1、數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計說明書課題名稱：數(shù)字心率計設(shè)計 系 部：電氣與信息工程系 專 業(yè)：電子信息工程技術(shù) 班 級：電信0901班 設(shè) 計 者： 組 員： 學 號：09400230116 指導(dǎo)老師：肖文英 職稱：講師 2011-6-5緒論隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會發(fā)展步入了信息時代，隨著信息時代對人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢，人們的生活水平提高，對精神文明生活的要求也跟著提高，這對電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求。數(shù)字電子技術(shù)作為一門應(yīng)用很廣泛的科學技術(shù)，發(fā)展極其迅速。要想學好這門技術(shù)，首先是基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學習，然后要技術(shù)訓練，進而培養(yǎng)我們對理論聯(lián)系實際的能力，設(shè)計電路的能力，實

2、際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實驗結(jié)果、檢查和排除故障的能力。課程設(shè)計作為對本課程的學習情況的檢驗，同時課程設(shè)計也對本課程知識的綜合運用。同時也加深我們對電子產(chǎn)品的理解。隨著人民生活水平的提高，心臟疾病的發(fā)病率呈上升趨勢，已經(jīng)成為威脅人類身體健康的殺手之一。僅去年全世界死于心血管疾病的患者就達1550萬人，占整個死亡人數(shù)的四分之一。在我國心臟病患者約有七千萬人，死亡原因只要是致命性心率失常和急性心梗。因為心臟病的發(fā)作具有突發(fā)性和隨機性，實時性檢測是發(fā)展的必然趨勢。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展。生命科學和信息科學的結(jié)合越來越緊密，許多研究人員都投身于人類健康的發(fā)展事業(yè)發(fā)展中。做為學習電

3、子信息專業(yè)和關(guān)注人類健康發(fā)展的當代大學生的我們積極探究這方面的知識是非常必要的。剛好，我們這組有幸抽到這方面的課題-數(shù)字心率記設(shè)計。introductionWith the rapid development of electronic technology, social development into the information age, as the information age to personnel of high quality and the information requirements, with higher education development tend

4、ency, the living standard of people of spiritual civilization, improve the living requirements also follow the electronic field to improve, put forward higher requirement with.Digital electronic technology as an application is a wide range of scientific technology, the development of extremely rapid

5、ly. If you want to learn this door technology, the first is the foundation theory system study, and then to technical training, thus cultivating our ability of integrating theory with practice, the design of the circuit, the ability of the actual operation ability, and cultivate correct data process

6、ing, analysis and comprehensive experimental results, check and remove the faults ability. Course design, as of this course of study, at the same time course design and test this course of knowledge comprehensively. At the same time also deepen our understanding of electronic products.With the impro

7、vement of people's living standard, the heart disease rates rise, has become a threat to the health of the human body killers. The world last year only death from cardiovascular disease reached 15.5 million, accounting for a quarter of the death toll. In our heart patients, about seventy million

8、 men, and the cause of death as long as it is deadly arrhythmia and an acute myocardial infarction. Because the heart attacks have sudden and randomness, real-time detection is an inevitable trend. Along with the development of electronic technology. Life science and information science is more and

9、more closely, the combination of many researchers involved in the development of the human health career development. As a study on human and electronic information professional the healthy development of the contemporary college students of our active inquiry this knowledge is very necessary. Just

10、right, our group to take to this topic-digital heart rate down design.目 錄緒論 1第一章 方案論證 21.1定次數(shù)測時間實現(xiàn)法 21.2單片機實現(xiàn)法 21.3定時間測次數(shù)實現(xiàn)法 3第一章 數(shù)字心率計單元電路設(shè)計 42.1傳感器 42.2放大整形電路設(shè)計 42.3心率監(jiān)測電路設(shè)計 42.4時基信號發(fā)生器設(shè)計 82.5計數(shù)譯碼顯示電路電路設(shè)計 8第三章 總電路及原理分析 133.1 數(shù)字心率計總電路及其原理說明 13數(shù)字心率計電路工作原理 133.2元器件的參數(shù)設(shè)定 133. 3電路仿真 14仿真軟件介紹 14電路仿真 14第

