1、報告成績電子電路綜合實驗報告學生姓名：賀杰學 號：1410404006專業年級：2014級通信工程4班指導教師：周妮 講師起止日期：2016年3月2016年6月電氣與信息工程學院2016年6月3日目 錄1目的與意義13 方案設計14 系統硬件設計35仿真調試與分析106結論與體會10參考文獻10附錄11附錄A 系統實物圖11 摘要：電于脈搏計可以連續臺動地測量手術或重危病人的脈搏，也可以用于健康管理，運動員的訓練等方面，為提高運用電子技術基本知識進行理論設計、實踐創新以及獨立工作、團隊合作的能力，通過實踐制作一個數字頻率計，學會合理的利用集成電子器件制作基于數字電路和模擬電路的課程設計與制作。

2、電子脈搏計是用來測量一個人心臟跳動次數的電子儀器，也是心電圖的主要組成部分，它是用來測量頻率較低的小信號。1目的與意義一、目的：1、掌握組合邏輯電路的工作原理及設計方法。2、學會安裝和調試分立元件與集成電路組成的電子電路小系統。二、意義 對于醫院的危重病人，或者在其他一些特殊場合，需對人的脈搏進行連續檢測，本課題即針對這一需求，設計一臺簡易的電子脈搏計。1、制作要求實現在15S內測量1min的脈搏數，并且顯示其數字。正常人脈搏數為6080次/min嬰兒為90100次/min，老人為100150次/min。（只考慮數字部分，即輸入波形視為矩形波）2、制作步驟 （1）擬定測試方案和設計步驟，填寫真

3、值表； （2）根據性能指標，計算元件參數，選好元件，設計電路并畫出電路圖； （3）進行相應的仿真測試； （4）設計、調試和安裝電路并測試； （5）撰寫設計報告。2 方案設計電子脈搏計是由脈搏計數器和控制時間的定時電路所組成，并且還要在15S內測量出1min的脈搏數。所以，我們先按要求，分開設計各個功能的電路圖，然后再組合連接成一個完整的按要求的電子脈搏計。方案一：左移兩位脈搏計數電路與門脈搏模擬電路電源電路BCD碼轉換控制電路數碼管顯示電路使能信號鎖存電路清零電路數碼管顯示電路計時電路圖31方案一整體框圖正常人脈搏數為6080次/min，嬰兒為90100次/min，老人為100150次/min

4、。為了精準電路，我取計數器的計數范圍為0-299。讓信號發生器模擬人體脈搏的產生。以每個上升沿代表一次脈搏。讓計數器記錄上升沿的個數，再左移兩位，表示所記數字乘以四。這樣我們就可以15秒鐘測量一分鐘的個數。但是這種方案由六位二進制碼轉換BCD碼電路復雜，故障率高，延時較長，且計數不能連續，所以舍棄這種方案。方案二：與門脈搏四倍頻電路脈搏模擬電路脈搏計數電路時鐘產生電路電源電路清零電路使能信號鎖存電路控制電路數碼管顯示電路計時電路圖3方案二整體框圖在計數器與脈搏產生器之間串聯一個四倍頻電路。這樣我們在15秒內采集的脈沖個數就可以等效為一分鐘的個數，另外再加一個計時控制電路，當計時為15秒時，讓計

5、數器停止計數，此時讀出的數據就是一分鐘的脈搏數。如需重新記數，只要清零即可。此種方法能夠連續計數，且計數電路結構簡單。故選用第二種方案。方案二，框圖介紹：以下幾個模塊是構成電子脈搏計的主要功能模塊，為使人們更了解該方案的原理，現將各個模塊介紹如下。 1.脈搏模擬電路主要是產生一定頻率的脈沖信號，來模擬人體的脈搏經過傳感器和波形整形后的輸出信號。該信號直接送給脈搏四倍頻電路。 2.四倍頻電路的作用是將脈搏模擬信號的頻率增加四倍，即讓計數器記錄的數據為實際值的四倍。讓我們在15s內就可以讀出1分鐘的脈搏數。 3.時鐘產生電路由555構成，主要是為整個電路提供一個基準時鐘，讓被測者能夠對比時間與脈沖

6、個數，來判斷脈搏的快慢。 4.計時電路接收時鐘信號并計時，當計時到15s的時候，給JK觸發器一個有效脈沖，讓JK觸發器通過與門控制脈搏信號與計數電路的通與斷。 5.清零信號主要是為下一次計數做準備。當需要再一次測量時，只需按下清零信號鍵，使數據歸零。就可以重新計數。 6.電源主要是為各個模塊提供電能，使其正常工作，本設計采用5V直流供電，電源直接從數電實驗箱上獲得。3 系統硬件設計電路原理總述：電路原理如圖2所示，因為拾取脈搏需要傳感器，信號放大器，波形整形電路，為了方便起見，我以頻率可調的矩形波模擬脈搏。經過四倍頻，產生需要計數的脈沖。另一路，由NE555產生周期為1秒的矩形波，并輸給計時電

