数显脉搏测试仪

西华大学课程设计说明书

课 程 设 计 说 明 书

课程名称： 题 目： 学 院： 专 业： 年 级： 学 生： 学 号： 指导教师： 完成日期：

电子技术课程设计 数显脉搏测试仪 电气信息学院

2011级

2012年6月27日

I

西华大学课程设计说明书 数显脉搏测试仪

摘要：脉搏是一项重要生理参数。目前，测试脉搏的设备已从传统的数字电路向

以微控制器为核心的方向发展。本文的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。本题目主要设计一个由传感器、放大器、低通滤波器、施密特触发器、倍频、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。能够在15s内测量人在一分钟内的脉搏数，并以数字显示出来，并能够进行清零处理，以便下次测量。整个系统耗电低，体积小，具有便携性与精确性。

关键词：脉搏，计数器，译码器

Abstract：Pulse is an important physiological parameters. At present,

the test device from the pulse of the conventional digital circuit to the micro controller in the direction of the core. This article focuses on the measurement that required to achieve simplification and precise. The major design problem a sensor, an amplifier, a low pass filter, a Schmitt trigger, frequency, counter, decoder and the time base signal generator and other components of the digital pulse of the test circuit. Within 15s who can measure the pulse in a minute number, and digitally displayed, and be able to deal cleared for the next measurement. The entire system low power consumption, small size, portability and accuracy.

Keywords: pulse, counter, decoder

II

西华大学课程设计说明书 目 录

1 前言 ........................................................... 1 1.1 设计背景 ....................................................... 1 1.2 设计目标 ....................................................... 1 1.3 实施计划 ....................................................... 1 1.4 必备条件 ....................................................... 2 2 总体方案设计 ................................................... 3 2.1 方案比较 ....................................................... 3 2.1.1 方案一 ....................................................... 3 2.1.2 方案二 ....................................................... 4 2.2 方案论证 ....................................................... 5 2.3 方案选择 ....................................................... 5 3 单元模块设计 .................................................. 6 3.1各单元模块功能介绍及电路设计 ................................... 6 3.1.1 放大电路模块 ................................................. 6 3.1.2 滤波电路模块 ................................................. 7 3.1.3 整形电路模块 ................................................. 7 3.1.4 四倍频电路模块 ............................................... 8 3.1.5 时间控制电路模块 ............................................. 8 3.1.6 与门电路模块 ................................................. 9 3.1.7 计数译码显示电路模块 ........................................ 10 3.1.8 清零电路模块 ................................................ 11 3.2 电路参数的计算及元器件的选择 .................................. 12 3.2.1 放大电路 .................................................... 12 3.2.2 滤波电路 .................................................... 12 3.2.3 整形电路 .................................................... 12 3.2.4 四倍频电路 .................................................. 13 3.2.5 时间控制电路 ................................................ 13 3.2.6 计数译码显示电路 ............................................ 13 3.3 特殊器件的介绍 ................................................ 13

III

西华大学课程设计说明书 3.3.1 74LS14 ...................................................... 13 3.3.2 NE555 ....................................................... 15 3.3.3 74LS160 ..................................................... 17 3.3.4 CD4511 ...................................................... 18 3.4 各个单元模块的联接 ............................................ 20 4 系统调试 ...................................................... 21 4.1 调试环境 ...................................................... 21 4.2 硬件调试 ...................................................... 21 4.2.1 放大电路调试 ................................................ 22 4.2.2 整形电路调试 ................................................ 22 4.2.3 滤波电路电路调试 ........................................... 23 4.2.4 四倍频电路调试 .............................................. 24 4.2.5 时间控制电路调试 ............................................ 24 4.2.6 计数译码显示电路调试 ........................................ 26 5 系统功能、指标参数 ............................................ 27 5.1 系统能实现的功能 .............................................. 27 5.2 系统指标参数测试 .............................................. 27 5.3 系统功能及指标参数分析 ........................................ 27 6 结论 .......................................................... 28 7 总结与体会 .................................................... 29 8 谢辞（致谢） ................................................. 30 9 参考文献 ...................................................... 31 10 附录图一 ..................................................... 32