11、四章 原理圖及PCB板的制作 184.1原理圖的生成及其原理圖 184.2 PCB板制作 18第五章 元器件的安裝與電路測試 205.1 元器件的安裝 205.2 電路測試與調(diào)試 20測試注意 20測試結(jié)果 20設(shè)計心得體會 21附錄1：原件清單 22附錄2：參考文獻 23課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計要求1、設(shè)計一個心率數(shù)字計，能測量一分鐘的脈搏數(shù)，并以數(shù)字顯示。2、測量時間：在15秒內(nèi)完成。3、測量的脈搏數(shù)范圍：40-200次/分，測量誤差不能超過1次/分。4、安裝自己設(shè)計的電路5、通電調(diào)試二、提高部分1、脈搏傳感器應(yīng)能方便地取得脈膊信號。2、能判斷心率不齊且進行警告顯示。第一章 方案論證從醫(yī)學常

12、識我們可知心率略等于脈搏次數(shù)，所以本次課程設(shè)計我們將脈搏做為心率的采樣處。以脈搏次數(shù)作為心率。從心率計的上述功能要求來考慮，可采用三個不同的方案來實現(xiàn)。1.1定次數(shù)測時間實現(xiàn)法圖1-1-1 方案一結(jié)構(gòu)框圖（1） 傳感器：將脈搏跳動信號轉(zhuǎn)化為與此相對的電脈沖信號。（2） 放大與整形電路：將傳感器的微弱信號放大，整形除去雜散信號。（3） 基準時間產(chǎn)生電路：產(chǎn)生短時間的控制信號，以控制測量時間。（4） 六進制計數(shù)器：用來檢測六個脈搏信號，產(chǎn)生五個脈沖周期的門控信號。（5） 門控電路：控制基準脈沖信號進入8位二進制計數(shù)器。（6） 8位二進制計數(shù)器：對通過門控電路的基準脈沖進行計數(shù)。（7） 定時脈沖產(chǎn)生

13、電路：產(chǎn)生定時脈沖數(shù)信號，如3000個脈沖送到可預(yù)置8位計數(shù)器。（8） 可預(yù)置8位計數(shù)器：以8位二進制計數(shù)器輸出值作為預(yù)置數(shù)，對3000脈沖進行分頻，所得即為心率。（9） 譯碼器、顯示電路：用以讀取心跳次數(shù)，并以十進制數(shù)形式由數(shù)碼管顯示出來。（10） 電源電路：按電路要求提供符合要求的直流電源。1.2單片機實現(xiàn)法 圖1-2-1 方案二結(jié)構(gòu)框圖（1） 脈搏傳感器部分：將脈搏信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出。（2） 信號放大電路部分：脈搏傳感器出來的電壓較弱，一般在毫伏級，需要進行放大。所以要將傳感器輸出的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘枺阌诤罄m(xù)電路的處理。（3） 電壓基準變化電路：將放大后的信號在

14、一個周期內(nèi)有多個零值，不便于對脈搏波動頻率進行測量，通過電壓基準變化，將脈搏基準下調(diào)，使之在同一個周期內(nèi)，只有兩個零值，便于后續(xù)電路處理。（4） 過零比較器部分：單片機是數(shù)字信號處理工具，輸入單片機的信號必須是離散的數(shù)字信號或者脈沖信號。過零比較器就用把周期信號變?yōu)槊}沖信號，便于單片機處理。（5） 單片機處理電路部分：通過對單片機進行編程，完成信號輸入檢測，信息分析處理及信息顯示。（6） 顯示電路部分：單片機處理得到的心跳波動頻率信息，最后在顯示電路中直觀的顯示出來。（7） 電源電路：按電路要求提供符合要求的直流電源。1.3定時測次數(shù)實現(xiàn)法圖1-3-1 方案三結(jié)構(gòu)框圖（1） 傳感器：將脈搏轉(zhuǎn)換

15、成相應(yīng)的電脈沖信號（2） 放大電路：對微小電脈沖信號進行放大；（3） 時基信號發(fā)生電路：產(chǎn)生固定時間（1分鐘活半分鐘）的控制信號，作為計數(shù)器的門控，使計數(shù)器只有在此期間才進行計數(shù)；（4） 計數(shù)、譯碼、顯示電路：在門控信號作用期間，對電脈沖信號進行計數(shù)，并顯示譯碼器譯碼，再由數(shù)碼管顯示數(shù)值；（5） 心率監(jiān)測電路：如果出現(xiàn)心率不齊，應(yīng)有所告警。（6） 電源電路：按電路要求提供符合要求的直流電源。通過對三種方案的比較可知：方案一精度較高，但是電路復(fù)雜，成本較高，實現(xiàn)起來較難。所以本次課程設(shè)計暫不采用。方案二運用單片機，技術(shù)含量相對高，且穩(wěn)定性、可靠性、精度都高，但是由于本次課程設(shè)計為數(shù)字電子技術(shù)課程

