数字脉搏测试仪的设计.docx
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数字脉搏测试仪的设计
湘潭大学毕业论文
题目：
数字脉搏测试仪的设计
学院：
职业技术学院
专业：
机电一体化技术
学号：
20099202114
姓名：
指导教师：
完成日期：
二零一二年四月九日
湘潭大学
毕业设计说明书
题目：
数字脉搏测试仪的设计
学院：
职业技术学院
专业：
机电一体化技术
学号：
20099202114
姓名：
黄临华
指导教师：
李敏
完成日期：
二零一二年四月九日
湘潭大学
毕业论文（设计）任务书
论文（设计）题目数字脉搏测试仪的设计
学号20099202114学生姓名黄临华专业机电一体化技术
指导教师姓名李敏
系主任黄祯祥
一、主要内容及基本要求（含主要技术指标）
a）主要内容：
1.应用电子技术，设计一个数字脉搏测试仪的电子电路。
2.确定设计方案，画出组成方案图，简述每部分功能和基本实现方法。
3进行单元电路分析，选择合适的逻辑部件，采用动态扫描显示。
二、重点研究的问题
三、进度安排
各阶段完成的内容
起止时间
1
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3
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5
6
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8
9
10
四、应收集的资料及主要参考文献
湘潭大学
毕业论文（设计）鉴定意见
学号学生姓名专业
毕业论文（设计说明书）页图表张
论文（设计）题目
内容提要：
指导教师评语
指导教师姓名职称
年月日
答辩简要情况及评语
答辩小组组长：
年月日
答辩委员会意见
评定等级
答辩委员会主任：
年月日
湘潭大学毕业论文（设计）评阅表
学院专业学号姓名
论文（设计）题目：
评阅人职称评阅日期：
评价项目
评价内容
选题
1．是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；
2．难度、份量是否适当。
能力
1．是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；
2．是否有综合运用知识的能力；
3．是否具备研究方案的实际能力、研究方法和手段的运用能力；
4．是否具备一定的外文与计算机应用能力；
5．工科是否有经济分析能力。
论文质量
1．立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表是否完备、整洁、正确；引文是否规范；
2．文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；
3．有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。
工作量
工作量是否饱满，论文篇幅、图纸等是否达到规定要求。
综
合
评
价
湘潭大学
毕业设计说明书
题目：
数字脉搏测试仪的设计
学院：
职业技术学院
专业：
机电一体化技术
学号：
20099202114
姓名：
黄临华
指导教师：
李敏
完成日期：
二零一二年四月九日
摘要
脉搏测量仪在我们的日常生活中已经得到了非常广泛的应用。
为了提高脉搏测量仪的简便性和精确度，本课题设计了一种基于51单片机的脉搏测量仪。
系统以AT89C51单片机为核心，以红外发光二极管和光敏三极管为传感器，并利用单片机系统内部定时器来计算时间，由光敏三极管感应产生脉冲，单片机通过对脉冲累加得到脉搏跳动次数，时间由定时器定时而得。
系统运行中能显示脉搏次数和时间，系统停止运行时，能够显示总的脉搏次数和时间。
经测试，系统工作正常，达到设计要求。
关键词：
脉搏测量仪；AT89C51单片机；光电传感器
Abstract
Pulsemeasuringinstrumenthasbeenwidelyusedinourdailylife.Inordertoincreaseitssimplicityandaccuracy,thissubjectdesignsonesystembasedonsingle-chipmicrocomputerandinfraredlightemittingdiodeandphototransistorassensors,andcalculatestimewithusingoftheinnertimer.Thesensorproducespulseandthesingle-chipmicrocomputergetsthefrequencybyaccumulatingthepulses,andthetimerobtainsthetime.Thesystemcoulddisplaythefrequencyandtimeofthepulseduringoperation.Itcanalsoshowsthetotalnumberwhenitstops.Aftertesting,thesystemworkswellandmeetsthedesignrequirements.
