脉搏计课程设计报告
报告成绩
电子电路综合实验报告
学生：贺杰
学号：1410404006
专业年级：2014级通信工程4班
指导教师：周妮讲师
起止日期：2016年3月—2016年6月
电气与信息工程学院
2016年6月3日
目录
1目的与意义 (1)
3 方案设计 (1)
4 系统硬件设计 (3)
5仿真调试与分析 (10)
6结论与体会 (10)
参考文献 (10)
附录 (11)
附录A 系统实物图 (11)
摘要：电于脉搏计可以连续台动地测量手术或重危病人的脉搏，也可以用于健康管理，运动员的训练等方面，为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，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。电子脉搏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。
1目的与意义
一、目的：
1、掌握组合逻辑电路的工作原理及设计方法。
2、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的电子电路小系统。
二、意义
对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的脉搏进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的电子脉搏计。
1、制作要求
实现在15S测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min 婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。（只考虑数字部分，即输入波形视为矩形波）
2、制作步骤
（1）拟定测试方案和设计步骤，填写真值表；
（2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图；
（3）进行相应的仿真测试；
（4）设计、调试和安装电路并测试；
（5）撰写设计报告。
2 方案设计
电子脉搏计是由脉搏计数器和控制时间的定时电路所组成，并且还要在15S测量出1min的脉搏数。所以，我们先按要求，分开设计各个功能的电路图，然后再组合连接成一个完整的按要求的电子脉搏计。
方案一：
图3－1 方案一整体框图
正常人脉搏数为60~80次/min，婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。为了精准电路，我取计数器的计数围为0-299。让信号发生器模拟人体脉搏的产生。以每个上升沿代表一次脉搏。让计数器记录上升沿的个数，再左移两位，表示所记数字乘以四。这样我们就可以15秒钟测量一分钟的个数。但是这种方案由六位二进制码转换BCD 码电路复杂，故障率高，延时较长，且计数不能连续，所以舍弃这种方案。
方案二：
图3－２方案二整体框图
在计数器与脉搏产生器之间串联一个四倍频电路。这样我们在15秒采集的脉冲个数就可以等效为一分钟的个数，另外再加一个计时控制电路，当计时为15秒时，让计数器停止计数，此时读出的数据就是一分钟的脉搏数。如需重新记数，只要清零即可。此种
方法能够连续计数，且计数电路结构简单。故选用第二种方案。
方案二，框图介绍：
以下几个模块是构成电子脉搏计的主要功能模块，为使人们更了解该方案的原理，现将各个模块介绍如下。
1.脉搏模拟电路主要是产生一定频率的脉冲信号，来模拟人体的脉搏经过传感器和波形整形后的输出信号。该信号直接送给脉搏四倍频电路。
2.四倍频电路的作用是将脉搏模拟信号的频率增加四倍，即让计数器记录的数据为实际值的四倍。让我们在15s就可以读出1分钟的脉搏数。
3.时钟产生电路由555构成，主要是为整个电路提供一个基准时钟，让被测者能够对比时间与脉冲个数，来判断脉搏的快慢。
4.计时电路接收时钟信号并计时，当计时到15s的时候，给JK触发器一个有效脉冲，让JK触发器通过与门控制脉搏信号与计数电路的通与断。
5.清零信号主要是为下一次计数做准备。当需要再一次测量时，只需按下清零信号键，使数据归零。就可以重新计数。
6.电源主要是为各个模块提供电能，使其正常工作，本设计采用5V直流供电，电源直接从数电实验箱上获得。
3 系统硬件设计
电路原理总述：
电路原理如图２－2所示，因为拾取脉搏需要传感器，信号放大器，波形整形电路，为了方便起见，我以频率可调的矩形波模拟脉搏。经过四倍频，产生需要计数的脉冲。另一路，由NE555产生周期为1秒的矩形波，并输给计时电路，做为时间基准，控制脉搏脉冲的通与断。再由脉搏计数器对脉搏进行计数。通过数码管显示出来。如需重新测量，只需让各电路清零即可。此外，各个模块用同一个电源供电。
１．四倍频电路：
原理图如图3－1所示，其工作原理为：当a点为低电平稳定时，b点为0。a=b,c=0。当a由低变高时，第一个异或输出为高。给电容充电，b点电压逐渐升高，当电压达到异或门的阈值电压2V时，c点为低。高电平时间由R1，C1的值共同确定。当a点由高到低时，b点电压不变，且电容开始放电，此时，a=!b, c点电位为高，直到电容放电致电压小于2V，c点跳变为低。整个过程组成一个二倍频电路，两个二倍频电路构成一个四倍频电路。输入与输出波形如图3－2所示。输入脉搏信号用250HZ的矩形波，T=4ms。前级二倍频电路的高电平应为2ms。
经计算得：TW=0.7RC=0.7×6K×0.47uF=1.974ms。
为使上升沿分布均匀，二级倍频电路的高电平应小于1/2TW。且如果电容过大，则波形可能出现丢步现象。故我们只需要分布均匀的上升沿即可。所以：
TW2=0.7RC=0.7×0.23K×0.47uF=0.075ms
四
4-1 四倍频电路
4
图
图
4-2 四倍频电路输出输入波形比较
２、脉搏计数电路
脉搏计数电路主要用到两个十进制计数器74LS160，该元件功能为： ENT、ENP为芯片的使能端，当ENT、ENP接高电平时芯片处于工作状态，接低电平时处于休眠状态。我们将这两端接高电平，使它一直工作。CLR为清零端，CLR=0，QA～QD输出为0，CLR=1，芯片正常工作。LOAD为同步置数端，低电平有效，当LOAD为低，且有下降沿来时，A、B、C、D四个数就并行置入，从QA、QB、QC、QD输出。RCO为进位端。即由9变为0时，该端出现一个高电平。
在两个芯片级联时，分同步级联与异步级联。
同步级联的方法不仅电路简单，而且功耗较低，因为十位数据显示端只在进位信号来时工作，其余时间不工作，而异步级联十位数据显示端一直工作，经电流表测量，同步电流为0.888uA,异步级联电流为0.972uA,故我采用同步级联的方法。
将个位数据计数器的进位端与十位数据的使能端联接起来，把两个芯片的LOAD与CLR都接高电平，两个CLK端连起来接模拟的脉搏信号输出端XFG1。这样就组成一个100进制的计数器。XFG1每来一个上升沿，数码管显示的数字就会加1，这样就可以实现计算脉搏数量这一功能。
其电路联接如图4-3所示：
图4-3脉搏计数电路
３、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工作，作为参考时钟。时钟电路的原理图如图4-4所示：
图4-4 555时钟信号产生电路原理图
该电路是用LM555CN做的一个多谐振荡器。为了得到占空比为50%的矩形波，在R2上并联一个二极管，当电容充电时，充电回路是VCC-R1-D1-C2-GND，电容放电时，放电回路是C2-R2-DIS-GND。振荡周期由R1，R2，C2共同决定。其输出波形如图4-5所示。
产生波形的周期：
（理想状态下）T=0.7（R1+R2） =0.7×（6.8+6.8）×0.1 =1.008ms
F=1/T=1KHZ