16、設(shè)計，所以也采用此方案。方案三，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。能夠滿足本次課程設(shè)計的要求。所以于以采用。在把轉(zhuǎn)換為電信號的脈沖信號，我們才用在單位時間內(nèi)（一分鐘或半分鐘）進行計數(shù)，并以數(shù)字顯示其計數(shù)值，從而直接得到每分鐘的心率次數(shù)。第一章 數(shù)字心率計單元電路設(shè)計2.1傳感器傳感器又稱為換能器、變換器，我們本次采用的傳感器其基本功能要求為：將切脈壓力和橈動脈搏壓力這樣一些物理量（非電量）轉(zhuǎn)換為便于測量的電量。為了把脈搏轉(zhuǎn)換成電信號，應(yīng)采用壓電式傳感器。它有兩種基本類型：石英晶體和壓電陶瓷。前者溫度穩(wěn)定性和機械強度都很高，工作穩(wěn)定范圍寬，轉(zhuǎn)換精度也高。而壓電陶瓷是人工制造的壓電材料，優(yōu)點是壓電系數(shù)大、靈敏度

17、高、價格便宜，只是溫度穩(wěn)定性和強度不如石英晶體。目前應(yīng)用更多的是壓電陶瓷。它的性能上能滿足脈搏計的要求，而且成本低是一個重要因素。2.2放大整形電路設(shè)計放大整形電路如下圖2-2-1所示，由晶體管9013與74LS00等組成，其中晶體管9013組成放大器將壓電陶瓷傳感器輸出的信號進行放大。與非門構(gòu)成的施密特觸發(fā)器，它對放大器的輸出信號進行整形，使之成為中規(guī)中矩的矩形波。圖2-2-1 放大整形電路2.3心率監(jiān)測電路設(shè)計根據(jù)課題要求，心率監(jiān)測電路不僅可測出人的心臟每分鐘跳動的次數(shù)，還能夠指示出心率是否正常，心率不正常是脈搏中間出現(xiàn)停跳的狀態(tài)，即在連續(xù)的脈搏電信號中出現(xiàn)脈沖失落的現(xiàn)象。通?？刹捎寐┦}

18、沖檢出電路來進行監(jiān)測，電路如下圖2-2-3所示。圖2-3-1 心率監(jiān)測電路漏失脈沖檢出電路的核心部分是有555定時器所組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，此外，在外接電容C是兩端并入一個三極管T。對于555定時器芯片，它由TTL集成定時電路和CMOS集成定時電路,這二者功能完全相同,不同之處是:TTL集成定時電路的驅(qū)動能力比CMOS集成定時電路大。555定時電路是由三個5千歐電阻組成分壓器、兩個高精度電壓比較器、一個基本R-S觸發(fā)器、一個作為放電通路的管子及輸出驅(qū)動電路組成。它的邏輯電路圖為：如圖2-3-2所示。圖2-3-2 555定時器邏輯電路圖及555定時器邏輯符號功能描述：功能表如表2-3-1表所示。當

19、輸入端R為低電平時，不管別的輸入端為何種情況，輸出為低電平,CMOS管工作。當引腳6的輸入電平大于2/3UDD并且引腳2的輸入電平大于1/3UDD,輸出為低電平,CMOS管工作當引腳6的電平小于2/3UDD并且引腳2的輸入電平大于1/3UDD,輸出為原狀態(tài).當引腳2的電平小于1/3UDD,電路輸出為高電平,NMOS管關(guān)斷.表2-3-1 555功能表555定時器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器具有下列特點：第一，它有一個穩(wěn)定狀態(tài)和一個暫穩(wěn)狀態(tài)；第二，在外來觸發(fā)脈沖作用下，能夠由穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)狀態(tài)；第三，暫穩(wěn)狀態(tài)維持一段時間后，將自動返回到穩(wěn)定狀態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)時間的長短，與觸發(fā)脈沖無關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。單

20、穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)和裝置中，一般用于定時（產(chǎn)生一定寬度的脈沖）、整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成等寬、等幅的脈沖）以及延時（將輸入信號延遲一定的時間之后輸出）等。在沒有加入觸發(fā)脈沖前，電路處于穩(wěn)態(tài)，輸出端（555定時器引腳3）為低電平，U0=0.當輸入端（5555定時器引腳7）的觸發(fā)脈沖下降沿到達后，電路進入暫態(tài)，輸出端為高電平，U0=1。而后電源電壓VCC通過電阻R開始向電容C充電，當充電到U0=2/3VCC時，電路又還回到穩(wěn)態(tài)，輸出端重新回到低電平，U0=0,這個穩(wěn)態(tài)一直維持到下一個觸發(fā)脈沖下降沿到達時為止。暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間（輸出脈沖寬度Tw）只取決于外接電阻R和電容C的大小，Tw=0.1RC。

