1、課程設計數顯式脈搏測試儀設計班級學號學生姓名指導教師課程設計任務書課程名 稱數字邏輯課程設計課程設計題目數顯式脈搏測試儀設計課程設計的內容及要求：一、設計說明與技術指標設計一個數顯式脈搏測試電路，技術指標如下：測試時間為1分鐘。 實時顯示脈搏數，1分鐘時停止，并提醒。利用脈沖或者正弦波模擬脈搏傳感器輸出。要求用數碼管顯示時間。二、設計要求1 .在選擇器件時，應考慮成本。2 .根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。3 .畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規范化）。三、實驗要求1 .根據技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用 multisim軟件仿真。2 .進行實驗數據處理和分析。

2、四、推薦參考資料1 .彭介華.電子技術課程設計指導m.北京：高等教育出版社2 .孫梅生，李美鶯，徐振英.電子技術基礎課程設計m.北京：高等教育出版社3 .梁宗善.電子技術基礎課程設計m.武漢：華中理工大學出版社4 .童詩白，華成英主編.模擬電子技術基礎.m北京：高等教育出版社，2006年 五、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表:序號評定項目評分成績1設計方案正確，具后可行性，創新性（15分）2設計結果可信（例如：系統分析、仿真結果）（15分）3態度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規范化、參考文獻充分（不少于 5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優、良、中、及格、不及格評定）

3、指導教師簽字:1、 概述隨著人們生活水平的提高， 心臟疾病的發病率呈上升趨勢， 已成為威脅人類身體健康的殺手之一， 因為心臟病的發作具有突發性和隨機性， 所以為患者進行實時的測量監控已成為必然的趨勢。 隨著電子科技的不斷發展， 生命科學和信息科學的結合越來越緊密， 許多研究人員都投身于人類的健康事業中。 心率： 用來描述心動周期的專業術語， 是指心臟每分鐘跳動次數， 已第一聲為準， 心電信號是一種非常弱且頻率較低的一種信號， 一般幅值在 0.05 到 5 毫伏之間，頻率在0.05 到 100hz 之間，脈搏波：人體心室周期的收縮和舒張， 導致主動脈的收縮和舒張， 是血流壓力- 波的形式從主動脈

4、根部開始沿著動脈系統傳播，這種波稱為脈搏波。脈搏波所呈現的形態強度，速率和節律等方面的綜合信息，反應出許多生理的血流特征， 而心率的測量是一種評價人生理狀況很好的方法。 心率和脈搏在身體正常的時候是相等的。 在房顫等心臟疾病的時候可出現不等。 因此心率測量問題可以轉化為脈搏的測量， 而脈搏的測量更容易實現特點。 在實際應用中得到廣泛應用。 脈搏計在實際應用中非常廣泛， 他是用來測量一個人的心臟跳動次數的電子儀器， 也是心電圖的主要組成部分， 用來測量頻率較低的小信號。 其原理適用于很多聲控器械， 它涉及到時序邏輯電路如何設計分析和工作等方面。 通過使電路更深刻的了解時序邏輯部件的工作原理，從而

5、掌握如何根據需求設計滿足要求的各種電路圖，解決生活中的實際問題。2、 方案論證主要由采樣輸入電路、 脈沖計數電路、 基準時間產生電路、 譯碼顯示電路四個部分組成。且要求在開始工作15s 后能自動停止對脈搏的計數以獲得準確的脈搏數。下次工作時通過按鈕來清零， 重新顯示脈搏數。 將脈搏信號轉換成電平信號， 由三極管接受之后經過放大電路將信號放大10 倍，流入整形電路成為規則的矩形波， 再由倍頻電路對此信號進行二倍變頻。 與此同時， 基準時間電路由單穩態555 產生一個周期為 15 秒的信號。 整個電路的核心部分控制電路的工作，按下開關，輸出為低電平，對計數器和 d 觸發器進行清零，輸出高電平。計數