IV

1 前言

西华大学课程设计说明书 脉搏是由心脏搏动而引起,经动脉和血流传至远端的桡动脉处,它携带有丰富的人体健康状况信息。早在公元前7世纪脉诊就成为中医的一项独特诊病方法。但自古以来中医独特的诊断方法及治病的疗效总是笼罩着一层神秘的面纱。中医一直是靠手指获取脉搏信息,这难免存在许多主观臆断因素,况且这种用手指切脉的技巧很难掌握,因此人们迫切期望尽早实现脉诊的科学化和现代化。随着传感器技术及计算机处理技术的发展，人们希望能够将现代技术应用于中医脉象诊断，以便更科学、更客观地揭示脉象的实质与特征。另一方面从西医的角度看,近年来人们也试图根据脉搏波的变异性来评价和诊断人体心血管系统的病变,以便能找到一个有效的心血管疾病早期无创诊断的方法。因此,对脉搏信号进行无失真的检测、采集和处理是一项重要而很有意义的基础工作,它是对脉搏信号进一步分析并依此对心脏及动脉血管系统疾病进行预报和诊断的前提。设计一种可随身携带、可长时间记录、显示和存贮心率值，可与微机通讯并具有较强抗干扰能力，能对超出正常范围的心率进行报警的心率测试仪是十分必要的。

1.1设计背景

现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而应该是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统，本课题把生理量的测量和生物信号处理技术融为一体。本课题所设计的心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的便携式测试仪。

1.2设计目标

1、能测量人1分钟的脉搏数，并以数字显示出来。 2、测量范围：0-200次/分钟。 3、测量时间：15s。

4、能对数据进行清零，以便下次测量。 5、测量误差不超过4次/分钟。

本次设计要达到上述要求，要保证测量时间及能对脉搏进行准确的测量和计数保证测量精度。

1.3实施计划

1、查阅参考资料，画出草稿图。

1

西华大学课程设计说明书 2、选择并查阅相关电子元件的参数。 3、用proteus软件做出电路图。 4、运行仿真，观察输出结果。

1.4必备条件

电子计算机、proteus软件

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2 总体方案设计

西华大学课程设计说明书 通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了两种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这两种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

2.1方案比较

2.1.1方案一定时计数

方案一的结构框图如下图2.1所示：

微弱信号放大滤波整形四倍频时间控制电路与门数码显示计数译码清零电路

图2.1方案一原理框图

1、以微弱正弦信号模拟采集的脉搏信号。

2、用集成运算放大器对该微弱的信号进行放大，放大后进行二阶低通滤波滤除空气中的高频，只让低频脉冲信号通过。

3、运用集成555施密特触发器对波形进行整形。

4、四倍频电路的作用是将脉搏模拟信号的频率增加四倍，即让计数器记录的数据为实际值的四倍。让我们在15s内就能读出1min的脉搏数。

5、时钟产生电路由555构成的单稳态触发器组成，主要是为控制脉冲进入计数器的时间，从而控制计数的时间，完成测量。

6、通过由555构成的单稳态触发器的输出来控制与门的开启与关闭，从而控制计数电路是否计数。

7、清零电路只要是对计数器进行清零，按一下开关就能进行清零，从而方便下一次的测量。

3

2.1.2方案二定数计时

西华大学课程设计说明书 方案二的结构框图如下图2.2所示：

基准时间发生器微弱信号放大整形六进制计数器与控门电路定脉冲产生电路八位二进制计数器八位二进制计数器译码显示电路

图2.2方案二原理框图

该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间，然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数，这种测量方法的误差小，可达±1次／分钟。此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案1完全相同，现将其余部分的功能叙述如下：

六进制计数器用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。基准脉冲(时间)发生器产生周期为0.1s的基准脉冲信号。门控电路控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。8位二进制计数器对通过门控电路的基准脉冲进行计数，例如5个脉搏周期为5s，即门打开5s的时间，让0.1s周期的基准脉冲信号进入8位二进制计数器，显然计数值为50，反之，由它可相应求出5个脉冲周期的时间。