21、單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形如下圖2-3-3所示圖2-3-3 單穩(wěn)態(tài)電路的工作波形漏失脈沖檢出電路的基本原理是使電路在沒有漏失脈沖時，電容C充電值始終達不到U0=2/3VCC，則輸出端將一直維持高電平。但是，當沒有漏失脈沖時，電容C充電似乎就加長，可使電容C充電達到U0=2/3VCC，于是電路有暫穩(wěn)態(tài)返回穩(wěn)態(tài)，輸出端變?yōu)榈碗娖健Ｔ谙乱粋€觸發(fā)脈沖下降沿達到時，輸出端又變?yōu)楦唠娖剑Y(jié)果在漏失脈沖狀態(tài)下，輸出端產(chǎn)生一根負脈沖，它可作為有漏失脈沖的標志信號。結(jié)合圖圖2-3-1所示電路和工作波形圖圖2-3-4進行說明。圖2-3-4 電路工作波形圖假設(shè)單穩(wěn)態(tài)電路開始時U0=1，本來電容C應(yīng)通過電阻R被電源電源VC

22、C充電，但此時U1為低電平，晶體管T飽和導(dǎo)通，則C兩端電壓UC將近似為0，只有在t1時刻后由于U1為高電平，晶體管截止，電容C才開始充電，Uc將近似線性增加。當達到t2時刻，電容C充電尚未達到2/3Vcc，而觸發(fā)脈沖U1的下降沿出現(xiàn)了，此后的t2t3期間，電容C很快放電（因晶體管導(dǎo)通），這樣輸出端電壓U0仍保持原來的高電平，在t3時刻C又充電，未充到2/3Vcc，U1又產(chǎn)生下降沿（t4時刻），C很快放電。t5時刻,C被充電，但由于在t5t7期間有觸發(fā)脈沖漏失，這樣C充電時間加長，在t6時刻可使電容C充電至2/3Vcc，使輸出端U0變?yōu)榈碗娖?C則通過555內(nèi)部法開關(guān)管迅速放電。t7時刻有觸發(fā)脈

23、沖下降沿出現(xiàn)，從而使U0回跳至高電平?？梢娪新┦}沖時，輸出端U0就會出現(xiàn)一負脈沖，它就是檢出漏失脈沖的標志信號。圖2-3-1中的兩個與非門組成的RS觸發(fā)器，用來記憶漏失脈沖狀態(tài)。這樣，當有漏失脈沖（脈搏停跳一次）時，U0出現(xiàn)負脈沖，通過RS觸發(fā)器使發(fā)光二極管LED陰極為低電平，于是LED發(fā)光，以告知測試者。為了能檢出漏失脈沖，應(yīng)適當調(diào)節(jié)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器輸出脈沖寬度Tw=1.1RC，使其稍大于輸入脈沖（脈搏電信號）周期。由于正常人的心跳速度為60120次/min，其周期為10.5s，則要求1.1RC>（0.51）s，電容C是取值范圍為幾百皮法到幾十微法，而電阻R應(yīng)該采取電位器，以便于調(diào)整。2

24、.4時基信號發(fā)生器設(shè)計時基電路是為了產(chǎn)生一個方波定時脈沖，用來控制計數(shù)器CD4553的計數(shù)允許INT端，以便使計數(shù)器在定時脈沖寬度所固定的時間內(nèi)進行對脈搏電脈沖計數(shù)，固定時間為四分之一分鐘。在此我們采用的是555的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器加外圍電路構(gòu)成的時基信號發(fā)生器。如下圖2-4-1所示。圖2-4-1 時基信號發(fā)生器電路此電路的核心是555定時器，其本質(zhì)也就是一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，按鍵接地并與電阻R4串聯(lián)接高電平VCC，當沒按下鍵時2腳輸入為高電平，555定時器內(nèi)部晶體管飽和導(dǎo)通，電容C2短路，7腳一直為低電平，則3腳輸出為低電平經(jīng)過非門輸出高電平，當按下鍵時，2腳變?yōu)榈碗娖剑?55定時器內(nèi)部晶體管截止，經(jīng)