6、器的脈沖信號由鎖存器輸出信號、時間基準電路的輸出信號、倍頻電路信號通過三輸入與非門產生。由三輸入與非門的輸出信號作為計數器的時鐘信號，驅動計數器計數。計數器是由 16 進制的 74ls160 的 10 進制計數器，三個計數器從左至右分別為百位、十位、個位。十位的計數受各位的影響，只有當個位計數到 9 后十位的使能端信號才有效。十位開始計數，百位的計數原理同十位。1傳感器是將脈搏跳動信號轉換為與此相對應的電脈沖信號。方法：可以利用函數信號發生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動。2 .放大整形電路把傳感器的微弱電流，微弱電壓放大，整形出去雜散信號。方法：可以 使用電壓比較器進行整型。3 .倍頻器是將整

7、形后所得到的脈沖信號的頻率提高。如將15s內傳感器所獲得的信號頻率4倍頻，即可得到對應一分鐘的脈沖數，從而縮短測量時間。方法：實現可以采用能 滿足設計要求的d觸發器組成的4倍頻電路。4 .控制電路用555保證基準時間控制，4倍頻后的脈沖信號送計數、顯示電路中。5 .計數、譯碼、顯示電路用來讀出脈搏數，以十進制數的形式由數碼管顯示出來。上述測量過程中，由于對脈沖進行了 4倍頻，計數時間也相應地縮短了 4倍15s,而數 碼管顯示的數字卻是1min的脈搏跳動次數。用這種方案測量的誤差為 4次/min,測 量時間越短，誤差也就越大。圖1方案原理圖74ls160計數器集成運放放大電路，555構成的單穩態

8、觸發器，d觸發器組成的4倍 頻電路等電路。采用簡單的74ls160作為計數器，因為它是十進制計數器，無需改裝， 直接使用。因為脈搏測量器所需的上百位的數字。因此將三片74ls160直接進行進位方式連接，即得千進制計數器。結合以上各部分電路內容及設計要求分析， 以控制電路為樞 紐，將經傳感器、放大整形電路、倍頻電路的脈搏信號和時間信號通過控制電路實現對計 數器的控制，使其能夠準確的顯示脈搏數。根據此框圖，各部分電路有如下幾種設計方案： 放大電路可以在同相放大器和反相放大器之間選擇，二者幾乎沒有區別，在此選擇使用反相比較器，整形電路可以用555構成的施密特觸發器或者由運放組成的遲滯電壓比較器， 考

9、慮到運放的使用較555簡單方便，選擇用運放構成遲滯比較器，倍頻電路的形式很多， 可以用鎖相倍頻器或者異或門倍頻器等，由于鎖相倍頻器電路比較復雜，成本比較高，所以這里采用了能滿足設計要求的 d觸發器組成的4倍頻電路。基準時間產生電路的設計 方案也較多，可以選擇石英晶體振蕩電路、555定時器構成的單穩態觸發器，因為石英晶 體振蕩電路還需要接入4060集成芯片，使用比555復雜，所以選擇555產生基準時間， 計數譯碼顯示電路的計數器設計有較多方案，可以選擇160、161、279等芯片均可以設160作為計數器電路置為10進制來滿足要求，在此選擇使用普遍，較熟悉的三、電路設計數顯式脈搏計主要由采樣輸入電

10、路、 脈沖計數電路、 基準時間產生電路、 譯碼顯示電路四個部分組成。且要求在開始工作15s 后能自動停止對脈搏的計數以獲得準確的脈搏數。下次工作時通過按鈕來清零，重新顯示脈搏數。其工作原理簡介：電路連接好以后，通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況， 將脈搏信號轉換成電平信號， 由三極管接受之后經過放大電路將信號放大10 倍， 流入整形電路成為規則的矩形波， 再由倍頻電路對此信號進行二倍變頻。與此同時，基準時間電路由單穩態555 產生一個周期為 15 秒的信號。 整個電路的核心部分控制電路的工作， 按下開關， 輸出為低電平， 對計數器和 d 觸發器進行清零， 輸出高電平。 計數器的脈沖信號由鎖存

