数字式正脉搏计设计与制作

《数字电子技术》课程设计报告课题：数字式正脉搏计设计与制作

班级电气3091 学号 3092110132

学生姓名朱彤

专业电气工程及其自动化

系别电子与电气工程学院

指导教师电子技术课程设计指导小组

淮阴工学院

电子与电气工程学院

2011年12月

1、设计目的：

a) 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产

实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

b) 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知

识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

c) 进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测

量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

d) 培养学生的创新能力。

2、设计要求：

1主要单元电路和元器件参数计算、选择；

2画出总体电路图；

3安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象。

4调试电路

5电路性能指标测试

要求：实现在15S内测量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。

3、总体设计：

4、3·1数字脉搏测试仪原理方框图

上图即为数字式脉搏计的总体设计框图。该数字式脉搏计由以下几部分组成：1）脉冲产生电路 2）放大整形电路 3）计数电路

4）定时电路 5）译码显示电路

3·2电路组成及工作原理

数字式脉搏计设计的思路是：先由压电陶瓷片YD将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，经LM324放大整形后，送到由CD4553和CD4511组成的计数显示电路。CD4553内部输入端设置了脉冲整形电路，所以对脉冲无甚特殊要求。它只有一组BCD 码输出，但通过内部分时控制可形成三位十进制数字显示。CD4511是译码器，其输出驱动三位LED共阴数码管。BG1、BG2、BG3分别由CD4553的15、1、2脚控制实现三位数码管的分时显示。CD4060组成计数闸门设定电路，R5、R6、C6与其内部电路组成振荡器，振荡器信号经内部213次分频后，由2脚输出延时 60 秒的正脉冲加到CD4553的11脚关闭闸门。使用时，用手表带或松紧带将压电陶瓷片压在手腕的挠动脉处，注意一定要压紧。在合上开关 K1 后即按一下复位开关 K2，使CD4060和CD4553清零，这时计数闸门打开，脉搏信号由CD4553进行计数。1分钟后，CD4060输出一高电平，使计数闸门关闭。这时数码管显示的数字即为每分钟的脉搏数。

3.3各框图的功能和可选电路及特点

1）脉冲产生电路：2）放大整形电路：可选LM324

3）计数电路：可选CD4553 4）定时电路：可选CD4060

5）译码显示电路：可选CD4511驱动共阴极数码管。

3·4电路制作所需的工具

工具名称工具数量

电烙铁1

万用表1

剪刀1

松香 1

镊子1

3·5元器件列表

元件名称 元件数量

三位数码管 1 1M 电阻 1 510K 电阻 1 1.6K 电阻 2 100K 电阻 2 10K 电阻 4 470电阻 7 100u 电容 1 0.1u 电容 2 4700p 电容 1 10p 电容 1 集成块LM324 1 集成块CD4511 2 集成块CD4533 2 集成块CD4060

1 压电片 1 1M 电位器

2 20K 电位器 2 16针插座

3 14针插座 2 按钮 1 三极管9012 3 通用板 1 焊锡丝 若干 导线

若干

四、单元电路设计：

4.1采样输入单元电路设计

输入单元借助压电陶瓷将脉搏信号转换为电信号，通过电容C1耦合输入到

集成运放LM324组成的同相放大器进行放大，2

3

(1)o i V R v v R =+，放大倍数约为10倍。放大后的信号输入到后面的积分电路进行整形。当有信号输入时，电容器以

近似恒流方式进行充电，输出电压o v 与时间t 成近似线性关系，i

o v v t RC

≈。当t ＞RC 时，o v 增大，直到o om v V =，即运放进入饱和状态，o v 保持不变，而停止

积分。此时的o v可以近似看成是一个方波，能够符合计数器的触发要求。单元电路如下图所示。

YD

3

2

1

4

1

1

U4:1

LM324

5

6

7

U4:2

LM324

C1

100μF

C2

0.1μF C3 0.1μF

R1 910K

R3

1.6K

R4

1.6K

R2100K

R5

9.1K

RV3

10K

RV4

15K

Vcc

图1 输入采样单元电路

4.1.1 LM324集成运算放大器特性

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图4所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

其特点如下：1）具有宽的单电源或双电源工作电压范围；单电源3V~30V，双电源±1.5V~±15V ；2）内含相位校正回路, 外围元件少；3）消耗电流小:Icc=0.6mA (典型值, RL=∞) ；4）输入失调电压低:±2mV (典型值) ；5）电压输出范围宽：0V ~ Vcc—1.5V ；6）共模输入电压范围宽：0V ~ Vcc—1.5V。

图2 运算放大器

4.1.2 LM324集成运算放大器引脚说明

1脚 OUTPUT1 6脚 INPUT2- 11脚 GND

2脚 INPUT1- 7脚 OUTPUT2 12脚 INPUT4+

3脚 INPUT1+ 8脚 OUTPUT3 13脚 INPUT4-

4脚 V+ 9脚 INPUT3- 14脚 OUTPUT4 OUTPUT 5脚 INPUT2+ 10脚 INPUT3+