电子脉搏计课程设计Word下载.docx
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1、集成同步计数器及其应用
张重彬
集成同步计数器74LS160(异步清零)、74LS162(同步清零)为十进制计数器,74LS161(异步清零)、74LS163(同步清零)为四位二进制计数器,它们都是边沿触发的同步加法计数器。
CLR为清零端,LOAD为置数端,一般均以低电平为有效电平。
若需要构成其他进制计数器,只需把计数输出加上适当门电路反馈到异步清零端CLR或同步置数LOAD即可。
例、试利用十进制计数器74160构成六进制计数器。
(1)原理
74160N为异步清零、同步预置数的同步十进制计数器。
74160N元件如图所示,CLR为异步清零端;
LOAD为同步置数端;
ENP、ENT为计数控制端,且高电平为有效电平;
D、C、B、A为预置数据输入端;
QD、QC、QB、QA为输出端,RCO为进位端。
(2)创建电路
在元(器)件库中选中74160N,再利用同步置数的LOAD构成六进制计数器,故取清零端CLR、计数控制端ENP、ENT接高电平1(VCC)。
取方波信号作为时钟计数输入。
双击信号发生器图标,设置电压V1为5V,频率为50Hz。
送数端LOAD同步作用,设并行数据输入DCBA=0000,LOAD取QB、QC的及非,当QDQCQBQA=0110时,LOAD=0,等待下一个时钟脉冲上升沿到来,将并行数据DCBA=0000置入计数器。
在元(器)件库中单击显示器件选中带译码的七段LED数码管U1(DCD-HEX),连接电路如图所示。
(3)观测输出
启动仿真开关,数码管循环显示0,1,2,3,4,5,6。
仿真输出也可以用逻辑分析仪观察。
双击信号发生器图标,频率改为1kHz。
将74160N时钟输入CLK、输出QAQBQCQD及RCO进位从上到下依次接逻辑分析仪,双击逻辑分析仪图标,电路输出波形如图所示。
显然输出QDQCQBQA按0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110循环,且QDQCQBQA=0110时,RCO无进位输出.
图2.1.1仿真电路
图2.1.2仿真电路
图2.1.3逻辑分析仪的输出波形
2、BCD-七段共阴数码管
史志华
实验目的:
了解74160十进制计数器的功能和特性
了解八输入共阴七段数码管和四输入七段共阴数码管的区别
学会BCD-七段显示译码器7448和八输入七段共阴显示器的联合应用,掌握7448的引脚功能
模拟实验仪器:
multisim仿真软件、74160N(十进制计数器)、7448N(BCD-七段显示译码器)、RPACK_VARIABLE_1*7,SEVEN_SEG_COM_K(八输入的七段共阴显示器),CDC_HEX(四输入显示器)。
实验原理:
图2.2.1十进制计数器74160的逻辑图
CLK
R’d
LD’
EP
EN
工作状态
*
*’
异步置零
1
同步置数
保持
保持(C=0)
计数
表2.2.1十进制计数器74160的功能表
当R’d=1、LD’=0时,电路工作在同步预置数状态。
这时G16~G19的输出始终是1,所以FF0~FF3输入端J、K的状态由D0~D3状态决定。
例如D0=1,则J0=1,K0=0,CLK上升沿到达后FF0被置一。
当R’d=LD’=1而EP=0、ET=1时,由于G16~G19的输出均为0,FF0~FF3输入端J=K=0,所以时钟信号到达时他们保持原来的状态不变。
C的状态也得到保持。
如果ET=0,则EP无论为何状态,计数器的状态也将保持不变,但C=0.
当R’d=LD’=EP=ET=1时,电路工作在计数状态,从电路的0000状态开始输入10个计数脉冲时,电路将从1001状态返回0000状态,C从高电平跳变至低电平。
输入
输出
数字
A3A2A1A0
YaYbYcYdYeYfYg
0000
0001
2
0010
3
0011
4
0100
5
0101
6
0110
7
0111
8
1000
9
1001
表2.2.2BCD-七段显示译码器电路真值表
灯测试输入端LT’:
当LT’=0的信号输入时,G4、G5、G6、G7的输出同时为高电平,使A10=A11=A12=0。
只要令LT’=0,便可使被驱动的数码管的七段同时点亮,以检查该数码管各段是否正常。
平时接高电平1.