定脉冲数产生电路产生定脉冲数信号，如3000个脉冲送入可预置8位计数器输入端。 可预置8位计数器以8位二进制计数器输出值（如50）作为预置数，对3000个脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到60个脉冲信号），即心率，从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟的脉搏数。

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2.2方案论证

西华大学课程设计说明书 方案一、二脉搏信号都以微弱的正弦信号代替，放大电路均可采用集成运算放大器进行放大，滤波均采用二阶低通滤波的方法进行。且均通过定时电路和与门的连用从而控制计数器在规定时间内计数，并在时间到达后计数器停止工作。

方案一采用四倍频电路对信号进行加倍从而实现缩短时间的功能，15s测量一分钟脉搏数，在测完一组数后，按下开关，能对计数器清零从而方便下一次的测量。测量时间长，测量误差也较大，且测量误差与测量时间成反比关系,但是计数值即为脉搏值，电路结构简单，实现较为容易。

方案二则采用8位二进制计数，对通过门控电路的基准脉冲进行计数。测量时间短，测量误差也小，但电路实现较为复杂，不易于实现，成本也较高。

2.3方案选择

经过对两个方案的分析比较，在满足设计要求的前提下，应尽量简化电路，降低成本，最终选择方案一。

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3 单元模块设计

西华大学课程设计说明书 本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。

3.1各单元模块功能介绍及电路设计

本系统主要分为7个单元模块，它们分别是：放大模块、滤波模块、整形模快、倍频模块、定时模块、计数译码显示模块和清零模块。各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。 3.1.1放大电路模块

这部分电路主要完成将5mV的正弦波输入信号放大1000倍（5V），使其可以驱动后续的CMOS数字电路。电路原理图如图3.1.1所示：

+5vU1:AR1(1)R1100312114voR2100LM324R3100k-5v

图3.1.1 放大电路模块原理图

图示为用LM324设计的同相放大器，该系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。AV=1+R3/R2=1+100K/1OO=1001，放大倍数接近1000倍。

3.1.2滤波电路模块

滤波电路的作用是把脉冲信号中的高频干扰信号去掉，同时把脉搏信号加以放大。

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西华大学课程设计说明书 由于脉搏信号频率较低，所以采用低通滤波器，而二阶压控有源低通滤波电路也是脉搏信号处理过程中一个典型电路。电路原理图如图3.1.2所示：

+5vC21000pR4(1)R414kR514k32U24111LM324C11000pR6-5v39.8kR768kvo

图3.1.2 滤波电路模块原理图

3.1.3整形电路模块

在放大部分电路中输入信号虽然已经被放大，电压也足以满足后续电路驱动之用，但是其波形仍为正弦波，为模拟量，必须将模拟量转换成数字脉冲之后供数字部分电路使用，这部分电路采用集成施密特触发器整形电路74LS14即可实现这个功能。电路原理图如图3.1.3所示：

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西华大学课程设计说明书 U2:A1274LS14 图3.1.3 整形电路模块原理图

3.1.4四倍频电路模块

由于在设计中要求在15s内完成脉搏每分钟跳动次数计数功能，而在整形电路中，整形后的信号与原信号的频率是相同的，如果要测其每分钟脉冲数，则至少应测量一分钟才可以实现，为了缩短测量时间，必须将整形后的信号的频率加倍，这样就可以满足在短时间内完成测量任务的要求。显然，若将原信号频率变为原来的N倍，则测量时间就可以缩短为原来的1/N。因此，若要在15s内完成测量，需将信号频率加大4倍，倍频部分应采用4倍频电路。

倍频电路的形式很多，如锁相倍频器、异或门倍频器等，由于锁相倍频器电路比较复杂，成本比较高，所以这里采用了能满足设计要求的异或门组成的4倍频电路。电路原理图如图3.1.4所示：

