电子脉搏计数器设计.doc
《电子脉搏计数器设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子脉搏计数器设计.doc(35页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、陕西国防学院电子工程系毕业论文内容摘要本设计旨在糸综合模拟、数字电路知识,解决电子信息方面常见实际问题的能力,掌握一般电子电路设计方法与设计步骤。全面的、系统的、精辟的讲解了电子脉搏计的原理电路设计、硬件选择和使用,应用到了模拟电子和数字电子的许多知识,内容丰富,图解叙述,版式新颖,通俗易懂,由浅到深。为以后能够走向更复杂更实用的电子应用领域做好一定基础铺垫并其实用性强,设计中的各个集成电路的应用更加使设计趋于完整性。电子脉搏计是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器,也是心电图的主要组成部分。正常人的脉搏次数是每分钟6080次。这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计是用来测量频率较低的小信号(
2、传感器输出电压一般为几个毫伏)的装置。本设计主要由传感器、计数器、译码器和时基信号发生器等部分组成的数字脉搏测试电路。能测量人在一分钟内的脉搏跳动次数,并以十进制数字显示,测量的脉搏数范围0099次/分钟,适用于各个年龄及性别的人,能判断心率不齐等。总之,脉搏计的核心是要对低频信号在固定的短时间计数,最后以数字形式显示出来。可见,脉搏计的主要组成部分是计数器和数字显示器。关键字:脉搏;低通数字脉搏测试;时基信号发生器;计数器;译码器毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺:所呈交的毕业设计(论文),是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知,除文中特别
3、加以标注和致谢的地方外,不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果,也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体,均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名: 日 期: 指导教师签名: 日期: 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计(论文)的规定,即:按照学校要求提交毕业设计(论文)的印刷本和电子版本;学校有权保存毕业设计(论文)的印刷本和电子版,并提供目录检索与阅览服务;学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文;在不以赢利为目的前提下,学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名: 日 期:
4、学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位
5、论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名:日期: 年 月 日导师签名: 日期: 年 月 日前 言本设计为一个电子脉搏计系统。通过信号检测、信号处理、计数显示等几个功能模块的设计,实现了对人体脉搏的电子测量。本设计给出了系统的功能特点,设计原理以及整机电路、调试步骤等,也是电子脉搏计测试脉搏信号的一次努力和尝试,无论在传感器设计、信号处理还是计数显示,都力求经济实用。整个系统成本较低,结构简单,操作方便,易于实现。脉搏波信号更是低频微弱的非电生理信号, 必需经过放大和后级滤波以满足系统采集的要求。目前的指端脉搏检测系统都是采用模拟技术来完成滤波,放大整型等处理,再经过模数转换和进一步处理。随着电子
6、测量技术的迅速发展,现代电子测量仪器以极快的速度向数字化、自动化、智能化的方向发展。本设计为提出了脉搏波检测系统的数字化设计思想。本系统通过采样技术,通过传感器将脉搏跳动此你好转换为相应的电脉冲信号,然后再进行数字滤波处理,从而代替原有模拟电路完成放大滤波等工作,以简化设计,提高系统稳定性。 本设计文的内容是智能化测试脉搏信号的一次努力和尝试,无论是在传感器设计、信号处理还是计数显示,都力求经济实用。通过对脉搏信号的测量,为预防和治疗疾病提供参考,有益于公众卫生事业。 目 录内容摘要.1前 言.2目 录.3第一章 设计任务和要求.5第二章 总体方案设计.6 2.1 方案一.72.2 方案二.7
7、2.3 方案比较.724 方案选择.7第三章 各单元电路设计.83.1 设计原理.83.2 电源电路设计.93.3 信号采集电路设计. .103.4 时基信号电路设计.113.5 放大整形电路设计.113.6 计数译码显示电路设计.123.7 整机电路原理图.153.8 印制电路板图.16第四章 核心芯片介绍.164.1 CD40110集成芯片介绍. .174.2 74LS00 四2输入与非门.184.3 555时基电路. .194.4 数码管的简解.204.5 LM317集成稳压器. .21第五章 系统调试及试验.23第六章 总结与体会.24第七章 谢 辞.25第八章 参考文献.26第九章
8、附 录.279.1电子脉搏计的参考电路. .279.2元器件清单.28第一章 设计任务与要求1. 要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器,这里采用压电陶瓷片实现声电转换,将脉博的跳动转换为电信号,并加以放大、整形和滤波,以保证其它电路能正常加工和处理。2. 设计一个定时电路,在一分钟内,测出经放大后的电信号频率值,测出每分钟的脉搏数。3. 输出并显示一分钟内脉搏跳动的次数,要求在一分钟内能够记录人体脉搏跳动的次数并计数,以十进制的形式显示出来,直观简单,计数范围在0099,数码显示。4. 直流稳压电源部分,为整个电路提供能量,使电路稳定工作,其参数如下:输入电压:交流220V
