心率測(cè)試儀課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　心率是指人體心臟每分鐘搏動(dòng)的次數(shù)，它是反映心臟是否正常工作的一個(gè)重要參數(shù)。人類工作在高科技、高效率的環(huán)境中，其身體健康狀況也顯得日益重要并備受關(guān)注，而數(shù)顯式心率測(cè)試儀就為社會(huì)的醫(yī)療保健提供了方便。過去大多數(shù)醫(yī)院測(cè)量心率主要采用手表計(jì)時(shí)切脈的方法。由于受病人情緒變化以及測(cè)量人員主觀因素影響，測(cè)量結(jié)果存在較大誤差，而且費(fèi)事費(fèi)力。隨著

2、電子技術(shù)發(fā)展，出現(xiàn)了心率儀，而且愈發(fā)智能。但是由于價(jià)格昂貴等因素不適合大面積推廣。另一方面，人們對(duì)健康的追求越來越高，體育賽事要求越來越嚴(yán)格等，需要一種便攜、靈活、準(zhǔn)確的心率測(cè)試儀。</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p><b>　　摘要3<

3、;/b></p><p>　　1.總體設(shè)計(jì)方案4</p><p><b>　　1.1課題分析4</b></p><p><b>　　1.2總體方案4</b></p><p>　　2.模擬仿真軟件介紹5</p><p>　　3.電路單元設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證6</

4、p><p>　　3.1傳感器單元6</p><p>　　3.2 放大電路單元6</p><p>　　3.3濾波電路單元7</p><p>　　3.4整形電路單元9</p><p>　　3.5定時(shí)電路單元10</p><p>　　3.6計(jì)數(shù)電路11</p><p>

5、　　3.7鎖存、比較、顯示單元13</p><p>　　3.8報(bào)警單元16</p><p>　　4.總體電路繪制及仿真17</p><p>　　4.1繪制的總體電路17</p><p>　　4.2電路工作原理17</p><p>　　4.3仿真結(jié)果17</p><p>　　4.4電子

6、元件清單18</p><p><b>　　5.總結(jié)19</b></p><p><b>　　附錄20</b></p><p><b>　　附錄120</b></p><p><b>　　附錄221</b></p><p>

7、<b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要設(shè)計(jì)一種便攜式心率測(cè)試儀，該心率儀采用常見的電子元件實(shí)現(xiàn)，成本較低，能夠?qū)崟r(shí)采集并測(cè)量人體的平均心率，發(fā)現(xiàn)非正常心率信號(hào)并能及時(shí)報(bào)警。由于傳感器信號(hào)十分微弱，其幅度一般在毫伏的數(shù)量級(jí)范圍，且夾雜著各種噪聲和干擾，因此要求前置級(jí)放大電路具有高增

8、益、高共模抑制比等技術(shù)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案合理，實(shí)現(xiàn)了微小信號(hào)放大、顯示及報(bào)警功能。具有測(cè)量靈敏度高、實(shí)時(shí)性好、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：心率測(cè)試，放大，計(jì)數(shù)，鎖存，報(bào)警，顯示</p><p><b>　　1.總體設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1.1課題分析</b></

9、p><p>　　正常情況下，人的心率為每分鐘60~150次。我們要準(zhǔn)確測(cè)量人的心率，應(yīng)該使用傳感器將心跳轉(zhuǎn)化為電量進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們了解到，測(cè)心率跳動(dòng)的傳感器輸出信號(hào)為0.2V，干擾信號(hào)幅值為0.01V。且干擾信號(hào)的頻率f ≥1KHZ。因此我們需要以下幾個(gè)基本單元：</p><p>　　1.放大電路將傳感器輸出信號(hào)放大</p><p>　　2.低通濾波器將干擾

10、信號(hào)濾除。</p><p>　　3.定時(shí)電路。要測(cè)定一分鐘內(nèi)的心跳次數(shù)，必須要有準(zhǔn)確的定時(shí)電路。為了便于實(shí)現(xiàn)，減少電路單元，本次設(shè)計(jì)我們?cè)O(shè)定時(shí)間隔60s。</p><p>　　4.計(jì)數(shù)單元。計(jì)數(shù)單元是記錄心跳次數(shù)所必需的。要求此計(jì)數(shù)單元具有清零重新計(jì)數(shù)的功能。</p><p>　　5.顯示單元。正確顯示心率。為了便于讀數(shù)，應(yīng)選擇十進(jìn)制顯示器。</p>

11、<p>　　6.比較報(bào)警單元。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，當(dāng)心率N >150或者N<60時(shí)報(bào)警。因此要有比較單元，以便與參考心率對(duì)比。當(dāng)心率不正常時(shí)，由報(bào)警器報(bào)警。</p><p><b>　　1.2總體方案</b></p><p>　　經(jīng)過分析，方案如下：傳感器輸出的信號(hào)放大濾波后，經(jīng)過整形電路得到方波。然后接入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，一定時(shí)間后顯示心率，并判斷是否報(bào)警