U4:A12G1U4:B53U4:C4U4:D1210=1R816k6=1G2=1G3R916k13G3=111C30.047ufC40.047uf 图3.1.4四倍频电路模块原理图

Gl和G2构成二倍频电路，利用第一个异或门的延迟时间对第二个异或门产生作用，当输入由“0’变成“1” 或由“1”变成“0” 时，都会产生脉冲输出，输入输出波形。由两个二信频电路就构成了四倍频电路。电容器C的作用是为了增加延迟时间，从而加大而出脉冲宽度。

3.1.5时间控制电路模块

通过由NE555组成的单稳态触发器来控制每次测量的时间。其原理如图3.1.5所示，再连接一个发光二极管，通过发光二极管的亮与灭来判断是否在测量。在按下开关后，发光二极管开始亮，在15s后电路跳变会原状态，发光二极管熄灭。通过按下图3.1.5

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西华大学课程设计说明书 中的开关开启动计时电路，再经与门来控制计数器计数的时间。

+5vR1148U1QDC37136.5kRR1010k5CVVCCR122GNDTRTH62201NE555K1C50.1ufC6100ufD1LED-BIBY

图3.1.5 时间控制电路模块原理图

电路参数：R1=136.5K,R2=10K,R6=220,C2=1002uf,C3=0.1uf，则Tw=1.1R1×C2=1.1×136.5K×100uF=15s。

3.1.6与门控制模块

通过与门的开启与关闭来让脉冲信号进入使计数器计数，并使NE555组成的单稳态触发器产生的时间信号来控制与门的开启与关闭，从而达到规定时间的计数。原理图如图3.1.6所示：

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西华大学课程设计说明书 U1:A13274LS08 图3.1.6 与门控制模块原理图

左边的为1为处理后的脉冲信号，2为NE555单稳态触发器过来的信号。两个信号共同控制与门的开启与关闭，从而控制计数器是否计数。

3.1.7计数译码显示模块

将3片74LS160的连接组成计数单元，承担本次电路的计数功能，再将3片计数器与3片4511译码器连接起来，对其所计的数进行译码，使之以十进制的数显示出来，3片译码器与3片共阴极的数码管连接起来以显示出所测的脉搏数。再或门的接入，从而使计数器计数计到200时，使或门关闭而使计数器停止计数（人的脉搏一般不可能超过200次每分钟）。原理图如图3.1.7所示：

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西华大学课程设计说明书 13121110915141312111091514QAQBQCQDQEQFQGQAQBQCQDQEQFQG45114511QAQBQCQDQEQFQGU9:AU9:B1312111091514U9:C4511LTBILE/STBLTBILE/STB712634571263457126345LTBILE/STBABCDABCDABCD14131211151413121115Q0Q1Q2Q3RCOQ0Q1Q2Q3RCO74LS160ENPENTCLKLOADMR74LS160ENPENTCLKLOADMRQ0Q1Q2Q3RCOU8:AU8:B1413121115U8;C74LS160ENPENTCLKLOADMR+5v+5vD0D1D2D3D0D1D2D3345671029134567102913456D0D1D2D3710291R13100k+5vU7K2OR 图3.1.7计数译码显示电路模块原理图

当有信号进入时，计数器就开始计数，当信号中断计数器停止工作或者当计数达到200时，74LS160的1，3管脚出来高电平，通过下边所连的或门而使脉冲变为高电平，从而使计数器停止工作，而使数停留在那个状态且不再发生变化。

3.1.8清零电路模块

清零电路比较简单，通过开关来控制，其连线与74LS160的清零端相连，在开关断开的情况下74LS160的清零端为高电平，为无效状态，计数器正常工作。而当按下开关后74LS160的清零端接地即为低电平，为有效状态，从而对计数器进行清零。使共阴极数码管显示为000。原理图如图3.1.8所示：

