电子脉搏计文档格式.docx
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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.总体框图
1.
图2-1 方案一整体框图
方案一:
人体的正常脉搏为每分钟50-100次/秒。
为了简化电路以及节省元件,我取计数器的计数范围为0-99。
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,然后左移两位,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。
图2-2方案二整体框图
方案二:
该方案是首先测出脉搏跳动5次所需要的时间,然后再换算为每分钟
所跳动的次数,这种测量方法误差较小,可达
4次/min,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。
三、元器件清单
本实验采用数电中常见的器件,这样我们就可以熟练地使用而且可以降低该电路的故障率。
以下为本实验所使用的器件。
异或门74LS86四片,计数器74LS160三片,运放器,LM555一片,与门74LS08,
非门74LS04,数码管三个,电阻电容若干。
1.异或门:
当两个输入一致时,输出为0,输入相异时,输出为1。
异或门的原理图与真值表如图3-1所示
图3-1 异或门的逻辑符号与真值表
2.4-2输入与门及其真值表如图3-2所示,A、B为与门的输入端,Y为与门的输出端。
当输入全1时,输出为1。
当输入有0时,输出为0。
与门的这一功能决定它可以作为自动控制的开关使用。
当A端接信号,B端接控制端,B=1时,Y=A;
B=0时,Y=0。
图3-2 74LS08内部框图及管脚图和真值表
3.74LS160其结构图如图3-3所示,管脚图如图3-4所示:
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。
时序图如图3-4所示。
图3-3 74LS160内部电路图
图3-4 74LS160逻辑图
4.555电路的内部结构如图3-5所示,定时器555是一种多功能集成电路,
只要在外部接上几个电阻和电容,就可以组成施密特触发器、单稳态电路和多谐
振荡器。
图3-5 555内部原理图
输入
输出
TH
VO
Dis
×
<
VCC
>
L
H
不变
导通
截止
表1 555功能真值表
5.
非门74LS04为一个反向器,其原理图与真值表如图3-7所示。
A=0时,Y=1。
A=1时,Y=0。
图3-6非门逻
6.除了主要元件外,我们还用到了四输入数码管,电阻电容等,其逻辑图如图所
示:
对于数码管,其直值表如下:
4
3
2
1
OUT
5
6
7
8
9
表二:
数码管输出与输入的关系真值表
4、各功能模块及其原理:
1传感器
脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为相应的点冲信号。
脉搏传感器是脉搏象检测系统中重要的组成部分,其性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结构的显示。
目前典型的脉搏传感器有以下三种:
光电类、压阻类和压电类。
在这三种目前采用最多的是压电类传感器,其工作原理是利用敏感元件直接把压力转变为电信号。
本次课程设计中是利用函数信号发生模拟人体脉搏
2放大与整形
放大电路多种多样,本次试验采用比较简单、廉价的运放电路。
由一个运放器和俩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。
由于整形电路比较复杂,要先较好的对脉冲信号的不规则整形是有一定的难度,初次想到的就使用电压比较器进行整形,但是在模拟软件下这种不知道那个是电压比较器。
就直接用了一个简单的与非门进行简单的整形。
经过试验,可以放大、整形正弦电路。
3倍频电路
由于我们要在15s内测量1min内的脉搏数,所以我们要对脉搏进行调频。
60/15=4需要4倍频电路。
如将15s内传感器所获得的信号频率4倍频,即可得到对应的一分钟的脉搏数,从而缩短测量时间。
倍频电路的形式很多,如锁相倍频器,异或门倍频器等,由于锁相倍频器电路比较复杂,成本比较高,所以这里才哟过来能满足设计要求的异或门组成的4倍频电路。
U9a和U9b构成二倍频电路,U8a和U8b构成二倍频电路;
俩个二倍频电路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,当输入有‘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4倍频的要求。
电路图如
4定时电路
555定时器是为了实验组15s内完成任务,是单稳态的时间长度为15s。
所以定时时间为15s。
本次试验采用555单稳态定时电路。
工作原理如下;
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,电容俩段电压为2/3Vcc,THI和THR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=406ufR=3M.
5,计数译码显示
本设计中采用简单的74lLS160作为计数器,因为他是10进制数器,无需改装,直接使用,因为脉搏计数器需要计数上百位数字,因此,将三片74LS160直接按并进行方位连接既得千进制计数器,三块芯片ENTLOADCLR都为高电平以保持电路的工作,其中第二,三块芯片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,74LS160输入端接收到的是高电平,开始计数:
输出为高电平时,74LS160接受到的为低电平,停止计数(计数结束),此时显示的就是15秒内的脉冲数了,数码管于74LS160的链接方式如下:
五、总体设计电路图
1.总体框图如图所示:
2,工作原理:
打上电源开关,电源各部分开始工作,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钟的脉搏数,脉冲数进入数码管计数器,计数开始,来一个脉冲计数器就加1,15s后定时器输出端电平翻转,计数器停止工作,显示出跳动脉搏的次数。
六总结
书上得来终觉浅,绝知此事要躬行。
通过本次课程设计,学生们真正使课堂学习与动手实践结合起来,提高了同学们的自学能力、动手能力和分析问题的能力。
让我们更深刻的理解各个器件的功能及其应用。
在大量的实验中,我总结出一种简单易行的设计方法,可以直接跳过列真值表、状态转换图以及逻辑公式。
不仅可以节省时间,而且也使电路更加简单实用。
我相信在以后的电路设计中会带来很大的帮助。
此外,课程设计还使我们学到了诸如信息检索,文档阅读,以及各种软件的应用等知识,培养了我们考虑事情全面,做事认真,在遇到困难时不急不躁,冷静分析问题的习惯。
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