25、過電位器RV1對電容C2充電，當C2兩端電壓尚未達到VCC 2/3VCC時，3腳輸出為高電平經(jīng)過非門輸出低電平，當C2兩端電壓達到2/3VCC時，3腳輸出為低電平經(jīng)過非門輸出恢復(fù)高電平，輸出低電平持續(xù)的時間由電位器RV1和電容C2來確定，計算公式為：t=1.1RC，其中電容C1為小電容，作用是為了濾除高頻干擾，一般取100Pf。2.5計數(shù)譯碼顯示電路電路設(shè)計本次課程設(shè)計為了電路的簡單，我們采用CD4553作為計數(shù)器。對于這塊芯片有兩個與一般的芯片的不同之處:(1 有多功能：鎖存控制、計數(shù)允許、計滿溢出和清零等。(2 是三位10進制計數(shù)器，但只有一位輸出端（輸出BCD碼），要完成三位輸出，采 用

26、掃描方式，通過它的選通脈沖信號，依次控制三位十進制的輸出，從而實現(xiàn)掃描顯示方式。圖2-5-1 CD4553組成方框圖 圖2-5-2 CD4553管腳圖CD4553的組成方框圖及管腳排列圖2-5-1、圖2-5-2所示。功能表見下表2-5-1表.下面簡要說明這些管腳的功能：（1）CL(引腳12為計數(shù)器的脈沖輸入端。（2）INH（引腳11）計數(shù)允許控制端，當INH為“0”時計數(shù)脈沖有CL端進入計數(shù)器，而當INH為“1”時，禁止計數(shù)脈沖輸入計數(shù)器，計數(shù)器保持禁止錢的最后計數(shù)狀態(tài)。（3）LE（引腳10）為鎖存器允許端，當LE為“1”時，鎖存器呈鎖存狀態(tài)而保持原有鎖存器內(nèi)信息。（4）R（引腳13）為復(fù)零端

27、，當R=1時，計數(shù)器輸出Q0Q3皆為0.（5）輸出哪一位的計數(shù)值由選脈沖DS1DS3控制（低電平有效）。（6）溢出OF（引腳14），當CD4553每計滿1000個脈沖時。溢出端輸出一個脈沖，而后有重新開始計數(shù)。輸入輸出RCLINHLE0上升沿00不變0下降沿00計數(shù)01不變01上升沿0計數(shù)01下降沿0不變00不變0下降沿鎖存01鎖存10Q1=Q2=Q3=Q4=0表2-5-1 CD4553功能表對于譯碼電路我們選用CD4511芯片作為電路的譯碼器。譯碼器的功能就是把計數(shù)器CD4553輸出的計數(shù)結(jié)果（BCD碼）轉(zhuǎn)換成七段字型碼以驅(qū)動數(shù)碼管，實現(xiàn)數(shù)字或符號的顯示。CD4511是常用的（BCD碼）七段

28、顯示譯碼器，它本身由譯碼器有輸出緩沖器組成，具有鎖存、譯碼、和驅(qū)動等功能，。其輸出的最大電流可達25mA，可直接驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管。鑒于此本課程設(shè)計我們采用CD4511作為譯碼器。CD4511有四個輸入端A,B,C,D和七個輸出端ag，它還具有輸入BCD碼鎖存，燈測試和熄滅顯示控制功能，它們分別由鎖存端LE、燈測試端/LE、熄滅控制端/BI來控制。CD4511的引腳排列圖如圖2-5-3所示，其真值表如下表2-5-2表所示。由表2-5-2可見，當鎖存允許端LE=“0”時，鎖存器直通，譯碼器輸出端ag隨輸入端AD端變化而變化，當LE=“1”時鎖存器鎖定，輸出狀態(tài)保持不變。熄滅控制端/BI=“0

29、”時，譯碼器輸出全“0”，因此，正常工作時應(yīng)是/BI為高電平。另外燈測試端/LT=“0”時，譯碼器輸出全“1”，數(shù)碼管各端全亮，即顯示8，用來檢測數(shù)碼管是否正常。當輸入BCD碼大于1001時，七段顯示輸出全“0”，各段全不亮。CD4511的引腳圖如圖2-5-3所示：圖2-5-3 CD4511的引腳圖CD4511的真值表如下表2-5-2表所示：LE/BI/LTDCBAabcdefg顯示011111108010000000熄滅011000011111100011000101100011011001011011012011001111111013011010011100114011010110110