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图

3.1.8清零电路模块原理图

3.2电路参数的计算及元器件的选择

下面就相关电路中的参数计算以及元器件的选择进行说明。

3.2.1放大电路 序号 R1 R2 R3 U1

3.2.2滤波电路 序号 R4 R5 R6 R7 C1 C2 U2

3.2.3整形电路

名称 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 有源二阶滤波器 主要参数 14k 14k 6k 10k 1000p 1000p LM324 数量 1 1 1 1 1 1 1 名称 电阻 电阻 电阻 集成运算放大器 主要参数 100 100 100k LM324 数量 1 1 1 1 12

序号 U3

3.2.4四倍频电路 序号 R8 R9 C3 C4 U4

3.2.5时间控制电路 序号 R10 R11 R12 C5 C6 K1 D1

西华大学课程设计说明书 名称 施密特触发器 主要参数 74LS14 数量 1 名称 电阻 电阻 电容 电容 异或门 主要参数 10k 10k 0.047uf 0.047uf 4030 数量 1 1 1 1 4 名称 电阻 电阻 电阻 电容 电容 开关 LED灯 主要参数 10k 136.5k 220 0.1uf 100uf BUTTON LED-BIBY 数量 1 1 1 1 1 1 1 3.2.6计数译码显示电路 序号 R13 K2 U8 U9 名称 电阻 开关 十进制计数器 译码器 主要参数 10k BUTTON 74LS160 4511 数量 1 1 3 3 3.3特殊器件的介绍

本系统中主要使用了如下一些功能器件。下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。

3.3.1 74LS14

74LS14为有施密特触发器的六反相器，共有54/7414、54/74LS14两种线路结构形式，其主要电特性的典型值如表3.3.1.1所示:

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表3.3.1.1电特性典型值

西华大学课程设计说明书 ΔVt 0.8V 0.8V tPLH 15ns 15ns tPHL 15ns 15ns PD 15.3mW 52mW 型号 54/7414 54/74LS14

引出端符号

1A-6A 输入端 1Y-6Y 输出端

逻辑图如图3.3.1.1所示：

图3.3.1.1 74LS14逻辑图

极限值：

7V

54/7414 5.5V

54/74LS14 7V

54/7414-55-145℃

54/74LS14 0-70℃

-65-150℃

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表3.3.1.2 真值表 西华大学课程设计说明书 74LS14功能表如表3.3.1.2所示：

Input A L H

3.3.2 NE555

Output Y H L 555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。555定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图3.3.2.1和图3.3.2.2所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个RS触发器，一个放电管T及功率输出级。它提供两个基准电压VCC/3和2VCC/3。

555定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

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图3.3.2.1 555定时器内部电路框图

RVCC48U1QDC375CV2GNDTRTH61555

NE555管脚功能介绍：

图3.3.2.2 555定时器外引脚排列图

1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 2脚：触发输入端；

3脚：输出端，输出的电平状态受触发器控制，而触发器受上比较器6脚和下比较器

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电平。

西华大学课程设计说明书 2脚的控制。当触发器接受上比较器A1从R脚输入的高电平时，触发器被置于复位状态。

4脚：复位端，当4脚电位小于0.4V时，不管2、6脚状态如何，输出端3脚都输出低5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

6脚：阈值端，只对高电平起作用，低电平对它不起作用，即输入电压大于2 Ucc/3，称高触发端，3脚输出低电平，但有一个先决条件，即2脚电位必须大于

1Ucc/3时才有效。

7脚：放电端，与3脚输出同步，输出电平一致，但7脚并不输出电流，所以3脚称为实高（或低）、7脚称为虚高。

8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。

1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表3.3.2.1所示：

表3.3.2.1 555定时器功能表 清零端 0 1 1 1 高触发端TH \\ 0 1 0 1 低触发端 \\ 1 0 0 1 Q 0 0 1 1 保持上一状态 放电管T 导通 导通 截止 截止 保持上一状态 功能 直接清零 置0 置1 置1 保持上一状态

