数显脉搏测试仪课程设计报告

电子电路课程设计报告

院、系：信息工程系

专业：电子信息工程

学号：

姓名：

同组人：

指导教师：

二0一一年一月七日

目录

一、课程设计实验目的 (3)

二、课程实验设计方案 (3)

三、设计要求及技术指标 (3)

四、课程设计实验器材 (3)

五、课程设计实验原理 (4)

（1）集成运放放大电路 (4)

（2）555定时器原理及应用介绍 (4)

（3）计数器 (6)

（4）译码器 (7)

（5）七段数码管 (9)

（6）压电陶瓷片 (10)

六、仿真调试与分析 (11)

七、元件安装与焊接 (11)

八、课程设计实验心得 (12)

电子电路课程设计报告

脉搏测试仪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（传感器输出电压一般为几个毫伏）。我们组选择本课题设计项目，主要是感觉做一个难度相对比较高的课题既能锻炼自己设计和动手的能力，而且成品又具有现实运用的价值，一举两得。

一、课程设计实验目的：

1．通过对电子技术的综合运用，使学到的理论知识相互融泄贯通，在认识上产生一个飞跃。

2．初步掌握一般电子电路设计的方法，使学生得到一些工程设计的初步训练，并为以后的毕业设计奠定良好基础。

3．培养同学自学能力，独立分析问题、解决问题的能力。对设计中遇到的问题，通过独立思考、查找工具书、参考文献、寻求正确答案；对实验中碰到的一些问题，能通过观察、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本方法去解决。

4．通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是的科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。

为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。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电路

二、课程实验设计方案：

把转换的为电信号的脉搏信号，在单位时间内进行记数，并用数字显示其记数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。

三、设计要求及技术指标

它的基本功能是：用传感器将脉搏的跳动转换为电信号，并加以放大，整形和滤波。在短时间内（15s)测出每分钟的脉搏数。它的作用可以再15S内测量1min 的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏为60-80次每分钟，婴儿为90-100次每分钟，老人为100-150次每分钟。

要求：

1、实现在30~60内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min，小孩为90~100次/min,老人为100~150次/min.。

2、用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。

3、测试误差不小于2次/min。

四、课程设计实验器材：

电阻（共22个）：357 ohm 14个100 ohm 1个

100 kohm 1个 6.2 Mohm 1个

1 kohm 3个8.

2 Mohm 1个

10 Mohm 1个

电容： 6.8 uF 1个 1 uF 1个

按键开关：2个

集成运放：LM324AJ 1个

图0 同相比例放大电路 施密特触发器：7414N 1个

定时器： LM555 1个

计数器：74160 2个

译码器：4511BD 2个

共阴极七段数码管： 2个

与门： 7408N/74LS08 1个

发光二极管：红色，蓝色各一个

压电陶瓷片： 1个

电源盒：（4节5号电池） 1个

附带：导线若干，烙铁，焊锡，尖头钳

五、课程设计实验原理：

（1）集成运放放大电路：

从已学过的电路知识可知，单级放大电路的基本要求是：放大倍数要足够大，通频带

要足够宽，波形失真要足够小，电路温度稳定性要好，所以设计电路时，主要以上述指标为

依据。

同相比例放大器是一个电压串联负反馈放大电路，它具有高输入电阻，输出电压与输入

电压同相等特点。是应用较广泛的基本电路组态之一，如图0所示。

1) 集成运放的选择。在设计同相比例放大器时，对集成运

放

的选择原则除考虑反相比例放大器设计中提出的各项要求外，

还应特别注意此时存在共横输入信号的问题，除要求集成运放

的共模输入电压范围必须大于实际的共模输入信号幅值外，还

要求有很高的共模抑制比。

2） 反馈网络元件的参数计算。

最佳反馈电阻R foP 为R foP =

i o Uf R R A 2 R 1为R 1=

foP Uf R A -1

（2）555定时器原理及应用介绍：

555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极

性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有

对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工

作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA ，因而其输出可与 TTL 、

CMOS 或者模拟电路电平兼容。

555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现

多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为

定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时

器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包

括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功

率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3

图1 555定时器内部方框图

<555定时器内部结构图>

555电路的工作原理

555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关T，比较器的参考电压由三只5KΩ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。

