基于555定时器实现的电子脉博计电路设计系统.docx

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基于555定时器实现的电子脉博计电路设计系统

摘要：

本文主要介绍了设计一个主要由传感器、计数器、译码器和555定时器等部分组成的电子脉搏测试电路。

能测量人在一分钟内的脉搏数，并以数字显示，测量的脉搏数范围40～200次/分钟，适用于各个年龄及性别的人，能判断心率不齐且进行告警显示.

正常人的脉搏次数是每分钟60～80次（婴儿为90～140次,老年人则为100～150次）,这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计的用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求应该是:

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。

2.对转换后的电信号要进行放大和整形处理，以保证其它电路能正常加工和处理。

3.在很短的时间（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率值。

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。

关键词　数字脉搏测试；；计数器；译码器；555定时器

引言1

1．2．2….…………………………………………………………………………………3

1．2.3….………………………………………………………………………………..3

2．2设计方框图4

2．2．14

2．2．24

三、设计原理及实现5

3．1设计原理5

3．1．15

3．1．25

3．2功能模块实现5

3．2．15

3．2．25

3.2.3………………………………………………………………………………….6

3.2.4…………………………………………………………………………………..7

3.2.5………………………………………………………………………………….7

3．3完整的电路结构8

3．3．18

四、电路制作与调试9

4．1电路图制作9

4．1．19

4．1．29

4．2电路板制作10

4．2．110

4．2．210

4．3电路板调试10

4．3．110

4．3．210

五、设计结论及体会11

一、设计任务及要求

1．1设计任务：

设计并制作一个电子脉搏计电路。

1．2设计要求

1．2．1要求

（1）

传感器接收脉搏信号后能可靠的转换为数字脉冲。

1．2．2要求

（2）

定时部分的时间要精确。

1．2．3要求（3）

显示数据能锁存和具有复位功能。

二、设计方案

2．1设计思想

2．1．1方案选择

脉搏计的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：

1.把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内（一分钟或半分钟）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。

2.测量脉搏跳动固定次数（比如5次，10次）所需的时间，然后转换为没分钟的脉搏数。

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；第二种方案的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。

为了使脉搏计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。

本文进行的设计就基于这一方案。

2．2设计方框图

2．2．1方框图：

2．2．2

方框图中各部分的作用是：

（1）传感器：

将脉搏转换成相应的电脉冲信号；

（2）放大电路：

对微小电脉冲信号进行放大；

（3）时基产生电路：

产生固定时间（1分钟或半分钟）的控制信号，作为计数器的门控，使计数器只有在此期间才进行计数；

（4）计数、译码、显示电路：

在门控信号作用期间，对电脉冲信号进行技术，并显示译码器译码，再由数码管显示计数值；

（5）心率监测电路：

如果出现心率不齐，应有所告警

三、设计原理及实现

3．1设计原理

3．1．1设计方案

数显式脉搏测试仪电路由压电陶瓷片、四2输入与非门CD4011、555集成定时器、CD40110、七段数码管（MTS3101AR七段数码管）组成。

MTS3101AR七段数码管为小型LED共阴极数码管，CD40110与它配套使用可直接驱动显示。

3．1．2工作原理：

压电陶瓷片HTD作为脉搏传感器，将它贴在人身测试部位时，便把人体的脉搏信号转换为电信号，由于该电信号很微弱，故由与非门IC1－1（CD4011），R1，C1组成的线性放大器进行放大，放大的信号再由与非门IC1-2（CD4011）进行整形，然后送人IC3，IC4CD40110进行计数，IC3，IC4与数码管共同组成两位加法计数显示电路，IC3、IC4的TB（4脚）为低电平时，允许计数脉冲输人，当TB为高电平时，计数器被禁止，不能计数。

由IC2555集成定时器、C2、R2成定时电路，其输出端（3脚）与IC3，IC4的TE（4脚）相连接。

平时，IC2的输出为高电平，使IC3，IC4计数禁止；当按下S2时，IC2的输出变为低电平，C2经R2充电，定时开始。

与此同时，IC3，IC4允许开始计数脉冲进入，60秒后，IC2的输出又变为高电平，使计数器停止计数，此时，数码管显示的计数结果即为一分钟内脉搏跳动的次数。

C4，R3组成清零电路，用来保证在电源接通瞬间，IC3，IC4自动复位清零。

3．2功能模块实现

3．2．1传感器

为了把脉搏转换成电信号，应采用压电式传感器。

它有两种基本类型：

石英晶体和压电陶瓷。

前者温度稳定性和机械强度都很高，工作温度范围宽，转换精度也高。

而压电陶瓷是人工制造的压电材料。

优点是压电系数大、灵敏度高、价格便宜，只是温度稳定性和强度不如石英晶体。

目前应用更多的是压电陶瓷。

它在性能上能满足脉搏计的要求，而且成本低是一个重要因素

3．2．2放大与整形电路

本电路主要采用CD4011来进行放大和整形.CD4011是四-2输入与非门集成电路.其引脚图如下:

3．2．3计数器电路

本电路采用CD40110作为计数器.CD40110逻辑功能:

CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图a所示。

R（5脚）为清零端，R＝1时，计数器异步清零。

CP为时钟端，CPu（9脚）为加法计数时钟，CPD（7脚）为减法计数时钟。

Qco（10脚）加计数进位输出，QBO（11脚）减计数借位输出。

TB（4脚）为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于禁止状态，即不计数。

LE（6脚）为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。

a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。

3．2．4显示部分

通过计数器CD40110输出的计数结果（BCD码）转换成七段字形码，以驱动数码管，实现数字或符号的显示。

数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极（COM）的数码管。

共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极（COM）的数码管。

共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

3．2．5定时部分

定时部分采用了555定时器,555定时器是一种多用途的数字----模拟混合集成电路,利用它可以方便的构成施密特触发器,单稳态触发器和多谐振荡器.