12、。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的大致框圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖1 方案原理框圖</b></p><p>　　這些單元是設(shè)計(jì)心率測(cè)試儀所必需的。在一定的控制信號(hào)下，這些單元協(xié)調(diào)完成心率測(cè)量。</p><p>　　2.模擬仿真軟件介紹</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，為了保證

13、順利實(shí)現(xiàn)整體功能，要對(duì)所設(shè)計(jì)的各個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬仿真，以檢測(cè)是否達(dá)到預(yù)期要求。我們選擇用Proteus軟件。</p><p>　　Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。是目前世界上唯一將電

14、路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)。</p><p>　　Proteus所自帶的仿真功能（Prospice）具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　Prospice混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真。 </p><p>　　超過27000個(gè)仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計(jì)仿真器件，L

15、abcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件。</p><p>　　多樣的激勵(lì)源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號(hào)、單頻FM、數(shù)字時(shí)鐘和碼流，還支持文件形式的信號(hào)輸入。 　</p><p>　　.豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、

16、頻率計(jì)/計(jì)數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等。 　　</p><p>　　生動(dòng)的仿真顯示：用色點(diǎn)顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對(duì)地電壓大小，結(jié)合動(dòng)態(tài)器件（如電機(jī)、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動(dòng)。</p><p>　　高級(jí)圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項(xiàng)指標(biāo)，包括工作點(diǎn)、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉

17、頻譜分析等，還可以進(jìn)行一致性分析。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于Proteus提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫(kù)，提供了修改電路設(shè)計(jì)的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺(tái),隨著科技的發(fā)展，“計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)”已成為許多設(shè)計(jì)部門重要的前期設(shè)計(jì)手段。它具有設(shè)計(jì)靈活，結(jié)果、過程的統(tǒng)一的特點(diǎn)?？墒乖O(shè)計(jì)時(shí)間大為縮短、耗資大

18、為減少，也可降低工程制造的風(fēng)險(xiǎn)。</p><p>　　3.電路單元設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證</p><p><b>　　3.1傳感器單元</b></p><p>　　心率傳感器的作用是將心跳轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電沖信號(hào)。心率傳感器是心率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，其性能好壞直接影響后置電路的處理和結(jié)果的顯示。目前典型的心率傳感主要有三類：光電類、壓阻類和壓電類。在

19、次三類中目前采用最多的是壓電式傳感器。工作原理是利用敏感元件直接將壓力變?yōu)殡娦盘?hào)。本次課程設(shè)計(jì)用正弦信號(hào)模擬傳感器輸出。故傳感器部分不再贅述。</p><p>　　3.2 放大電路單元</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)所采用的放大電路單元為同相比例運(yùn)算放大器，電路圖如圖1所示。</p><p><b>　　圖2 放大電路</b></p>

20、<p>　　所用的運(yùn)放為OP27AP。OP27AP是一種超低噪聲，高精度運(yùn)算放大器，具有漂移小、增益高的特點(diǎn)。適合此次放大電路。其引腳圖如圖3所示：</p><p>　　圖3 OP27AP引腳圖</p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　1--調(diào)零2--負(fù)輸入3--正輸入 4--電源負(fù)5--NC 6

21、--輸出 7--電源正8--調(diào)零</p><p>　　電路圖中的OP27AP為簡(jiǎn)化的電路符號(hào)。</p><p>　　此放大電路屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋，為了使集成運(yùn)放反向輸入端與通向輸入端的對(duì)地電阻一致，R1、R2、R3的阻值應(yīng)滿足以下關(guān)系：</p><p><b>　　R1=R2//R3</b></p><p>&l

22、t;b>　　輸入輸出關(guān)系為</b></p><p>　　Av=Vo/Vi=1+R3/R2</p><p>　　由于輸入最大0.2V左右，為了便于信號(hào)的輸出和處理初步設(shè)定電路總放大倍數(shù)為25倍，故設(shè)R1=0.96kΩ，R2=1KΩ，R3=24KΩ。理論上，當(dāng)輸入0.2V的電壓時(shí)，輸出為5V。</p><p>　　通過PROTEUS自帶的Prospic

23、e仿真器仿得如下圖所示曲線：</p><p>　　圖中輸入電壓幅度0.1V，偏置0.1V，總體落在0~0.2V之間，用來模擬傳感器測(cè)得的心率信號(hào)?？梢钥吹?，輸出電壓幅度2.5V，偏置2.5V，相對(duì)輸入電壓，放大了25倍。達(dá)到了預(yù)期要求。</p><p>　　圖4放大電路波形曲線</p><p><b>　　3.3濾波電路單元</b></p