A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。Rd非是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCC。Vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路。

555定时器应用

555定时器单稳态触发器

图2 555构成单稳态触发器

上图2为由555定时器和外接定时元件R、C构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc 按指数规律增长。当Vc充电到时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图见图3。

图3 单稳态触发器波形图

暂稳态的持续时间Tw（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小。Tw=1.1RC 通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。

（3）计数器：本实验我们用到的是74160

·用于快速计数的内部超前进位

·用于n 位级联的进位输出

·同步可编程序

·有置数控制线

·二极管箝位输入

·直接清零

·同步计数

本电路是由4 个主从触发器和用作除2计数器及计数周期长度为除5的3位2进制计数器所用的附加选通所组成。有选通的零复位和置9输入。为了利用本计数器的最大计数长度（十进制），可将B输入同QA 输出连接，输入计数脉冲可加到输入A上，此时输出就如相应的功能表上所要求的那样。LS90可以获得对称的十分频计数，办法是将QD 输出接到A输入端，并把输入计数脉冲加

到B输入端，在QA输出端处产生对称的十分频方波。

74160引脚图

（4）译码器：本实验我们用到的是4511BD

BCD七段显示器译码器/译码器CD4511引脚图及真值表

IC CD4511 是一组用来作为BCD 对共阴极LED 七段显示器译码的包装。其引脚图，图1与真值表图2所示，其各脚功能如下：

LT：做灯泡测试用，当LT=0，则不论其它输入状态为何，其输出abcdefg=1111111，使七段显示器全亮，即显示8，以便观测七段显示器是否正常。当LT=1，则正常*。

BI：空白输入控制，当BI=0 (LT 为1 时) 则不论DCBA 之输入为何，其输出abcdefg皆为0，即七段显示器完全不亮，此脚可供使用者控制仅对有效数据译码，避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。

LE：数据栓锁致能控制；在CD4511 中，不但具译码功能，更具有数据栓锁的记忆功能。当LE=0 时(LT=1 且BI=1)，DCBA 数据会被送入IC 的缓存器中保存，以供译码器码；当LE=1 时，则IC 中的暂存器会关闭，仅保存原来在LE=0 时的DCBA数据供译码器译码。换句话说当LE=1 时，不论DCBA 的输入数据为何，皆不影响其输出，其输出abcdefg 仍保留原来在LE 由0 转为1 以前的资料。

（图一）

（图二）

（5）七段显示器简单介绍十进制加减计数器/锁存/七段

简要说明：

为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。

计数器有2个计数时钟输入端CPU和CPD分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。计数器的进位输出CO 和借位输出BO一般为高电平，当计数器从0～9时，BO输出负脉冲；从9～0时CO输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO和BO分别接至下级计数器的CPU和CPD端，就可组成多位计数器。

引出端符号：

BO 借位输出端CO 进位输出端

CPD 减计数器时钟输入端CPU 加计数器时钟输入端

CR 清除端/CT 计数允许端

/LE 锁存器预置端VDD正电源

Vss 地Ya~6g 锁存译码输出端

推荐工作条件：

电源电压范围…………3V～18V

输入电压范围…………0V～VDD

极限值：

电源电压…...－0.5V～18V 输入电压……－0.5V~VDD+0.5V

输入电流…………….±10mA储存稳定…………－6

（6）压电陶瓷片的原理及应用

当电压作用于压电陶瓷时，就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面，当振动压电陶瓷时，则会产生一个电荷。利用这一原理，当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器，所谓叫双压电晶片元件，施加一个电信号时，就会因弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件施加超声振动时，就会产生一个电信号。基于以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。