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

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。

它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。

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A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。

若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，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A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。

其引脚图和功能图如下所示:

3．3完整的电路结构

3．3．1完整电路结构

完整的电路结构如图所示,它将前面分析的各功能模块电路有机结合在一起,能够实现在一分钟或半分钟内测量脉搏数,并显示其数值

四、电路制作与调试

4．1电路图制作

4．1．1原理图制作

4．1．2PCB图制作

4．2电路板制作

4．2．1打印,腐蚀电路板

4．2．2焊接元器件

4．3电路板调试

4．3．1总体调试

将压电陶瓷片紧压在手腕的脉搏处，而后接通电源开关S，数码显示管将显示数字,表明电路工作正常,紧接着按下清零按钮S1，则数码管计数值将随着脉搏的跳到而持续增加，当1分钟后,由于定时器的原因,数值被缩存，数码管显示当时的数值,此计数值，即为每分钟的脉搏次数。

4．3．2调试放大整形电路

用脉冲信号发生器做输入信号源，用脉冲示波器观测放大电路和整形电路输出端电压波形，正常情况下应有100倍以上的放大，整形电路应输出理想的电压波形.

4．3．3调试计数显示电路

用低频脉冲信号发生器的输出信号作为计数器的输入（加至CD40110的9引脚），从LED数码管上去读数字，观察个、十位计数器是否都能完成逢十进一的功能，然后按下清零按钮，使两个计数器均清零，重新开始计数，数码管应能反映这个一状态。

如果读取出错，要检查2个数码管的连线是否正确，所以必须检查译码器各输出端与数码管相应引脚的连接是否正确。

4．3．4调试定时电路

以低频脉冲发生器的输出作为计数器CD40110的计数脉冲，按下清零按钮S1，使计数器和定时器同时清零，用秒表记下此时的时间，随着计数脉冲的输入，数码管计数值不断增加，当计数值停止增加或稳定不动时，记下此时时间，前后应刚好相差1min，否则尚需反复调电位器、或电阻。

五、设计结论及体会

我在这次毕业设计中所做的课题是《电子脉搏计电路》经过了几个星期的努力，在叶芳老师的精心指导下，还有同组人员的相互帮助，使得设计得已顺利完成。

随着时代的发展，数字电子技术已经普及到我们生活，工作，科研，各个领域，本文只要介绍一种电子脉搏计电路，本电路主要是通过压电陶瓷片作为脉搏传感器，然后经过CD4011放大与整形输出信号到计数器CD40110进行计数，译码，再由数码管显示出来，其中通过555定时器组成一个定时电路来进行定时。

在本次设计中，出现了一个很大的问题，那就是压电陶瓷片的感应问题，压电陶瓷片虽然成本低，但其信号确很难放大和整形出来，所以在制作的时候花了很多的时间和精力，后来只能通过555定时器组成一个单谐脉冲来代替脉搏信号来实现此电路。

总的来说本次设计中，我发现很多的问题，给我的感觉就是很难，很不顺看似很简单的电路，要动手把它给设计出来，是很难的一件事，主要原因是我们没有经常动手设计过电路，还有资料的查找也是一大难题，这就要求我们在以后的学习中，应该注意到这一点，更重要的是我们要学会把从书本中学到的知识和实际的电路联系起来，这不论是对我们以后的就业还是学习，都会起到很大的促进和帮助，我相信，通过这次的课程设计，在下一阶段的学习中我会更加努力，力争把这门课学好，学精。

同时，通过本次课程设计，巩固了我们学习过的专业知识，也使我们把理论与实践从真正意义上相结合了起来；考验了我们借助互联网络搜集、查阅相关文献资料，和组织材料的综合能力；也使我在口述和语言表达方面得到了锻炼。

从中可以自我测验，认识到自己哪方面有欠缺、不足，以便于在日后的学习中得以改进、提高；通过使用软件Protel99se,也让我们了解到计算机辅助设计的智能化,有利于提高工作效率。

经过本次设计使我对大学三年期间所学习到的知识得以进一步的实践，这将对我走出校园走上工作岗位奠定坚实的基础。

致谢

本次毕业设计论文是在我的导师叶芳老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。

从课题的选择到项目的最终完成，叶老师多次询问研究进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。

叶老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，在此谨向叶老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起完成设计任务的的各位同学，因为由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。

特别感谢彭钦西同学，他对本课题做了不少工作，给予我不少的帮助。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!

最后我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!

参考文献

[1]电子技术实践与训练

[2]文档在线（）

[3]维库电子市场网（）

[4]数字电子技术

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