3.3.3 74LS160

74LS160

简要说明：74ls160为可预置的十进制同步计数器，共有54/74160和54/74LS 160两种线路结构型式.其主要电特性的典型值如表3.3.3.1所示：

表3.3.3.1 电特性典型值

型号 CT54160/CT74160 CT54LS160/CT74LS160

FMAX 32MHz 32MHz PD 305mW 93mW 160的清除端是异步的。当清除端/MR为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。

160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下输出端Q0

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种。

西华大学课程设计说明书 —Q3与数据输入端P0—P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此

160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0—Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74160，只有当CP为高电平时，CEP、CET才允许由高至低电平的跳变，而54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。

160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端TC

为Q0的高电平部分。在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。对于54/74LS160在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化。电路的功能也不受影响。

管脚图如图3.3.3所示：

图3.3.3 74LS169管脚图

TC进位输出端CEP计数控制端Q0，Q3输出端，CET计数控制端。

CP MR PE

3.3.4 CD4511

简要说明：CD4511是BCD－7段所存译码驱动器，在同一单片结构上由COS/MOS逻辑器件和n－p－n双极型晶体管构成。这些器件的组合，使CD4511具有低静态耗散和高抗干扰及源电流高达25mA的性能。由此可直接驱动LED及其它器件。LT、BI、LE输入端

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西华大学课程设计说明书 分别检测显示、亮度调节、存储或选通一BCD码等功能。当使用外部多路转换电路时，可多路转换和显示几种不同的信号。管脚图如图3.3.4.1所示： U17126345ABCDLTBILE/STB4511QAQBQCQDQEQFQG1312111091514 图3.3.4.1 CD4511管脚图 CD4511引脚功能： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 LT：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。 A,B,C,D为8421BCD码输入端。 QA,QB,QC,QD,QE,QF,QG为译码输出端，输出为高电平1有效。 19

西华大学课程设计说明书 表3.3.4.1 CD451功能表

3.4各单元模块的联接

各个单元模块连接的具体关系参见附录一。

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4 系统调试

西华大学课程设计说明书 利用Proteus对放大电路、滤波电路、整形电路、倍频电路、时间控制电路、计数译码显示模块进行仿真调试。

4.1调试环境

Proteus 软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件总代理为广。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

使用Proteus 软件进行单片机系统仿真设计，是虚拟仿真技术和计算机多媒体技术相结合的综合运用，有利于培养学生的电路设计能力及仿真软件的操作能力；在单片机课程设计和全国大学生电子设计竞赛中，我们使用 Proteus 开发环境对学生进行培训，在不需要硬件投入的条件下，学生普遍反映，对单片机的学习比单纯学习书本知识更容易接受，更容易提高。实践证明，在使用 Proteus 进行系统仿真开发成功之后再进行实际制作，能极大提高单片机系统设计效率。因此，Proteus 有较高的推广利用价值。

4.2硬件调试

利用Proteus对放大电路、滤波电路、整形电路、倍频电路、时间控制电路、计数译码显示模块进行仿真调试。

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西华大学课程设计说明书 4.2.1 放大电路仿真调试 1.调试电路

2.调试结果

4.2.2 滤波电路仿真调试 1.调试电路

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西华大学课程设计说明书

2.调试结果

4.2.3 整形电路仿真调试 1.调试电路

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西华大学课程设计说明书

2.调试结果

4.2.4 倍频电路仿真调试

1.调试电路

2.调试结果

4.2.5 时间控制电路仿真调试

1.调试电路

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西华大学课程设计说明书

2.调试结果

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西华大学课程设计说明书 4.2.5 计数译码显示电路仿真调试