24、><p>　　由于有1KHZ的工頻干擾和傳感器在測(cè)量時(shí)有震動(dòng)帶來的干擾, 必須對(duì)所取信號(hào)進(jìn)行濾波處理。考慮到心率正常頻率為1HZ—2.5HZ，濾波1K 赫茲工頻干擾可以采用截止頻率10HZ左右低通濾波器濾除。因?yàn)閴嚎仉妷涸葱投A低通濾波器電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，且電路多采用運(yùn)算放大器做有源器件，幾乎沒有負(fù)載效應(yīng)，故選擇壓控電壓源型濾波電路。電路如圖5所示。</p><p>　　電路中用的運(yùn)放為

25、UA741。uA741是通用高增益運(yùn)算通用放大器,最常用的運(yùn)放之一.應(yīng)用非常廣泛。特點(diǎn)是寬輸入電壓、低功耗。</p><p>　　其引腳圖同OP27AP。</p><p><b>　　圖5 濾波電路圖</b></p><p><b>　　截至頻率的計(jì)算：</b></p><p>　　為了便于計(jì)算，取

26、R4、R5為1M，C1為50nF，C2為10nF。由上式計(jì)算可得f0= 7.12HZ.此為上限截至頻率。</p><p>　　經(jīng)過Prospice仿真后，可得幅頻特性如下圖所示。圖中上限截止頻率為7.3HZ，與計(jì)算相接近，符合要求。達(dá)到了濾除高頻干擾信號(hào)的目的。</p><p>　　圖6 電路增益與頻率關(guān)系曲線</p><p><b>　　3.4整形電路

27、單元</b></p><p>　　本電路的功能是將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為電平信號(hào)（方波）輸出到計(jì)數(shù)器電路。采用正相滯回電壓比較器完成電路整形，本單元電路圖如圖7所示。</p><p><b>　　圖7整形電路圖</b></p><p>　　電路中運(yùn)算放大器為OP27AP。DWY為穩(wěn)壓管。型號(hào)1N4733A。</p><

28、;p>　　1N4733是精密穩(wěn)壓二極管。最大耗散功率Pzm=1W,穩(wěn)定電壓Vz=5.1伏，最大工作電流Izm=179毫安。</p><p>　　在本電路中，當(dāng)集成運(yùn)放同相輸入端與反相輸入端的參考電壓相等，即u+=u-時(shí)，輸出端的狀態(tài)將發(fā)生跳變。其中u-由參考電壓VR及輸出電壓V（out）二者共同決定，而V（out）有兩種可能的狀態(tài)：+Uz（+5.1V）或0。由此可見，是輸出電壓由+Uz跳變?yōu)?。以及由0跳變

29、為+Uz所需的輸入電壓值是不同的。也就是說，這種比較器有兩個(gè)不同的門限電平，故傳輸特性呈滯回形狀。 </p><p>　　由圖6中可以看出，經(jīng)過整形電路后，V（out）的低電壓值不等于0V，分析原因是由于穩(wěn)壓管DWY的閾值電壓不為零。當(dāng)輸出端為負(fù)值時(shí)，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，Vout=0-Vth=-0.4V。所以它兩端的電壓值并不嚴(yán)格等于D1的穩(wěn)壓電壓，而是有一定的偏移。</p><p><b

30、>　　圖8 整形后波形</b></p><p><b>　　3.5定時(shí)電路單元</b></p><p>　　定時(shí)信號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的基礎(chǔ)，這個(gè)信號(hào)可采用多諧振蕩器產(chǎn)生，在簡(jiǎn)單時(shí)基電路中，可以用555定時(shí)電路。</p><p>　　555定時(shí)器功能表如表1所示：</p><p>　　表1 555定時(shí)器功能表&

31、lt;/p><p>　　定時(shí)電路有兩種方案：</p><p>　　方案一：直接用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)60s的信號(hào).此種方案555定時(shí)器定時(shí)太長(zhǎng)，容易產(chǎn)生較大誤差，且需要考慮占空比問題。而且，由于計(jì)數(shù)部分清零信號(hào)由此提供，且為高電平有效。定時(shí)時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使得計(jì)數(shù)器清零信號(hào)一直有效，影響正常計(jì)數(shù)。故不予采取。</p><p>　　方案二：用555定時(shí)器產(chǎn)生一個(gè)較窄的定時(shí)脈沖

32、，用計(jì)數(shù)器對(duì)此計(jì)數(shù)。當(dāng)達(dá)到某一數(shù)值是輸出一脈沖，作為定時(shí)電路輸出。此方案有較高的定時(shí)精度。且有利于計(jì)數(shù)器清零和計(jì)數(shù)值鎖存。</p><p><b>　　電路圖如下圖所示：</b></p><p><b>　　圖9定時(shí)電路圖</b></p><p>　　我們用555產(chǎn)生周期為0.1s的脈沖，然后計(jì)數(shù)600次。則總定時(shí)時(shí)間T=

