管进行显示。（1） 整体仿真结 其中：29为倍频输出信号；28输出信号，该信号接计数电路；31为555产生时钟脉冲信号。 图7 整体仿真波形（2） 模拟脉搏信号从函数发生器发出，经过运放电路，放大10倍后，进入一个电

19、容、3个与或门的延时分频。 打上定时器的开关后，定时的过程实际上是电容不断充电的过程。电容上的电压从0到2/3Vcc这段时间就要定时的时间（15s）。开始，555定时器out端口为低电平，经过外部的非门之后，变成高电平，74160N C开始工作此后，电源经外部电阻不断向向 C 充电。当 C 上电压升到2/3VDD 时，THR、TRI两端为1/3Vcc，输出 V 0 翻转，变为1；1经过非门变成0，74160N停止工作。故74160N工作的时间为：T=1.1RC=15(s).经过软件仿真和硬件搭建，均可实现上属功能。七、总结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养

20、了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在本次的课程设计中，我的课题是电子脉搏计，电子脉搏计主要是通过信号的发生通过放大整形电路，在通过四倍频器与555定时器解码显示，从而测试脉搏的跳动次数。首先电子脉搏计需要进行信后的采集，主要是通过压电式传感器来采集信号，把采集到的信号用一个与非门整形电路进行放大与整形，再通过倍频电路对脉搏进行调频，通过调频可以缩短测量时间，通过测试，把元部件的参数设置出来，就可以达到调频的要求。时钟信号在电子脉搏计中的作用是产生一个基准时钟，并控制脉搏计数器的工作，作为参考时钟，本设计采用单稳态定时电路。计数译码显示电路主要是完成对方波脉冲计数，将

21、计数结果译码显示出来的功能。基本模块有了基本的概念之后，就要绘制电路图与仿真了，绘制电路图过程中许多细节需要注意，可能一根线没连好就有可能导致你电路图不成功和仿真无法完成。通过仿真，我们可以发现，在模拟脉搏输入信号端输入一个模拟信号，就可以得到相应的数据。在本设计中，电路的设计以及电路仿真后的结果已经基本满足计数技术指标。但是还存在许多的缺点和不足，由于考虑成本问题，放大与整形的效果不能达到很佳等其它问题，还需选取其它器件以便更好的组成电路得到更好的效果。参考文献1林涛主编.数字电子技术基础.北京:清华大学出版社,20062林涛主编.模拟电子技术基础.重庆：重庆大学出版社,20033谢自美主编

22、.电子线路设计实验测试.武汉：华中科技大学出版社,20064康华光主编.电子技术基础.北京：高等教育出版社,20065阎石主编.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社,19996刘福太主编.电子电路511例.北京：科学出版社,20077陈有卿主编.555时基集成电路原理及应用.北京：机械工业出版社,20068周良权主编.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社,20059许莉娅主编.数字电路与逻辑设计.北京：北京理工大学出版社,200610廖先芸主编.电子技术实践与训练.北京：高等教育出版社,200511沈尚贤主编.电子技术导论.北京：高等教育出版社,198512彭容修主编.数字电子技术基础.武汉：华中理工大学出版社,200013陈明义主编.电子技术课程设计实用课程.长沙：中南大学出版社,199214吴新开主编.电子测试、仿真与制作技术.长沙：中南大学出版社,200215邓元庆主编.数字电路与系统设计.西安：西