11、器輸出信號、 時間基準電路的輸出信號、倍頻電路信號通過三輸入與非門產生。 由三輸入與非門的輸出信號作為計數器的時鐘信號，驅動計數器計數。計數器是由 16 進制的 74ls160 的 10 進制計數器，三個計數器從左至右分別為百位、 十位、 個位。十位的計數受各位的影響， 只有當個位計數到9 后十位的使能端信號才有效。十位開始計數，百位的計數原理同十位。 74ls160 計數器集成運放放大電路， 555 構成的單穩態觸發器， d 觸發器組成的 4 倍頻電路等電路。脈搏傳感器作用將脈搏信號轉換為響應的電脈搏沖信號。 放大電路多種多樣， 本次試驗采用比較簡單，廉價的運放電路。 由一個運放器和三個電阻

12、就組成了。放大倍數可調。倍頻電路對脈搏進行調頻，如將15s 內傳感器所獲得信號頻率4 倍頻即可得到對應一分鐘的脈沖數， 從而縮短測量時間。 555 定時器是為了實驗在規定時間內完成。 本設計采用簡單的 74ls160 作為計數器，因為它是十進制計數器，無需改裝，直接使用。因為脈搏測量器所需的上百位的數字。因此將三片 74ls160 直接進行進位方式連接，即得千進制計數器。結合以上各部分電路內容及設計要求分析， 以控制電路為樞紐，將經傳感器、放大整形電路、 倍頻電路的脈搏信號和時間信號通過控制電路實現對計數器的控制， 使其能夠準確的顯示脈搏數。1傳感器脈搏傳感器的作用是將脈搏信號轉換為響應的電沖

13、信號。脈搏傳感器是脈象檢測系統重要的組成部分， 其性能的好壞直接影響到后置電路的處理和結果的顯示。 目前典型的脈搏傳感器有以下三種： 光電類、 壓阻類和壓電類。傳感器采用了紅外光電轉換器， 作用是通過紅外光照射人的手指的血脈流動情況， 把脈搏跳動轉換為電信號。 傳感器信號調節，該部分結構簡單r1和r2的值分別選取510q和10kq,電源采用5v供電，紅外線發光管采用tln104接收三極管采用tlp104。本次設計中是利用函數信號發生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動。如圖 2.2 .放大與整形放大電路多種多樣，本次試驗采用比較簡單、廉價的運放電路。由一個運放器和倆個 電阻就組成了符合要求的放大電路

14、。放大倍數可調，本次放大倍數大約為 10倍。由于整 形電路比較復雜，要先較好的對脈沖信號的不規則整形是有一定的難度， 初次想到的就使 用電壓比較器進行整形，但是在模擬軟件下這種不知道那個是電壓比較器。如圖 3.圖3放大電路3 .倍頻電路該電路的作用是對放大整形后的脈搏信號進行4倍頻，以便在15s內測出1min內的人體脈搏跳動次數，從而縮短測量時間，以提高診斷效率。如圖 4.圖4倍頻電路4 .定時電路555定時器是使時間長度為15s。工作原理：開關打開，rst、vcc、1端都為高電 平，此時比較器1、2都輸出高電平，輸出端輸出為低電平。觸發時：觸發信號加在觸發 端，比較器2輸出低電平，鎖存器置1

15、,輸出端輸出高電平。電源通過電阻r6向電容c2 充電，暫穩態開始。經過一個小的延遲時間，觸發信號消失，觸發端為高電平。暫穩態結束時：隨著電容的充電，當時間達到15s的時候，電容兩端電壓為 2/3vcc,thr和thi為1/3vcc,此時輸出變為低電平。時間常數有 t=1.1rc可以求得。取 c5=10nf, c2=4.7uf, r6=2.9mq。如圖 5.圖5 555定時電路5 .計數譯碼顯示這部分電路主要要完成對方波脈沖計數，將計數結果譯碼顯示出來的功能。對于這部 分電路，有很多方案都可以實現這個功能，而且電路都很相似，對于計數器，選擇曾在這個學期做過的電子技術實驗中多次用到的十進制計數器7