7、路，做為時間基準，控制脈搏脈沖的通與斷。再由脈搏計數器對脈搏進行計數。通過數碼管顯示出來。如需重新測量，只需讓各電路清零即可。此外，各個模塊用同一個電源供電。四倍頻電路：原理圖如圖31所示，其工作原理為：當a點為低電平穩定時，b點為0。a=b,c=0。當a由低變高時，第一個異或輸出為高。給電容充電，b點電壓逐漸升高，當電壓達到異或門的閾值電壓2V時，c點為低。高電平時間由R1，C1的值共同確定。當a點由高到低時，b點電壓不變，且電容開始放電，此時，a=!b,c點電位為高，直到電容放電致電壓小于2V，c點跳變為低。整個過程組成一個二倍頻電路，兩個二倍頻電路構成一個四倍頻電路。輸入與輸出波形如圖3

8、2所示。輸入脈搏信號用250HZ的矩形波，T=4ms。前級二倍頻電路的高電平應為2ms。 經計算得：TW=0.7RC=0.76K0.47uF=1.974ms。為使上升沿分布均勻，二級倍頻電路的高電平應小于1/2TW。且如果電容過大，則波形可能出現丟步現象。故我們只需要分布均勻的上升沿即可。所以：TW2=0.7RC=0.70.23K0.47uF=0.075ms 四4-1 四倍頻電路4圖圖4-2四倍頻電路輸出輸入波形比較、脈搏計數電路脈搏計數電路主要用到兩個十進制計數器74LS160，該元件功能為：ENT、ENP為芯片的使能端，當ENT、ENP接高電平時芯片處于工作狀態，接低電平時處于休眠狀態。我

9、們將這兩端接高電平，使它一直工作。CLR為清零端，CLR=0，QAQD輸出為0，CLR=1，芯片正常工作。LOAD為同步置數端，低電平有效，當LOAD為低，且有下降沿來時，A、B、C、D四個數就并行置入，從QA、QB、QC、QD輸出。RCO為進位端。即由9變為0時，該端出現一個高電平。在兩個芯片級聯時，分同步級聯與異步級聯。同步級聯的方法不僅電路簡單，而且功耗較低，因為十位數據顯示端只在進位信號來時工作，其余時間不工作，而異步級聯十位數據顯示端一直工作，經電流表測量，同步電流為0.888uA,異步級聯電流為0.972uA,故我采用同步級聯的方法。將個位數據計數器的進位端與十位數據的使能端聯接起

10、來，把兩個芯片的LOAD與CLR都接高電平，兩個CLK端連起來接模擬的脈搏信號輸出端XFG1。這樣就組成一個100進制的計數器。XFG1每來一個上升沿，數碼管顯示的數字就會加1，這樣就可以實現計算脈搏數量這一功能。其電路聯接如圖4-3所示：圖4-3脈搏計數電路、時鐘信號產生電路時鐘信號在電子脈搏計中的作用是產生一個基準時鐘，并控制脈搏計數器的工作，作為參考時鐘。時鐘電路的原理圖如圖4-4所示：圖4-4 555時鐘信號產生電路原理圖該電路是用LM555CN做的一個多諧振蕩器。為了得到占空比為50%的矩形波，在R2上并聯一個二極管，當電容充電時，充電回路是VCC-R1-D1-C2-GND，電容放電

11、時，放電回路是C2-R2-DIS-GND。振蕩周期由R1，R2，C2共同決定。其輸出波形如圖4-5所示。產生波形的周期：（理想狀態下）T=0.7（R1+R2）=0.7（6.8+6.8）0.1=1.008msF=1/T=1KHZ圖4-5波形產生電路的輸出波形（T=0.1ms）因為仿真軟件的記時單位是ms，若以s為單位，則要等很長時間，故我采用1KHZ代替1HZ的時鐘信號。計算過程如上所示。4、計時控制電路： 計時控制電路如圖4-6所示，74LS163是一個十六進制的計數器。ENT、ENP和A接高電平，使芯片工作，B、C、D接低電平，即當LOAD為低電平時，74LS163置1。芯片的CLR接R3與

12、開關，組成清零電路。當開關閉合時，CLR=1，芯片正常計數。當開關打開，CLR=0芯片清零。R3為下拉電阻，R3=10K。RCO為進位信號端，當計數到15時，QAQD輸出高電平，下一個脈沖來時，QAQD輸出為0、0、0、0。RCO來一個上升沿。使該上升沿經過一個非門引到LOAD端，即進位時給LOAD一個低電平，使其置數。這樣計數器從1計到15然后返回1。這樣組成一個15進制計數器。RCO端輸出為一個15分頻波形。四個發光二極管指示計數器所記數值。R6、R7、R8、R9為四個限流電阻。根據經驗值取300歐姆。 進位信號端RCO每15秒產生一個上升沿，該上升沿給JK觸發器，JK觸發器的JK接1，則