灭零输入RBI’:
设置灭零输入信号的目的是为了把不需要显示的0熄灭
灭灯输入/灭零输出BI’/RBO’:
作为输入端时称为灭灯输入控制端,只要BI’=0,各段同时熄灭。
作为输出端时称为灭零输出端RBO’=(A’3A’2A’1A’0*RBI*LT’)’,只有A3=A2=A1=A00,且 RBI’=0时,RBO’=0。
multisim仿真如图1.2.2
图中为了突出七段共阴显示器及四输入显示器的区别,将其连接在一个图中,可以明显看到四输入的数码显示器不需要译码电路,而且在仿真中要求比较低,八输入的共阴数码管显示器不仅仅需要译码电路,而且对电流的大小有要求,主要是最大电流,只有几毫安左右。
图2.2.2仿真电路
3、74LS161计数器的应用
杨威力
74LS161是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器,他可以灵活的运用在各种数字电路,以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能:
管脚图介绍:
时钟CP和四个数据输入端P0~P3
清零/MR
使能CEP,CET
置数PE<
74ls161引脚图>
数据输出端Q0~Q3
以及进位输出TC.(TC=Q0·
Q1·
Q2·
Q3·
CET)
输入
输出
CR
CP
LD
ET
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
0
Ф
1
↑
d
c
b
a
状态码加1
表2.3.174LS161功能表
从74LS161功能表功能表中可以知道,当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”,这个时候为异步复位功能。
当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后,74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别及并行数据输入端D3,D2,D1,D0的状态一样,为同步置数功能。
而只有当CR=LD=EP=ET=“1”、CP脉冲上升沿作用后,计数器加1。
74LS161还有一个进位输出端CO,其逻辑关系是CO=Q0·
CET。
合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器。
例、分析图图1.3.1给出的电路,说明这是多少进制的计数器,两片之间是多少进制。
74ls161的功能表见表1.3.1。
图2.3.1
图2.3.2仿真电路
这是采用整体置数法接成的计数器,再出现LD’=0信号以前,两片74ls161均按十六进制技术。
即第一片到第二片为十六进制。
当第二片记为5时第一片记为2时产生LD’=0信号,待下CLK信号到达后两片74ls161同时被置零,总进制为5*16+2+1=83故为八十三进制计数器。
4、五进制的自循环
冀鹏辉
电路组成74160及非门脉冲信号源5V电源液晶显示屏
电路原理74160是一个十进制器件,要想实现五进制的自循环,首先要明白10进制的工作原理。
十进制是将A.B.C.D四个输入端首先接0低电平,EP,ET接5V高电平,QAQBQCQD接显示屏,当脉冲信号到来时,显示屏上将显示从0~9的数循环。
现在我们来实现七进制计数器,假如我们要实现从5~0的循环,我们只需将ABCD输入端接为二进制的五即可,当到达最大数时要实现从最小的数开始循环,所以我们在输出为最大时的二进制数接LD灭零输入,所以就实现了五进制的自循环。
电路图如下所示
图2.4.1仿真电路
问题;
:
当脉冲信号到来时,我们发现显示屏上的数字是从0~9开始运行的,但第二次循环甚至以后每次的循环都是从0到5进行的,这是怎么回事呢?