1.调试电路

2.调试结果

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西华大学课程设计说明书 5 系统功能、指标参数

本节主要介绍数显脉搏测试仪的有关功能及参数。

5.1系统能实现的功能

该系统是数显脉搏测试仪，目的是能够在15s内测量一分钟脉搏数，测量误差不大于4次/分钟。在接通电源后模拟脉搏信号经放大电路进行放大，通过低通滤波器滤除高频，经过整形电路整形后，再通过四倍频电路使信号频率增加四倍，缩短测量时间后，到达与门端，按下开关1后由NE555构成的单稳态触发器输出端电平跳变，使与门打开，信号进入计数器，使计数器开始工作，开始计数，同时NE555构成的单稳态触发器输出端接的灯也会亮起来，此时脉搏计开始计数，数码显示管也会同步显示其即时数，在15s后NE555构成的单稳态触发器的输出端电平又会跳变回来，从而使得与门关闭，模拟的脉搏信号将无法进入计数器，计数器将停止计数，而此时数码管所显示的读数就是当前的脉搏数。脉搏计的测量最高值不能超过200，一般情况下人的脉搏再不正常也应该不会超过200次每分钟，超过200后计数器将停止计数，当测量完毕后得到了所测量的脉搏数后，按下开关2，可将计数器清零而数码管也将显示000以方便下一次的测量。

5.2系统指标参数测试

系统的实际参数与理论参数直接存在一定的误差，而仿真更加存在误差，但只要误差在允许的范围内即可。

输入的5mV正弦信号，经放大电路后放大为5V的正弦信号，再经有源二阶低通滤波器滤掉过高的正弦信号，经整形后将正弦波调整为了方波，NE555构成的单稳态触发器电平跳变时间为15s，计数器在15s也停止了计数，数码管也正常显示了读数按下开关后，清零功能也能正常实现，调整频率使频率加快，从而使计数器在15s内计数达到200而停止计数，数码管在显示到200后，数字不再往上涨。

5.3系统功能及指标参数分析

经过对该电路的全面分析，该电路运行一切正常，所有功能都能实现，各项指标参数均正常，能达到此次任务的要求。

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6 结论

西华大学课程设计说明书 脉搏，顾名思义就是动脉的脉动，是心脏周期性不停收缩和舒张。脉搏常见的生理现象，蕴含着丰富的人体生理病理信息。脉搏所呈现出来的形态.强度.速率和节律等方面的综合信息，能反映出人体心血管系统中许多生理疾病的血流特征，因此对脉搏波采集和处理具有很高的医学价值和应用前景。

近年来出现的日常监护仪器，如便携式电子血压计，可以完成脉搏的测量。但是这种便携式电子血压计利用微型气泵加压橡胶气囊，每次测量都需要一个加压和减压的过程，存在体积庞大、加减压过程会有不适、脉搏检测的精确度低等缺点。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。电子脉搏计能很好地克服便携式电子血压计的缺点，它体积小，而且测量精度也较高。

本次设计的数显脉搏测试仪有如下优点，能在短时间15s测量人的1分钟的脉搏数，并且能对所测的脉搏数进行显示，同时能进行及时的清零，以便下一次的测量。该数字脉搏计的测量精度比较高。

该数字脉搏计未能实现的功能一是不能对所测脉搏数进行比较并判断该人的脉搏数是否正常并进行报警。如果心率不齐会报警，心率过高和过低的报警要有所不同。二是未能对所测对象分类。因为婴幼儿、成年人、老人的心率都有差别，因此所反应出来的每分钟脉搏数就不同，这是此次设计的一个缺陷。可以设计这样的分类，分为三档供不同的人选择，实现相应功能的差异。

在电路设计及仿真过程中也遇到了一些问题，基本都是电路软件使用等问题。因为是第一次接触这类软件，很多功能不会用，元器件也不知道在哪里选择，为此花了一部分时间去熟悉掌握软件，导致效率不是很高。而且由于所学知识的局限性，以及对所学知识的不是全面的了解以及实际应用于所学理论之间存在有误差，所以在本次设计中遇到了很多问题。比如在一些元件参数上存在选择的问题，要去综合考虑各方面的因素来选择元件在某些参数的设定时也要综合考虑各方面的因素去设置，而不能一味地依据理论去设定。

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7 总结与体会

西华大学课程设计说明书 书上得来终觉浅，绝知此事要躬行。通过本次课程设计，真正使课堂学习与动手实践结合起来，提高了自己的自学能力、动手能力和分析问题的能力。让我们更深刻的理解各个器件的功能及其应用。