13、每來一個上升沿，1Q和1Q翻轉一次。即1Q輸出15s的高電平，然后輸出15秒的低電平，時序如圖3-7所示。即控制計數器工作15秒，然后停15秒。LED5為控制狀態指示燈。LED5亮表示計數器不工作。LED5不亮則脈搏計工作。也就是說LED5是一個報警器，我們也可以用一個蜂鳴器代替。而LED1-4，是為了表示74LS163輸出端QA、QB、QC、QD的高低電平。圖4-6計時控制電路原理圖根據設計要求，本設計的系統硬件框圖：圖4-7總原理圖電路完整工作過程描述（總體工作原理）總體框圖如圖4-7所示，一路由555產生電鐘信號，從3端口輸出進入74LS163的CLK端，讓163開始計數。163的進位端

14、RCO接JK觸發器的CLK。讓1Q的高低電平每15秒變一次。清零系統由電源、按鍵、下拉電阻和地組成。74LS163的CLR、74LS160的CLR和74LS73的CLR端連在一起并接下拉電阻旁。當開關閉合，CLR輸入一個高電平；當開關斷開，CLR端輸入一個低電平，系統清零。另一路為信號處理電路，由波形發生器和四倍頻電路組成。這兩路信號通過一個與門電路合并在一起輸入計數電路的CLK端。當1Q處于高電平時，脈搏信號通過與門直接輸入計數電路的CLK端。當1Q為低電平時，與門輸出為0，相當于脈搏與計數斷開。脈搏計停止工作。操作方法：開機后先使開關斷開再閉合，讓系統清零。此時74LS73的1Q端輸出為零

15、，計數器不工作，這樣做的目的是為了解決倍頻電路的丟步問題。讓系統等待15秒，計數器開始工作。記錄15秒后計數停止，數碼管顯示不變，此時我們就可以讀出人體1分鐘的脈搏數。如需重新開始，只要將開關再打開一次然后關閉即可。3元件清單元件序號型號主要參數數量備注174LS160N2十進制計數器274LS163N1十六進制計數器374LS73D1雙JK觸發器474LS86N1異或門574LS09D1與門674LS04N1非門7LED_red5發光二極管8DCD_HEX3數碼管9二極管110電阻 300*5 230*1 6k*1 10k*1 6.8k*21011電容 100nf*2 0.47uf*2412

16、LM555CN1555定時器表4-1元件清單4仿真調試與分析電路設計好以后，用軟件Multisim進行仿真。在這軟件中，由于仿真軟件的記時單位是ms，若以s為單位，則要等很長時間，故我采用1KHZ代替1HZ的時鐘信號，時間用1ms代替1s。當仿真開始，右下角的數碼管開始顯示時間從1至15（秒）循環，用函數發生器輸入一個頻率為500HZ的矩形波，待一段時間后，關閉開關。過一會，當顯示時間的數碼管重新從1開始時，顯示脈搏數的數碼管也開始從1開始計數。最后，當顯示時間的數碼管達到15且重置為1時，脈搏計數器顯示30且停止，待過15s后，脈搏計數器繼續工作，顯示從30開始，直到15秒后，達到60停止。

17、當開關A打開時，脈搏計數器清零。故仿真結果正常，沒誤差，達到實驗的要求（在15s內測量1min的脈搏數，且誤差小于4次/min）。接著停止電路工作，改變函數發生器的參數，輸入一個頻率為1000HZ的矩形波，重復上面的步驟，可測量出在15s內測量1min的脈搏數為60個。此時，測量結果68個/s和理論值60個/s有誤差，不過誤差小于8次/min.故故整個電子脈搏計已設計成功。5結論與體會在本次實驗完成中，這個過程中使我受益匪淺。在確定各模塊電路的過程中，不但訓練了我們查找資料的能力，更是一次很好考驗我們用所學的模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎等相關知識來判斷電路正確與否的機會。通過此次課程設計的鍛煉，自己的動手能力有了很大的提高，查找問題、解決問題的能力也有了相應的進步。當然，這次試驗也讓我看到了我們的很多缺陷。首先對元器件不是特別的熟悉，尤其是在此次電路中，有多種芯片的使用，所以字焊板時費時長。所以經驗告訴我們，必須掌握好專業基礎知識。總的來說，本次設計有苦也有甜。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經成功了一半，因此我們應該在設計前做好充分的準備。同時熟練地掌握課本上的知識，這對試驗中出現的問題進行分析解決也是相當重要的。這次設計留給我的印象最深的是要設計一個成功的電