解答:
:
第一次从0到9,后来又都变成0到5循环是因为当脉冲信号到来时,由无关态进入到有效态,这实际是一个过渡的过程状态图如下
0000→0001→0010
↑↓
0101→0011→0100
图2.4.2状态转化图
5、集成同步计数器及其应用
刘世洋
例、试用两片同步十进制计数器74160接成二十九进制计数器。
(1)原理
采用整体置零的接法,首先将两片74160以并行进位方式连成一个百进制计算器。
当计数器从全0状态开始计数,计入29个脉冲时,经门G译码产生低电平信号立即将两片74160同时置零,于是便得到了二十九进制计数器。
在元(器)件库中选中74160N,再利用同步置数的LOAD构成29进制计数器,故取第一片的清零端CLR、计数控制端ENP、ENT接高电平1(VCC)。
第一片计数器的进位输出接第二片的ENP、ENT。
QD为高位,QA为低位。
双击信号发生器图标,设置电压V1为5V,频率为10Hz。
送数端LOAD同步作用,设并行数据输入DCBA=0000,第一片LOAD取QD为高电平,当QDQCQBQA=1001时,几位输出第二片计数1,第一片LOAD=0,等待下一个时钟脉冲上升沿到。
当它从全零状态开始计数并接受到28个计数脉冲,然后将电路的28状态译码产生LD’=0,同时加到两片74160中,在下一个计数脉冲(第29个输入脉冲)到达时,将0000同时置入两片74160中,从而得到二十九进制计数器。
进位信号可以直接由门G的输出端引入。
在元(器)件库中单击显示器件选中带译码的四段LED数码管U3,U4(DCD-HEX),连接电路如图所示。
启动仿真开关,U3数码管显示0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,当显示到9时,U4数码管计数1,U3回零,U3数码管显示0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,当显示到9时U4计数2,当U4显示2,U3显示8时达到最大值,再来一次脉冲都回零。
这样就能显示0~28,实现由两片同步十进制计数器74160接成二十九进制计数器。
图2.5.1仿真电路
6、用74LS161构成一个十进制计数器
李海磊
(1)原理:
计数器输入端CLK接外来时钟,A、B、C、D端都接地,将计数器输入端及QA、QB、QC、QD相连,QD为高位输出,QA为低位输出,则构成一个十进制计数器。
CLR为异步清零端,LOAD为同步预置数端,ENT、ENP为计数控制端,且高电平有效。
CET
(2)创建电路:
在元件库中选中74LS161,再利用异步清零CLR构成十进制计数器。
送入时钟信号,观测计数器数值的变化,显示如上图所示,反复观察多次,则可知它是一个异步清零的十进制计数器,证明电路无误。
图2.6.1仿真电路
(3)观测输出:
启动仿真开关,数码管循环显示0,1,2,3,4,5,6,7,8,9。
7、四进制的自循环
杨冠军
电路组成:
74160及非门脉冲信号源5V电源液晶显示屏
电路原理:
74160是一个十进制器件,要想实现四进制的自循环,首先要明白10进制的工作原理。
现在我们来实现四进制计数器,假如我们要实现从2-6的循环,我们只需将ABCD输入端接为二进制的2即可,即将A.C.D接低电平,B接高电平。
同样要使最大的输出为6可将数出端的QB.QC同时接到及非门。
又当当到达最大数时要实现从最小的数开始循环,所以我们在输出为最大时的二进制数接LD灭零输入,最终实现了四进制的自循环。
电路图如下所示:
图2.7.1仿真电路
图2.7.2仿真电路
问题:
当脉冲信号到来时,我们发现显示屏上的数字是从0~9开始运行的,但第二次循环甚至以后每次的循环都是从2到6进行的,这是怎么回事呢?