30、1150110110101111160110111111000070111000111111180111001111001190111010-11110000000熄滅111為LED上跳前的BCD碼決定鎖存表2-5-2 CD4511真值表譯碼顯示采用掃描方式，使三位數(shù)字顯示只需一片CD4511譯碼器，這種顯示方式可簡化電路，節(jié)省元件和降低功耗。掃描顯示方式的原理圖如圖2-5-4所示。該圖為三位LED顯示，所有位的七段碼線都并聯(lián)在一起，而各位數(shù)碼管的共陰極（對共陰極LED數(shù)碼管）D1,D2,D3分別被計數(shù)器CD4553輸出的掃描時序脈沖DS1，DS2,DS3控制（本設(shè)計電路中DS1DS3經(jīng)三極管

31、BG1BD3控制D1D3），從而實現(xiàn)各位的分時選通顯示。但要注意為了顯示穩(wěn)定，應(yīng)使掃描時序脈沖的頻率合適，頻率過低將會使顯示產(chǎn)生閃爍，而頻率過高將會使顯示產(chǎn)生余輝。掃描頻率與顯示數(shù)碼管的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多掃描的頻率應(yīng)越高，通常可取掃描頻率為幾百赫茲，可由CD4553接入電容Cs值調(diào)整來決定。在這里我們選取1000pf。對于顯示電路我們采用三位一體的共陰數(shù)碼管。-圖2-5-4 三位一體LED數(shù)碼管顯示電路對與數(shù)碼管的限流電阻根據(jù)數(shù)碼管的電流允許大小來設(shè)置。將電路中的其中一位顯示電路單獨列出進行分析，如圖2-5-5圖所示：圖2-5-5 一位數(shù)碼管顯示電路連接圖限流電阻R1R7可按下式進行估算： 式

32、 2-5-1式2-5-1中式中為CD4511輸出高電平（）, 為LED正向工作電壓（約為1.52V），是三極管T的管壓降（約1V），為數(shù)碼管的筆端電流（約為510mA），則可求得R17約為0.5K。我們選擇標稱值為470的電阻作為限流電阻。下圖圖2-5-6為根據(jù)以上原理設(shè)計的計數(shù)譯碼顯示電路：圖2-5-6 計數(shù)譯碼顯示電路由于在購買元器件時，元器件店沒有三位一體共陰數(shù)碼管，所以我們只好采用在原電路不變的基礎(chǔ)上四位一體共陰數(shù)碼管。只是少接一位即可。同樣可以實現(xiàn)其顯示功能。第三章 總電路及原理分析3.1 數(shù)字心率計總電路及其原理說明數(shù)字心率計總電路圖如下圖3-1-1所示：圖 3-1-1 數(shù)字心率計

33、總電路傳感器將非電量脈搏的跳動信息轉(zhuǎn)換為電信號，傳感器輸出的帶有脈搏跳動的信息的電信號輸入放大整形電路，進行放大整形，因為脈搏傳感器出來的電壓較弱，一般在毫伏級，需要進行放大。所以要將傳感器輸出的信號進行放大，使之成為一個幅值適當?shù)男盘?，才便于后續(xù)電路的處理。計數(shù)器要對與矩形脈沖才能較準確的計數(shù)，所以我們必須將放大后的波形整形為比較中規(guī)的矩形脈沖波。然后將放大整形后的信號輸入計數(shù)器和心率檢測電路部分。當心率不齊時，其心率檢測電路部分的LED二極管發(fā)光。提示所測的的心率波動較大。即測試者心率不齊。信號進入CD4553計數(shù)器，計數(shù)器對輸入的脈沖信號的下降沿進行計數(shù)器，然后將計數(shù)值通過Q0、Q1、Q

34、2、Q3輸出一位十進制的BCD的數(shù)，通過掃描完成三位的輸出。CD4511輸出的數(shù)據(jù)進入CD4511譯碼器芯片譯碼，譯碼器輸出后通過限流電阻后直接通過數(shù)碼管直觀的顯示出來。通過讀取數(shù)碼管上的數(shù)據(jù)，即可獲得測試者的心率測試結(jié)果。3.2元器件的參數(shù)設(shè)定在放大整形電路中C8為濾波電容在此我們用47uf的電解電容，C3為100uf,R6為39K,R5為10K,R5再串上一個50K的電位器方便在調(diào)試時調(diào)節(jié)其靜態(tài)工作點，晶體管選取NPN型9013，R9選取47K,R8選取10，R7選取1K,二極管采用IN4001型號，整形電路部分由與非門構(gòu)成的RS觸發(fā)器用一塊74LS00芯片組成。Q2用9012型號的PNP