此外，课程设计还使我们学到了诸如信息检索，文档阅读，以及各种软件的应用等知识，培养了我们考虑事情全面，做事认真，在遇到困难时不急不躁，冷静分析问题的习惯。

对于此次设计，我自己感觉学到了很多东西。不仅是新知识的学习，更重要的是我学会了如何去运用已有的知识，深刻体会到了基础知识的重要性，更懂得了闭门造车是行不通的。

通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。我觉得做设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课且还可以记本时，有时问题老是弄不懂，做完设计，那些问题就迎刃而解了。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。课程设计，就是为了让我们把已有的知识加以融会贯通，在此次设计中我们运用的都是以前学过的知识数字电子技术、模拟电子技术等。然而这在以前，它们都是零散的，在此次设计中，一个脉搏测试仪就让我们把它们联系了起来。在设计电路时才么对倍频的概念才有了宏观的认识，明白了到了作为做仪器开发的工作人员的辛苦。

总之，亲自动手是课堂学习的延续，电子领域随时随地都在发生着翻天覆地的变化，现有的知识储备总是落后于科技的发展脚步，我们只有不断学习新知识，才能做到在面对新课题时游刃有余。

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8 谢辞（致谢）

西华大学课程设计说明书 在这里我首先要感谢感谢学校及学院给我们这样一个电子技术课程设计的机会，可以将我们所学知识应用到实践，提高我们自身的水平，让我们自身从中得到锻炼。在实际过程中，受到了我们老师和同学的热切关注和耐心辅导，特别是雷雨老师系统的讲解和指导，对设计提出了很多建设性的意见及建议，对我的设计起到了指导性和决定性的作用，使我深刻的体会到了良师益友给我带来的帮助。

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9 参考文献

西华大学课程设计说明书 [1] 康华光 电子技术基础数字部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.1 [2] 康华光 电子技术基础模拟部分（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005 [3] 陈明义 电子技术课程设计实用教程第三版[M].长沙：中南大学出版社2010.1 [4] 徐学彬 电子技术实验指导书[M].成都：西华大学电工电子实验实习中心2010.10 [5] 肖景和 初学无线电—电子电路分析[M].北京:人民邮电出版社2006.1 [6] 陈永甫 常用电子元件及其应用[M].北京:人民邮电出版社2005.8 [7] 藤中信生 电子实用手册[M].北京：科学出版社OHM社，2001.

[8] 熊幸明、曹才开 电工电子实训教程[M].北京: 清华大学出版社，2007. [9] 韩广兴 电子元器件与实用电路基础[M].北京：电子工业出版社，2005. [10] 魏海明 实用电子电路500[M].北京：化学工业出版社，2003.

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10 附录图一

西华大学课程设计说明书 R1(1)K1C5110kR10403021U4:A2540.1uf100uf100R2100R1=1GNDTRTH6220NE555CVDC7VCCR8NOTU103+5vQ16kR8U50.047uf23100kR33114-5vC3+5v136.5kR11LM324U1:AC6R12D1OR+5v10305U4:B=1LED-BIBY14kR44274LS0831U668k1000pC11000pC214kR5R7940308U4:C=1U70.047uf1023R639.8k11416kR91312-5vLM324+5vU2C440301174LS14U3U4:D=11123456710291D0D1D2D3ENPENTCLKLOADMRQ0Q1Q2Q3RCO14131211157126345ABCDLTBILE/STBQAQBQCQDQEQFQG13121110915144511U9:A74LS160U8:A3456710291D0D1D2D3ENPENTCLKLOADMRQ0Q1Q2Q3RCO14131211157126345ABCDLTBILE/STBQAQBQCQDQEQFQG13121110915144511U9:B74LS160U8:B3456710291D0D1D2D3ENPENTCLKLOADMRQ0Q1Q2Q3RCO14131211157126345ABCDLTBILE/STBQAQBQCQDQEQFQG13121110915144511U9:C74LS160+5vU8:C+5v10kR13 32

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