第一次从0到9,后来又都变成2到6循环是因为当脉冲信号到来时,由无关态进入到有效态,这实际是一个过渡的过程状态图如下
001000110100
01100101
图2.7.3状态转换图
8、用74LS290设置七进制计数器
李峰朝
74LS290功能表:
图2.8.174LS290功能表
置“9”功能:
当S9
(1)=S9
(2)=1时,不论其他输入端状态如何,计数器输出Q3Q2Q1Q0=1001,而(1001)2=(9)10,故又称为异步置数功能。
置“0”功能:
当S9
(1)和S9
(2)不全为1,并且R0
(1)=R0
(2)=1时,不论其他输入端状态如何,计数器输出Q3Q2Q1Q0=0000,故又称为异步清零功能或复位功能。
计数功能:
当S9
(1)和S9
(2)不全为1,并且R0
(1)和R0
(2)不全为1时,输入计数脉冲CP,计数器开始计数。
计数脉冲由CP0输入,从Q0输出时,则构成二进制计数器;
计数脉冲由CP1输入,输出为Q2Q1Q0时,则构成五进制计数器;
若将Q0和CP1相连,计数脉冲由CP0输入,输出为Q3Q2Q1Q0时,则构成十进制(8421码)计数器;
若将Q3和CP0相连,计数脉冲由CP1输入,输出为Q3Q2Q1Q0时,则构成十进制(5421码)计数器。
因此,74LS290又称为“二—五—十进制型集成计数器”。
用74LS290设置七进制计数器:
由于CLK1及Q0相连,同时以CLK0为输入端,Q3为输出端,若无附加电路,则为一个十进制计数器。
若采用反抗置数法,反馈信号接到S1,S2端,可同步指数为1001,根据图1,当计数状态出现Q2Q=11,即计数到0110时,,S1=S2=1,电路进入异步置数状态,立即置入1001,并从此状态开始计数,所以稳定的状态循环中包括1001-0000-0001-0010-0011-0100-0101-1001共七个状态,所以电路为七进制计数器。
图2.8.2仿真电路
9、七进制的自循环
孙景伟
74160及非门脉冲信号源5V电源液晶显示屏
电路原理
74160是一个十进制器件,要想实现七进制的自循环,首先要明白10进制的工作原理。
现在我们来实现七进制计数器,假如我们要实现从3~0的循环,我们只需将ABCD输入端接为二进制的三即可,当到达最大数时要实现从最小的数开始循环,所以我们在输出为最大时的二进制数接LD灭零输入,所以就实现了七进制的自循环。
图2.9.1仿真电路
问题:
当脉冲信号到来时,我们发现显示屏上的数字是从0~9开始运行的,但第二次循环甚至以后每次的循环都是从3到9进行的,这是怎么回事呢?
第一次从0到9,后来又都变成3到9循环是因为当脉冲信号到来时,由无关态进入到有效态,这实际是一个过渡的过程状态图如下
00000001001000110100
10011000011101100101
图2.9.2状态转换图
第三章数字脉搏计时器的方案比较
3.1方案论证
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。
由给出的设计技术指标可知,脉搏计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),它的基本功能应该是:
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。
本设计要求实现在15s内测量lmin的脉搏数,并且显示其数字。
常人脉搏数为60~80次/min,婴儿为90~100次/min,老人为100~150次/min。
3.2提出方案
满足上述设计功能可以实施的方案很多,现提出下面方案:
方案一、原理框图如图所示,图中各部分的作用如下:
图3.2.1
1)传感器:
将脉搏跳动信号转换为及此相对应的电脉冲信号。
2)放大及整形电路:
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内传感器所获得信号频率的4倍频,即课得到对应一分钟脉冲数,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。
7)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四倍(15s),而数码管显示的数字却是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,误差也越大。
方案二、门控电路组成数字脉搏计时器的设计
方案二的原理框图如图2-3所示,图中各部分的作用如下:
图2.2.2
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0.1s周期的基准脉冲信号进入8位二进制计数器,显示计数值为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60次的脉搏数。
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,误差最多1次/min。
此方案的传感器、放大及整形、计数、译码、显示电路等部分及方案一完全相同。
3.3方案比较
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。
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。
第四章单元电路的设计
4.1电路总体框图
图4.1电路框图
4.2采集、放大及整形电路
此部分电路的功能是有传感器将脉搏信号转换为电信号,一般为几十毫伏,必须加以放大,已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。
图4.2.1
(由于本设计只限于仿真所以在传感器的电路单元设计不在进行,信号直接用15mV的正弦交流信号代替)
4.2.1传感器
光敏传感器是最常见的传感器之一,它的种类繁多,主要有:
光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。
它的敏感波长在
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