35、晶體管，RV3用阻值為200K電位器，C6為47Uf的電解電容，C7為1nF的電容，其信號處理電路用NE555定時器芯片，后續(xù)同樣用74LS00芯片構(gòu)成RS觸發(fā)器結(jié)構(gòu)。D2為LED發(fā)光二極管。R12和R13均為470電阻。時基信號產(chǎn)生電路是為了產(chǎn)生一定時15S的定時脈沖。則將C1設(shè)為100pf，R4設(shè)為200，RV1為200K的電位器，C2設(shè)為220Uf,利用NE555加上上述元件構(gòu)成一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。在計數(shù)譯碼顯示電路中通過設(shè)置C1可以設(shè)定CD4553掃描時間，在此設(shè)定電容為1nf，R10和C5加上按鍵可構(gòu)成計數(shù)器的復(fù)位電路，則設(shè)R10為200，C5為47Uf的電解電容。計數(shù)器芯片選取CD4

36、553,譯碼器選取CD4511芯片，由數(shù)碼管的電流限制選取阻值為470的限流電阻。顯示電路本應(yīng)采用三位一體的共陰數(shù)碼管，但因購買元器件時三位一體共陰數(shù)碼管沒貨，所以，我們用四位一體共陰數(shù)碼管代替。3. 3電路仿真對于本次課程設(shè)計我們一改前例，使用了一款新的、功能更為強大的仿真軟件Proteus。Proteus 軟件是由英國 Labcenter Electronics 公司開發(fā)的EDA工具軟件，已有近20年的歷史，在全球得到了廣泛應(yīng)用。Proteus 軟件的功能強大，它集電路設(shè)計、制版及仿真等多種功能于一身，不僅能夠?qū)﹄姽?、電子技術(shù)學科涉及的電路進行設(shè)計與分析，還能夠?qū)ξ⑻幚砥鬟M行設(shè)計和仿真，并

37、且功能齊全，界面多彩，是近年來備受電子設(shè)計愛好者青睞的一款新型電子線路設(shè)計與仿真軟件。Proteus軟件和我們手頭的其他電路設(shè)計仿真軟件最大的不同即它的功能不是單一的。它的強大的元件庫可以和任何電路設(shè)計軟件相媲美；它的電路仿真功能可以和Multisim相媲美，且獨特的單片機仿真功能是Multisim及其他任何仿真軟件都不具備的；它的PCB電路制版功能可以和Protel相媲美。它的功能不但強大，而且每種功能都毫不遜于Protel，是廣大電子設(shè)計愛好者難得的一個工具軟件。（1）時基電路仿真下為時基發(fā)生器的仿真電路圖如下圖3-3-1所示：3-3-1 時基發(fā)生器的仿真電路圖時基信號發(fā)生器是為給CD45

38、53計數(shù)器芯片提供一個有效脈沖使之啟動計數(shù)，當脈沖過后就自動鎖定。按照課題要求是要提供一個15s的有效脈沖信號使計數(shù)器開啟對脈搏計數(shù)。每當按鍵一次就定時15s。時信號的仿真結(jié)果如圖3-3-2圖所示：圖3-3-2 時信號的仿真結(jié)果圖圖3-3-2中的低電平即為計數(shù)器開啟計數(shù)的有效脈沖信號。上圖上時按鍵兩次的產(chǎn)生的定時結(jié)果。由圖中我們可知當定時結(jié)束后時基信號發(fā)生器馬上由低電平變?yōu)楦唠娖健４藭r計數(shù)器也將鎖定，暫停計數(shù)。（2）檢測電路仿真監(jiān)測電路仿真電路圖如下圖3-3-3所示：圖3-3-3 監(jiān)測電路仿真電路圖對于這部分電路的仿真我們采用最后左邊的按鍵的按下與松開模擬輸入信號的，因為當我們按下鍵時就相當于