压电陶瓷片是一种电子发音元件，在两片铜制圆形电极中间放入压电陶瓷介质材料，当在两片电极上面接通交流音频信号时，压电片会根据信号的大小频率发生震动而产生相应的声音来。压电陶瓷片由于结构简单造价低廉，被广泛的应用于电子电器方面如：玩具，发音电子表，电子仪器，电子钟表，定时器等方面。超声波电机就是利用相关的性质制成的。

（图一）压电陶瓷片的机械形变与输出电压的关系

（图二）压电陶瓷工作的温度与输出电流的关系

总设计电路图如下：

六、仿真调试与分析：

1、把压电陶器片放到脉搏上，借以检测硬件是否有连线错误，是否有断路和虚焊。结果发现有两个数码管不能显示。断开电源，仔细检查线路，发现那两个数码管的位选端有断线现象。用电烙铁将其焊接好，通电再次检查，显示一切正常，显示电路检查完毕。

2、进行总体调试：将程序烧写到单片机内，通电试机，发现时间走时很慢，大约8秒钟秒单元才加一。断定是1秒定时程序出错。经检查修改程序后，重新测试，再次通电试机，1秒计时正常工作。接下来检查调时功能，分别按下各功能键，观看数码管的显示结果，当在调整时钟的分单元时，发现当减到59时就又变成调整小时单元了。再次检查程序，在调时程序里有跳转错误的地方，更正后再次测试，通电检查调时功能，所有调时功能都实现了。最后就是测试。

七、元件安装与焊接：

1）、实物连接制作过程：

1. 根据我们的程序画出电路图，查找有关资料看我们所需元件是类型及作用原理；

2. 根据我们的电路图向老师提交到我们所需的元件；

3. 根据元件的封装来画电路图的PCB图；

4. 根据所做的PCB图确定电路板的大小，把PCB图压制到镀铜板上；热转印好后放到腐蚀液里进行腐蚀；

5.把腐蚀好的板洗干净进行钻孔，完成后把元件依次安装到板上；

2）、焊接：

准备施焊；加热焊件；送入焊丝；焊接元件。在焊接过程中要注意假焊，虚焊，焊接不规则等等问题，尽量避免不必要的错误。器件安装焊接完后，就要焊接电线，一定要保证连接端口的正确连接，管脚的位置及所代表的含义不能搞错，这样才能避免电路板出现问题。

3）、进行实物调试。关键看定时器是不是定时延时和数码管显示变化。

八、课程设计实验心得：

这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。课程设计和平时作业题是有区别的，作业题是为了加深对课堂所讲知识的理解，它内容较窄、训练第一，且是经过抽象加工后给出的理想化的条件，因而有唯一答案，而课程设计是实际的电路装置，它涉及的知识面广，需要综合运用所学的知识，它一般没有固定的答案、需要从实际出发、通过调查研究，查寻资料、方案比较及设计、计算等环节，才能得到一个较理想的设计方案，更重要的是，它不光是停留在理论设计和书面答案上，而要做出符合设计要求的实际电路。所以说，课程设计是一门知识的应用、综合、智力开发创新、工程技能训练、理论性和实际性极强的课程。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，开始的时候我们就是做其他的，但是在画电路图的时候，我们还是换了一个就是现在的这个。我在做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。查阅了很多有关的资料，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

总体来说，本次试验使我们受益匪浅，在摸索该如何设计电路是之实现所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力，我们都觉得以后更要加强这方面的设计，提高自己的能力。通过设计我们知到书本上的知识有了用武之地，这巩固了和深化了自己的知识结构。这次实习恰恰给了我们提供了一个应用所学知识的机会。

从到图书馆馆查资料到对电路的设计和定位再到最后的成型，都对我们所学的知识进行了检验，设计成功电路图我们欣喜若狂，仿真成功我们感慨万千，最后成品问世我们激动不已。

通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习

中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里3年的相处还赶不上这十来天的合作，虽然分组了，但我感觉我和同学们之间的距离更加近了。

我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，我们都学着解决，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，更加印证了这次设计实验的重要性。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。在此，感谢各位指导老师的细心指导。同时感谢我的队友，是她一次一次的鼓励才使我有毅力和信心完成我们的任务，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！