人体脉搏计

电子课程设计目录

第一部分电子课程设计题目及要求

1．题目 (1)

2．设计目的 (1)

3．设计内容及要求 (1)

4．脉搏计的基本原理 (1)

第二部分设计方案

1. 提出方案 (2)

2. 方案比较 (3)

第三部分电路设计与分析 (4)

1. 信号发生与采集 (4)

2. 放大电路 (4)

3.有源滤波电路 (5)

4.整形电路 (7)

5.倍频器 (9)

6.基准时间产生电路 (10)

6.1 NE555定时器 (10)

6.2 用555定时器构造施密特触发器 (11)

6.3 用施密特触发器构造多谐振荡器 (12)

7.计数译码器 (13)

7.1 计数电路 (13)

7.2 译码显示 (14)

8.控制电路 (17)

第四部分所用元件及实验心得 (18)

1.元件列表 (18)

2.实验心得 (18)

3.参考文献 (18)

附：总原理图 (19)

第一部分电子课程设计题目及要求

1. 题目人体脉搏计

2．设计目的

2.1熟悉脉搏计电路的组成、工作原理和设计方法。

2.2掌握多谐振荡器、倍频器、计数器、译码器等的工作原理、使用方法、特点、用途及主要参数的计算方法。

2.3熟悉集成电路74LS00、74LS161、CC4518、CC4511、晶闸管、有源滤波电路的特点、用途及主要参数的选择方法。

3．设计内容及要求

3.1设计题目：设计一个脉搏计。

3.2要求：实现在15s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人的脉搏数为60~80次/min，婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。

3.3放大与整形电路

放大电路：电压放大倍数u

A 约为11倍，选R

4

=100 KΩ，C

1

=100μF。试选择其它元

件参数。有源滤波电路：电压放大倍数选用1.6倍左右。运放可均采用LM324，也可选其它型号运放。

整形电路：选用滞回电压比较器，集成运放采用LM339，其电路参数如下：R

10

=5.1KΩ，

R 11=100 KΩ，R

12

=5.1 KΩ。

倍频电路：异或门选用可采用CC系列、也可采用TTL系列。基准时间产生电路：试选择电路其它未知参数。

计数、译码、显示电路：试选择电路其它未知参数。

控制电路：试选择电路其它未知参数。

4．脉搏计的基本原理

分析设计题目要求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安），它的基本功能应该是

①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。

②在短时间内（15s内）测出每分钟的脉搏数。

简单脉搏计的框图如图1所示。

图1.1 脉搏计原理框图

第二部分设计方案

设计背景

随着人们生活水平的提高，心脏疾病的发病率呈上升趋势，已成为威胁人类身体健康的杀手之一。因为心脏病的发作具有突发性和随机性，所以为患者进行实时的测量监控已成为必然的趋势。随着电子科技的不断发展，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，许多研究人员都投身于人类的健康事业之中。

心率：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。心电信号是一种非常弱且频率较低的信号，一般幅值在0.05-5mv,频率在0.05-100Hz。脉搏波:人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力一波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征。而心率的测量是一种评价病人生理状况很好的方法，心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量更容易实现特点，在实际应用中得到广泛运用。

1.提出方案

满足上述设计功能可以实施的方案很多，现提出下面两种方案。

方案A ：

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）放大与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）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，计数时间也相应地缩短了4倍（15s），而数码管显示的数字却是lmin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B 如图2所示。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，可达±1次／min，此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案A完全相同。

2.方案比较

方案A结构简单，易于实现，但测量精度偏低；方案B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A。

图2.1 确定后的脉搏计原理框图