9、20% 频率:50Hz5. 具有复位功能。第二章 总体方案设计2.1方案一把转换为电信号的脉搏信号,在单位时间内(一分钟)进行计数,并用字显示其计数值,从而直接得到每分钟的脉搏数。脉搏计方案一图2-1所示。图2-1 脉搏计方案一图中各部分的作用如下:1.1.1传感器 将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。1.1.2放大与整形 电路将传感器的微弱信号放大,整形除去杂散信号。1.1.3定时电路 产生时间基准控制信号,以控制测量时间。1.1.4计数译码显示电路 用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管显示。2.1方案二 测量脉搏在固定时间(比如15s)跳动的次数,然后将所得到的脉冲信号的频率
10、提高4倍频即可得到对应一分钟的脉冲数,如下图2-2所示。图2-2 脉搏计方案二图中各部分的作用如下:2.2.1传感器 将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。2.2.2 放大与整形 电路将传感器的微弱信号放大,整形除去杂散信号。2.2.3 倍频器 将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所获得的信号频率倍频即可得到对应一分钟的脉冲数,从而缩短测量时间。2.2.4 基准时间产生电路 产生短时间的控制信号,以控制测量时间。2.2.5 控制电路 用以保证在基准时间控制下,使4倍频后的脉冲信号送到计数显示电路中。2.2.6 计数译码显示电路 用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管
11、显示出来。上述测量过程中,由于对脉冲进行了4倍频,计数时间也相应地缩短了4倍(15s),而数码管显示的数字却是lmin的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为4次min,测量时间越短,误差也就越大。2.3方案比较 这两种方案比较起来,第一种更直观,所需的电路结构更简单些,成本更低,易于实现;第二种方案实现起来电路要复杂些,所用元器件数量多,成本相对高一点。2.4方案选择 根据设计要求,在满足设计要求的前提下,应尽量简化电路,降低成本,使脉搏计轻巧而便宜,所以采用第一种方案。第三章 各单元电路设计3.1设计原理通过传感器(压电陶瓷片)来采集人体脉搏跳动次数,将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信
12、号,经过放大整形电路将传感器的微弱电脉冲信号放大,整形除去杂散信号。定时电路产生时间基准控制信号,以控制测量一分钟内脉搏跳动的次数,并通过计数器进行计数,最后通过数码管显示出来。其整机系统框图如图3-1 图3-1 电子脉搏计整机系统框图3.2直流电源电路 3.2.1电源电路工作原理LM317输出电流为1.5A,输出电压可在1.2537V之间连续调节,其输出电压由两只外接电阻R1、RP1决定,输出端和调整端之间的电压差为1.25V,这个电压将产生几毫安的电流,经R1、RP1到地,在RP1上分得的电压加到调整端,通过改变RP1就能改变输出电压。注意,为了得到稳定的输出电压,流经R0的电流小于3.5
13、mA。电源部分电路图如图3-2 图3-2 直流稳压电源图3.2.2 参数计算稳压电源电路输出电压为:VO = VREF (1 + R2/R1) + IADJ R2输出调节电路中固定电阻1取100W,此时LM317的VREF=1.2V,Iadj=50mA,由于IadjUOH-UTH/IOH(max)选R3,式中UOH为门电路的输出高电平(VDD),UTH为门电路的阈值电压(VDD/2),IOH(max)为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。由于这里的施密特触发器主要用来对输入电压进行整形并提高抗干扰能力,通常可按R2=(0.010.1)R3的关系来选取电阻R2的阻值。3.4.2方案二如图3-5
14、所示, 用与非门D1组成的线性放大器进行放大,放大了的信号再由与非门D2进整形, 将电脉冲信号送到CD40110的9引脚,元器件参数计算和方案一相同。电路简单,能够满足设计要求。 图3-5 放大整形电路3.4.3方案比较经过比较,在能满足设计要求的前提下,选方案二。3.5计数译码显示电路3.5.1方案一:采用集成芯片CD40110CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器,具有加减计数,计数器状态锁存,七段显示译码输出等功能,其详细资料见后面核心芯片介绍。参数计算:数码管限流电阻值根据数码管电流的允许值进行计算。限流电阻R1R7可按下式进行估算: R17=UOH-UD-UCE/I
15、S式中UOH为CD4511输出高电平(VDD),UD为LED正向工作电压(约为1.52V),IS为数码管的笔段电流(约为510mA),UCE是三极管T的管压降(约为1V),则可求得R1R7约为0.5K,通常取510。若把电路中的某位显示电路单独画出来,如图3-6所示。 图3-6 计数译码显示电路3.5.2方案二:采用74HC161十六进制加减计数器,译码器CD4511构成计数译码电路74HC161是十六进制计数器,采用两片74LS161芯片设计一个100进制计数器,电路图3-7如下: 图3-7 100进制计数器译码器的功能是把计数器74LS161输出的计数结果(BCD码)转换成七段字形码,以驱
16、动数码管,实现数字或符号的显示。 CD4511是常用的BCD码七段显示译码器,它本身由译码器有输出缓冲器组成,具有锁存、译码、和驱动等功能,其输出最大电流可达25mA,可直接驱动共阴极LED数码管。本设计采用CD4511作为译码器。 CD4511有四个输入端A,B,C,D和七个输出端ag,它还具有输入BCD码锁存、灯测试和熄灭显示控制功能,它们分别由锁存端LE、灯测试端/LT、熄灭控制端/BI来控制。 3.5.3方案比较通过比较,选择方案一,集成度高,可以简化电路,使得电路更简单,而且CD40110这一芯片价格不是很贵。3.6时基信号产生电路时基电路应产生一个方波定时脉冲,用来控制计数器CD4
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子 脉搏 计数器 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【w****g】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【w****g】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。