39、向系統(tǒng)輸入低電平，松開鍵就相當向系統(tǒng)輸入高電平。當我們固定不變的頻率去按鍵時則D2不會發(fā)出報警信號。當雜亂無章的按鍵，則D2發(fā)光發(fā)出報警信號。提示輸入信號是不穩(wěn)定的。（3）計數(shù)譯碼顯示電路仿真計數(shù)譯碼顯示電路仿真圖如圖3-3-4所示：圖3-3-4 計數(shù)譯碼顯示電路仿真圖對于計數(shù)譯碼顯示部分電路的仿真，我們同樣也是用按鍵模擬輸入的計數(shù)脈沖，我們每按鍵一次就會產(chǎn)生一個下降沿，計數(shù)器計數(shù)值加一。對于這部分電路的仿真結(jié)果如圖3-3-5所示：圖3-3-5 計數(shù)譯碼顯示電路仿真結(jié)果上圖為按鍵51次的仿真結(jié)果即為輸入信號有51個下降沿。計數(shù)譯碼顯示電路對這51個下降沿的有效計數(shù)脈沖計數(shù)的結(jié)果，通過數(shù)碼管顯示

40、出。第四章 原理圖及PCB板的制作4.1原理圖的生成及其原理圖首先打開Protel99se軟件，新建一個原理圖文件并命名為數(shù)字心率計設(shè)計，選定保存的地方。然后，在工具欄中選元件，連線，對各元件進行正確的引腳封裝。設(shè)置好在Proteus中仿真確定的元件參數(shù)。在protel99se中生成的原理圖如下圖4-1-1所示。圖4-1-1 數(shù)字心率計設(shè)計原理圖4.2 PCB板制作在上圖4-1-1圖的基礎(chǔ)上，在工具欄中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表。檢查網(wǎng)絡(luò)表無誤后新建一個PCB文件，在PCB中導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表。然后進行自動布局，再自動布局后進行人工調(diào)整，在進行人工布線制作出PCB文件。PCB最終的布線效果圖如圖4-2-1所示。圖4-

41、2-1 PCB布線圖第五章 元器件的安裝與電路測試5.1 元器件的安裝在安裝前，先用紗布將電路板上的碳粉打磨掉，然后用萬用表檢查是否有短線，短路的情況，在焊接時注意焊點的大小，焊錫量要合適過，熱要靠焊錫橋，使焊件很快被加熱到焊接溫度。元件要固定在焊錫凝固之前不要使焊件移動或震動，特別是用鑷子夾住焊件時一定要等焊錫凝固再移去鑷子。另外，安裝時對照PCB圖、原理圖經(jīng)行焊接，要特別注意電容，芯片等器件的引腳和極性，不能接反，否則會把這些器件燒壞。如果不小心接錯了，在拔出的時候要小心，用工具慢慢把焊錫去掉，再將元件拔出。而且拔的方向要正確，如果萬一有線路腐蝕過火，且線路少時，可用導(dǎo)線連接，連接線路要盡

42、可能短，否則影響美觀和檢查。5.2 電路測試與調(diào)試整個電路連接完之后，就可以對該電路進行調(diào)試與測試，來發(fā)現(xiàn)和糾正設(shè)計方案的不足。在進行調(diào)試和測試之前，首先要對電路進行檢查。對照原理圖按順序一一檢查，以免出現(xiàn)遺漏。以元件為中心進行查線，把每個器件的引腳依次檢查，看是否有接錯線或少接線，為了防止出差錯，最好對已檢查的線路在原理圖上做上標記，如果線路沒有問題，就可以接著對電路進行調(diào)試和測試了。用萬用表適當?shù)臋n位對元器件進行測試，看線路是否接通。如果有錯誤就對其進行修改，修改后再調(diào)試。先不安上芯片的情況下，接通電源用萬用表檢測每塊芯片的插座的電源是否正常供電。在測得其正常供電的情況下，斷開電源，安上芯

43、片，接通電源，將相應(yīng)電位器調(diào)節(jié)好，進行測試看與指標是否符合。顯示輸出等電路故障的原因：（1）焊接電路是有虛焊 （2）線路接觸不良對沒有錯誤的電路而言。用萬用表的歐姆檔對印制電路板連接在一起的節(jié)點進行測試，如果萬用表有數(shù)值顯示。則證明此節(jié)點已經(jīng)連通的。如果沒有顯示，則證明此節(jié)點中間斷路。本次設(shè)計為了保證基本部分的實現(xiàn)，對于脈搏信號部分由兩種方案，一種是用傳感器采集脈搏，然后進過放大整形，其二是用按鍵進行模擬脈搏信號，兩種信號的選擇通過跳線開關(guān)進行選擇；用短路帽將跳線開關(guān)的12接通（用實際的脈搏信號），接通電源，按下報警電路的開關(guān)，打開電源開關(guān)，將壓電陶瓷片放在手脈處，按下定時開關(guān)，同時松開報警電路開關(guān)，開始數(shù)碼管上顯示3個“0”,當脈搏每跳一下，可以看到數(shù)碼管上