毕业设计193数字式脉搏传感器设计报告

目录

1 设计方案 (2)

1.1 设计目的 (2)

1.2 设计要求 (2)

1.3 设计思路 (2)

2 设计原理框图 (2)

3 设计内容及各部分简介 (3)

3.1单元电路简介 (3)

3.11 定时控制器 (3)

3.12 电压放大器 (4)

3.13 计数译码显示电路 (4)

3.2部分元器件功能简介 (5)

3.21 压电传感器 (5)

3.22 555定时器 (10)

4 元器件清单及总原理图 (11)

4.1元件清单 (11)

4.2总原理图 (11)

5 设计过程中遇到的问题及其解决方法 (12)

6 功能简介 (13)

7 心得体会 (13)

8 参考文献 (13)

9 致谢 (14)

第一部分设计思路

设计目的：

1.加深理解数字电路的基本理论知识，学习基本理论在实践中综合运用的初

步经验，掌握数字电路系统设计的基本方法、设计步骤，进一步熟悉和掌握常用数字电路元器件的应用。

2.学习和练习在焊接上接线的方法、焊接的技术及需要注意的问题。

3.学习数字电路实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法。

4.练习细致、认真的习惯。

5.培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。

6.培养一种分工协作的团队精神。

7.学会熟练的查找相关资料。

8.加深对PROTEL、AUTOCAD等相关软件的使用方法。

设计要求：设计出一种数字式脉搏传感器。具体要求如下：

1.使用灵敏度较高的脉搏传感器（能发出10MV的脉动信号）。

2.测量误差不大于%1。

3.具有二位数字显示功能。

4.设计一个脉宽T=1minute的产生电路。

5.具有复位、启动及锁寸功能的电路图。

6.撰写设计报告、调试报告及心得体会。

设计思路：

电子脉搏仪的目的是检测人的心率。我们采用压电陶瓷片作为脉搏传感器。压电陶瓷片是一种声电转化元件，在受到外界压力或振动时会因压电效应而产生微弱的电流，利用电压放大器将其放大作为记数脉冲输入计数器，便可以用来测量人的脉搏。

第二部分：设计原理框图：

原理框图如下页（图2-1），由脉搏传感器、电压放大器、定时控制电路和计数与显示电路组成。

图2-1

第三部分设计内容及各部分简介

3．1单元电路简介：

1.定时控制器

图3-1

脉搏的测定都是用每分钟多少次来确定的，如果将脉搏测试仪比作频率计，这个频率计的门控信号不是秒而是分。本电路采用由5G7555（IC4）组成的单稳态触发器（图3-1）作为门控信号，它的暂稳时间是60秒。IC4的输出端接三合一计数电路的锁定端LE，平时（稳态时）IC4输出高电平，将计数电路锁定使其不能计数。当测定开始时按下启动按钮SA1，IC4进入暂稳态，它的输出端3脚输出低电平将解除锁定，计数器开始计数。60秒后IC4翻转进入稳态。3脚输出高电平将计数器锁定，计数结束，完成一次测试。

2.电压放大器

图3-2

与非门HD1411的一个门F1和C1，R1组成积分式放大电压器，将传感器所接受到的微弱脉搏脉冲电流加以放大，经过F2反相和整形后输入三合一电路CD40110的计数输入端。（图3-2）

3.计数译码显示电路。

由三合一电路CD40110组成，其中IC2作为个位计数，IC3作为十位计数。IC2

的进位输出端QCD接IC3的计数输入端CP。C4、R3组成微分电路产生清零脉冲，接通电源后产生清零脉冲、输入计数器的R端使计数清零，然后开始计数。直到定时器输出门控信号后使其停止计数。（图3-3）

12

34 56 78 910 1112 1314 1516 12 34 56 78 910 1112 1314 1516

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DPY

[LEDgn]

1

2

3

4

5

6

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a

b

c

d

e

f

g GND

VCC GND

Port

Port

我们通常使用的压电传感器主要是利用压电效应制造而成的。我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。图3-4为压电敏感元件受力变形的几种形式。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。在现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、 PZT 、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，本实验就是采用压电陶瓷片作为脉搏传感器测量人的脉搏。还有比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感