Keywords：
Pulsemeasurement;AT89C51single-chipmicrocomputer;photoelectricsensor
1.摘要。
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一主要内容及要求。
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1.1主要内容。
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1．2基本要求。
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二方案设计与论述
2.1方案一.。
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2.2方案二。
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三单元电路设计与参数计算
3.1传感器.。
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3.2信号放大.。
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3.3滤波处理.。
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3
3.4电压整形.。
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3
3.5定时电路.。
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3.6控制电路.。
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3.7计数译码显示.。
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四总原理图及元器件清单
4.1总原理图.。
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4.2元器件清单.。
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五结论.。
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六参考文献.。
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一、主要内容及基本要求
1.1主要内容：
1）应用电子技术，设计一个数字脉搏测试仪的电子电路。
2）确定设计方案，画出组成方框图，简述每部分功能和基本实现方法。
3）进行单元电路分析，选择合适的逻辑部件，采用动态扫描显示。
4）进行必要的计算，以确定主要元件参数值。
5）绘制完整的原理电路图。
6）撰写设计说明书（论文）。
1.2基本要求：
1）.应用数字电路实现在一分钟或半分钟内测量脉搏数，并显示其数值。
2）.测量误差≤2次∕min。
3）.正常人脉搏数为（60~80）次∕min，老年人为（100~150）次∕min，如出现心律不齐，要有所指示。
二、方案设计与论证
能够满足数显示脉搏测试仪总功能，用十进制数来显示人体在１min中内脉搏跳动次数的方案有很多种，现提出下面两种方案。
1．方案一
测量脉搏固定跳动次数所需时间，然后换算为每分钟的脉搏数。
2．方案二
在单位时间内对脉搏跳动次数进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。
这两种方案比较起来，第一种方案的测量误差比较小，但实际起来电路比较复杂比较直观，所需要的电路结构更简单些。
为了使数显示脉搏测试仪轻巧而便宜，通常采用第二种方案。
本次课程设计中采用的是第二种方案。
其组成方框图如下图所示，主要由脉搏传感器、放大电路、滤波、整形电路、定时电路、计数、译码、显示电路等组成。
三、单元电路设计与参数计算
1．传感器
脉搏传感器的作用是将脉搏信号转换为响应的电冲信号。
脉搏传感器是脉象检测系统中重要的组成部分，其性能的好坏直接影响到后置电路的处理和结果的显示。
目前典型的脉搏传感器有以下三种：
光电类、压阻类和压电类。
在这三种当中目前采用最多的是压电型传感器，其工作原理是利用敏感元件直接把压力转变为电信号。
本次课程设计中是利用函数信号发生器，使用正弦波模拟人体脉搏跳动。
函数信号发生器
2．信号放大
由于脉搏传感器输出的电信号非常微弱，一般为十几毫伏，并且输出信号阻抗高，杂波多，所以必须设计一个性能良好的放大通道。
有以下三种放大电路可供选择：
三运放电路、仪用放大器和同相放大器。
针对脉搏传感器阻抗高的特点，本次课程设计中采用的是传统的同相放大电路。
同相放大电路
3．滤波处理
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。
由于脉搏信号频率较低，所以可采用双T滤波器或低通滤波器，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。
在二阶压控有源低通滤波电路的设计中，上限截止频率的设定是一个重要参数，由于脉搏信号的主峰频率在1Hz左右，而干扰最大的为50Hz的工频干扰信号，所以为了最大程度滤除干扰，其上限截止频率设为40Hz。
滤波处理电路
４．电压整形
经过放大滤波后的脉搏信号仍是不规则的脉冲信号，且有低频还不满足计数器的要求，必须采用整形电路。
这里选用滞回电压比较器，其目的是提高抗干扰能力。
电压整形电路
５．定时电路
定时电路的功能是产生一个脉冲宽度为60s或30s的脉冲信号，以控制在60s或30s的时间内完成1min的测量任务。
本次设计采用由555定时器组成脉宽为1min的单稳态触发器。
555单稳态定时电路
６．控制电路
控制电路的作用主要是控制脉搏信号放大、整形后进入计数器的时间，另外还应具有为各部分电路清零等功能。
本次课程设计中采用与门作为闸门控制。
７．计数译码显示
本设计中采用简单的74LS160作为计数器，因为它是十进制计数器，因为脉搏测试器中需要上百位的数字。
因此，将三片74LS160直接按并行进位方式连接即的千进制计数器。
计数译码显示电路
其功能如下表所示：
74LS160的功能表
CLK
Rd’
LD’
EPET
工作状态
X
0
X
XX
置零
向上
1
0
XX
预置数
X
1
1
01
保持
X
1
1
X0
保持（但C=0）
向上
1
1
11
计数
四、总原理图及元器件清单
1．总原理图
元件序号
QuantityDescriptionReference_ID Package
====================================================================================
1910kohm_5%R1电阻
1Key=A50%R2滑动变阻器
2100kohm_1%R3,R6电阻
31.6kohm_5%R4,R5,R7电阻
21.0kohm_5%R11,R13电阻
25.1kohm_5%R9,R10电阻
1100kohm_5%R8电阻
154.9kohm_1%R14电阻
1910hm_5%R12电阻
310uF100nF10nFC1C2C6电容
2100uF-POLC4C5电解电容
1DIODE_VIRTUALD1二极管
3LM324AJLM139AJ*U1AU1BU2A三极管
1XFGXFG1函数信号发生器
2XSCXSCXSC1XSC2双踪示波器
27408NU10AU3A与门
2Key=BKey=CJ2J1控制开关
374LS160U4,U5,U6十进制计数器
3DCD_HEXU7U8U9译码显示器
2．元器件清单
五、结论
电路可以完成脉搏测试仪的总功能要求，利用函数信号发生器的正弦波信号模拟人体脉搏跳动，通过率滤波电路将干扰信号滤除，通过整形电路将波形整形成计数器所需要的信号，通过示波器可观察整形后的波形。
利用555但稳态定时电路对时间进行控制，最后由计数器译码显示器将跳动次数直观的显示出来，完成测试。
六、参考文献
[1]闫石编著.《数字电子技术基础（第五版）》.北京：
高等教育出版社2006
[2]崔瑞雪、张增良编著.《电子技术动手实践》.北京：
北京航空航天大学出版社2007
[3]康华光编著.《电子技术基础模拟部分（第四版）》.北京：
高等教育出版社1998
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