数显式脉搏测试仪的设计

内容摘要

脉搏是常见的生理现象，是心脏和血管状态等重要生理信息的外在反映；因此，脉搏测量不仅为血压测量、血流测量及其他生理检测提供了生理参考信息，而且脉搏波本身也能给出许多有诊断价值的信息。因此研究数显式脉搏测试仪有着非常重要的意义。

本课题要求设计的数显式脉搏测试仪，使脉搏跳动次数以十进制的数在数码管上显示出来。相对比较直观、方便。

数显式脉搏测试仪主要由传感器、放大与整形电路、控制电路、计数器、译码器和显示管构成。

数显式脉搏测试仪能够测量人在一分钟的脉搏数，并以数字形式显示，测量的脉搏数范围40-200次/m in，适用于各个年龄及性别的人。

一、概述

（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）555单稳态电路：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，使计数器只有在此期间内才进行计数；

（4）555施密特：使电脉冲信号变为规则的方波信号；

（5）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，由译码器译码，再由数码管显示计数值。

二、方案设计与论证

数显式脉搏测试仪的功能是用十进制来显示人体在1min时间内的脉搏的跳动次数。所以，其设计部分可分为两部分：一部分为传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大，滤波和整形转化为数字信号；另一部分是在短时间内（30s 和60s）测出每分钟的脉搏次数，并加以数字显示。

满足上述设计思路的具体方案有以下两种：

方案一

测量脉搏跳动次数所需时间，然后换算为分钟的脉搏次数。

方案二在单位时间内对脉搏跳动次数进行计数，并数字显示器数值，从而得到每分钟的脉搏次数。

这两种方案比起来，第一种方法的测量误差比较小，但实际起来电路要复杂些。第二种方案比较直观，所需的电路结构更简单些。更简单些；为了使脉搏计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。本文进行的设计就基于这一方案。

单元电路设计与分析

1、传感器

为了把脉搏转换成电信号，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。前者温度稳定性和机械强度都很高，工作温度范围宽，转换精度也高。而压电陶瓷是人工制造的压电材料。优点是压电系数大、灵敏度高、价格便宜，只是温度稳定性和强度不如石英晶体。

目前应用更多的是压电陶瓷。它在性能上能满足脉搏计的要求，而且成本低是一个重要因素。

2、放大

此电路主要由同相比例放大电路组成。其中放大倍数A v=1+R3/Rv2。

3、滤波

此电路利用二阶有源低通滤波器进行滤波.

4、555施密特整形电路

经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉搏信号，且有低频干扰，不满足计数器的要求，必须采用整形电路。

5、单稳态定时电路

具体电路见下图：

图中的开关为人工启动定时电路开关，定时时间满足：T w=1.1R8*C4

555定时器单稳态电路具体工作原理：

在没有加入触发脉冲前，555单稳态电路处于稳态，当输入端的触发脉冲下降沿到达后，电容C4迅速放电，电路进入暂稳态，输出端为高电平，u

=1。而后电源电压V C C通过电阻R开始向电容C充电，当充电至u

C

=2/3V

C C

时，电路又返回到稳态，输出端重新回到低电平，u

=0,这个状态一直维持到下一个触发脉冲下降沿到达时为止。暂稳态持续时间（输出脉冲宽度t

W

）只取决于外接电阻R 和电容C的大小，t

W

=1.1RC。单稳态电路的工作波形如图/所示。

6、计数器

这里采用了简单的74LS160作为计数器,74ls160是十进制计数器，考虑到我们的电路需要上百位的数字。因此，将三片74160按并行进位方式连接即得千进制计数器。具体如下图：

现将74160的功能表提供如下：‘

CLK Rd’LD’EP ET工作状态

X0X X X置零

向上10X X预置数

X 110 1保持

X11X 0保持（但C=0）向上11 1 1计数7、译码与显示

译码器的功能是把计数器74LS160输出的计数结果(BCD码)转换成七段字形码，以驱动数码管，显示1m in 内脉搏跳动的次数。

这里采用7448译码器，7448可以直接驱动共阴极的半导体数码管。

三、总原理图

四、结论

我们设计的这个电路能够准确地实现题目要求，并且能够准确、直观的将脉搏数显示在数码管上。这里我们采用正弦波信号源来模拟脉搏跳动，

当设定正弦波的频率为1H z，计时T w=61s时，数码管上显示跳动次数为67次，符合人体的正常跳动次数

五、参考文献

1、《电子技术动手实践》崔瑞雪张增良主编北京航空航天出版社

2、《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社