电子电工技术课程设计

任务书

（一）电路组成和工作原理

（二）技术要求

1.应用数字电路实现在一分钟或半分钟内测量脉搏数，并显示

2.测量误差≤2次/min

3.正常人脉搏为（60-80）次/min，老年人为（100-150）次/min，如出现心律不齐，要有所显示

4.功能耗要低，体积小，重量轻

（三）设计内容和要求

1.用压电陶瓷片作为脉搏传感器，用LED数码管显示

2.确定设计方案，画出组成方框图，简述每部分功能和基本实现方法

3.进行单元电路分析，选择合适的逻辑部分，采用动感扫描显示

4.进行必要的计算，以确定主要元件参数值

5.绘制完整的原理图

6.组装电路并进行实验调试，说明调试步骤和基本原理

7.对设计电路进行讨论，提出改进意见，简要进行误差分析

目录

一．任务书 2二．概述 4三．电路组成和工作原理 5四．电路设计与计算 17（一）放大整形电路 17（二）设计计数器电路 8（三）译码和显示电路 12 （四）时基信号产生电路 15（五）心律监测电路 17五．调试方法 21（一）总体观察 21（二）检查放大电路 22（三）计数器和译码显示电路的调试 22（四）时基电路的调试 22（五）漏夫脉冲检出电路的调试 23六．脉搏测试仪的使用方法 23七．所用仪器设备和元件 24八．参考文献 25九．总结 26

一.概述

脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的有效工具，心脏跳动频率通常用

每分钟心脏跳动的次数来表示。

采用脉搏计测量心脏跳动频率，不但精确，而且使用方便，显示结果也十分醒目。

（一）分析设计课题要求

正常人的脉搏次数是每分钟60-80次（婴儿90-140次，老年人为50-150次），这种频率属于低频范畴。因此，脉搏计是用来测试低频信号的装置，它的基本功能要求应该是：

1.要把人体的脉搏（振动）转换成电信号，这就要借助传感器

2.对转换后的电信号要进行放大和整形等处理，以保证其它电路能正常加工和处理

3.在很短的时间里（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率值

总之，脉搏计的核心是要对低频电脉冲信号在固定的短时间内计数，最后以数字形式显示出来。

（二）确定总体方案

把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内进行计数，冰用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数，这种方案比较直观，所需电路结构简单。

这种方案的方框图如图：

方框图中各部分的作用是：

1.传感器：将脉搏转换成相应的电脉冲信号

2.放大电路：对微小电脉冲信号进行放大

3.时基产生电路：产生固定时间（1分钟或半分钟）的控制信号，作为计数器的门控信号，使计数器只有在此期间才进行计数

4.计数、译码、显示电路，在门控信号作用期间，对电脉冲信号进行计数，并经显示译码器译码，再由数码器显示计数值

5.心律监测电路，如出现心律不齐时，应有所显示

三．电路组成和工作原理

（一）传感器

为了把脉搏转换成电信号，应采用压电式传感器，它有两种基本类型：石英晶体和压电陶瓷。目前更多使用的是压电陶瓷，它在性能上，能满足脉搏计的要求，而且成本低

（二）放大电路

通常用运算放大器，但在数字电路系统中也常用非门来构成线性放大器，如图所示，使门电路工作在线性区，它就有电压放大能力。图中门电路的输出，输入所接的反馈电阻是为其工作在线性区而设置的门电路构成的放大电路，具有功能小，稳定性高和成本低等的优点，它的缺点是输出阻抗高和上限频率低

（三）时基信号产生电路

为了得到频率较低，脉冲宽度一定的时基信号，通常用振筛加分频的方法，先用振筛器产生高频脉冲，然后经数次分频得到所要求的信号。CC4060内部同时包含振筛和分频部分电路。

（四)计数器：计数器最好选用有选通脉冲输出控制的计数器

（五)心律监测电路：用555定时器构成的单稳态触发器与Rs触发器和一个LED 发光二极管组成，心律不正常是指脉搏中间出现停跳的状态，即在连续的脉搏电信号中出现脉冲失落现象，通常可采用漏失脉冲检出电路来进行监测。

四．电路的设计与计算

（一）放大与整形电路

这部分电路如图所示。其中非门G1和G2构成两级放大器，555斯密特完成整形功能，为了使G1和G2非门处于传输特性的线性区，应适当选取反馈电阻R1的阻值。其阻值不能太小，否则非门的输出与输入间的信号直接馈通，一般R1值应比非门的输出电阻R0大两个数量级（非门R0=8～15KΩ),但R1的值也不能太大，否则使工作稳定性变差，甚至有可能偏离出线性区。为此，R1值应比

非门的输入电阻R1小1—2个数量级（R1=1010),所以R1=1～10mΩ,可选为Ω，22mΩ等值，由非门构成的放大电路，其放大倍数约为20倍，一般是不可调的，如放大倍数不够，可采用多级放大器级联起来增大放大倍数，用555定时器构成施密特触发器进行整形，R无效（高电平）且C-V不外接电压，所以当U

1

≥2/3EC

时555被置0，U

OUT 输出低电平，U

I

≤1/3EC时,555被置1,U

Out

输出高电平，其传

输特性有回差，通常回差越大，电路抗干扰能力也越强，回差的抗干扰作用可用图说明。

（二）计数器电路

计数器是脉搏测量仪的重要组成部分，电路采用74LS160作为计数器

74LS160的特点：

1.有几种功能：计数允许、计数清零、置位等

2.同步十进制计数器（加法）

74LS160管脚排列如图功能表见表

现在简要说明这些管脚的功能

（1）CP(脚2）：为计数脉冲输入端

（2）S

1,S

2

(脚7.脚10)为计数允许控制端，当S

1

,S

2

为“1”时，计数脉冲由

CP端进入计数器，而当S

1,S

2

为“0”时，禁止计数脉冲输入计数器，计数器保