16、4ls160。如圖6.圖表6 譯碼顯示電路u8： 74ls160h * h 凸 q1- - j ,-* k3總:htv- - - -9w- :等it :awt 口徑，;亙一四、性能測試本次課程設計中是利用函數信號發生器，使用正弦波模擬人體脈搏跳動。如下圖 7.圖步函數信號發生器-xfg1沽口信號選項公共7函數發生器1 .放大與整形電路測試在本次課程設計中，由于傳感器電阻大，輸出信號較弱，所以需要放大電路。如下電 路的放大倍數為：au=rf/ri=10如圖9所示a通道為信號源波形，b通道為放大后的波形。如圖表 8,9.5vvccu11a圖8放大電路圖9放大電路測試2 .倍頻放大電路由于要求在15

17、秒內完成60秒的測試，該電路的作用是對放大整形后的脈搏信號進 行4倍頻，以便在15s內測出1min內的人體脈搏跳動次數，從而縮短測量時間，以提 高診斷效率。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：t w =0.7rc=0.7x 7k 義 0.4uf=1.96ms為使上升沿分布均勻，二級倍頻電路的高電平應小于1/2t w o且如果

18、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：t w2 =0.7rc=0.7 1k x0.1uf=0.07ms如圖表10,11.4070bd 10v10kq4jtb圖10倍頻電路-r-10kq圖11倍頻電路測試3 .定時電路測試本次課題中，要求用15秒測出1min的人體脈搏，所以用 555定時器使輸出端在 15秒以內為高電平，15秒之后為低電平，低電平指示燈變亮提示，電路停止計數，數碼 管停止跳動，顯示1min內脈搏個數。如圖表12,13.vccvccxsci圖12定時電路圖13定時電路測試1.整體電路測試下圖為總圖，和測試表格結果。人的心跳不會全部相同，大概在 6

19、0-80之間，表格1 中不同頻率表示不同人的不同心率，第二列表格表示不同人類在不同的心率下一分鐘內的 脈搏數量。當函數傳輸時間達到 15秒時，開關跳開，555輸出為低電平，此時經過反向 器二極管發光以作提示之用 。圖14,表1,如下。kfg10-m-a5-wv-1dktmq4070bd10vc1 33ufvccu11au10fiamd2u12u7b210kd1q7qbd_1ov407qbd_1ov c2 一.3.&uflth4070bd 10vne5532ai r410qk 口lm5s0dco hex74ls160n-s韶35好!dcd hexdch.相招斗打聒iu8 74l31i60-ni

20、i1cc.il i? is16。時ycct!n -圖14總電路圖表1測試數據表頻率（hz） /人的心跳頻率數碼管顯示/人的脈搏數（1min）10600.50301.250761.5090212910581五、結論本次課程設計基本實現了課題的要求， 將脈搏跳動信號轉換為對應的電脈沖信號，放大整形后進行四倍頻，并在15s （基準時間）內對此信號計數，便得到了 1min脈搏數。 經過實訓進一步加深對邏輯電路和一些常用ic如74ls160、7400、555等應用的熟悉和掌握。另外，我也發現自己對數電知識和電子設計軟件掌握得不夠，其次在此次設計由于我們頻繁的使用 multisim10這個仿真軟件，因此我

21、也進一步熟悉了此軟件的使用，同時使用電腦對繪圖操作上有了進一步提高。 我首先應選出一個比較該興趣的課題， 然后根據設計題目的技術指標或電路所實現的功能， 對各單元模塊進行設計， 在設計過程中遇到了一些問題，使得我查找各種相關資料，在增長知識的同時增強解決問題和動手的能力，鍛煉我做事細心、用心、 耐心的能力。這一課程設計， 使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。在以后的學習生活中， 我會努力學習，培養自己獨立思考的能力，積極參加多種設計活動， 培養自己的綜合能力， 從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應社會。 最后將各單元模塊進行總體設計并畫出原理框圖。 最后我們用仿真軟件對我們所設計的電路進行了仿真， 經過我們不斷地調試才達到我們實際的要求。 通過這次實踐， 使我對抽象的理論有了具體的認識。也使對我專業知識和專業基礎知識做了一次實際檢驗和鞏固， 這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，