33、0.1*600s=60s。</p><p>　　555定時(shí)器振蕩周期：T=T1+T2=（R1+2R2）Cln2。為了計(jì)算簡(jiǎn)單，我們?nèi)=2.2UF，R1=R2=13115.4Ω（用可變電阻實(shí)現(xiàn)）。T0=0.1s。然后用74LS90計(jì)數(shù)600次。74ls90計(jì)數(shù)部分會(huì)詳細(xì)介紹。</p><p>　　產(chǎn)生的脈沖信號(hào)對(duì)計(jì)數(shù)器和鎖存器進(jìn)行控制。</p><p>　　產(chǎn)生的計(jì)

34、數(shù)脈沖如下圖所示：</p><p>　　圖10定時(shí)60s仿真圖</p><p>　　可以看到，此電路準(zhǔn)確定時(shí)60s,符合設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　3.6計(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　計(jì)數(shù)單元選用的是74ls90。74Ls90是異步二-五-十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，它既可以作二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，又可以作五進(jìn)制和

35、十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。</p><p>　　圖11 計(jì)數(shù)器電路圖</p><p>　　圖12 74LS90引腳排列 </p><p>　　圖12為74LS90引腳排列，表2為功能表。 </p><p>　　表2 74LS90功能表</p><p>　　在此電路單元中，將CP2和QA相連，計(jì)數(shù)脈沖由CP1輸入，QD

36、、QC、QB、QA作為輸出端，構(gòu)成了異步8421碼十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。由于74ls90計(jì)數(shù)脈沖為下降沿觸發(fā)，我們把Qd作為進(jìn)位位。滿足逢十進(jìn)一原則。</p><p>　　同時(shí)我們把清零信號(hào)接在R0(1)。當(dāng)清零高電平到來，即R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)=1101時(shí)，實(shí)現(xiàn)異步清零功能，即QDQCQBQA＝0000三個(gè)芯片全置為0。計(jì)數(shù)器重新開始計(jì)數(shù)。</p><p>　　3.7鎖存

37、、比較、顯示單元</p><p>　　圖13 鎖存、比較、顯示電路</p><p>　　鎖存器的作用是將控制信號(hào)結(jié)束時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)得數(shù)值進(jìn)行鎖存，使數(shù)碼管能穩(wěn)定的顯示此時(shí)計(jì)數(shù)器的值?？梢赃x用8D鎖存器74Ls273完成上述功能。當(dāng)鎖存脈沖的正跳變來到時(shí)，鎖存器的輸出等于輸入，即Q=D，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端。正脈沖結(jié)束后，無論D為何值，輸出端Q的狀態(tài)仍保持原來的狀態(tài)不變，計(jì)數(shù)器

38、的的輸出不會(huì)送到譯碼顯示器。</p><p>　　74Ls273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器， 1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，常用作8位地址鎖存器。</p><p>　　在此電路中，鎖存器脈沖是由定時(shí)電路產(chǎn)生的信號(hào)的上升沿。由于計(jì)數(shù)器清零是電平清零，需要一定的時(shí)間，因此在整個(gè)電路中是先鎖存再清零，可以順利將計(jì)數(shù)值送入鎖存器保存。</p>

39、<p>　　圖1474ls273引腳圖和功能表</p><p>　　比較電路選用的芯片是74ls85。74ls85 可進(jìn)行二進(jìn)制碼和BCD碼的比較，對(duì)兩個(gè) 4 位字的比較結(jié)果由三個(gè)輸出端（FA＞B，F(xiàn)A＝B，F(xiàn)A＜B）輸出。 </p><p>　　將若干85 級(jí)聯(lián)可比較較長(zhǎng)的字，此時(shí)低級(jí)位的FA＞B，F(xiàn)A＝B，F(xiàn)A＜B連接到高位級(jí)相應(yīng)的輸入A＞B、A＝B、A＜B，并使低位級(jí)的

40、A＝B為高電平。 </p><p>　　圖1574ls85二級(jí)級(jí)聯(lián)電路</p><p>　　由于本次測(cè)的是人體1分鐘心率，可能超過100。故我們選用三片級(jí)聯(lián)。從右向左一次比較個(gè)位十位百位的BCD碼。由圖中可看出，上面三片74ls85預(yù)設(shè)的值為150，下面三片預(yù)設(shè)為060。當(dāng)計(jì)數(shù)值大于150時(shí)，UD的FA＜B 端輸出高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于60時(shí)，UG的FA＞B端輸出高電平。從而產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。&

41、lt;/p><p>　　由于設(shè)計(jì)要求我們能夠讀出心率值，因此設(shè)計(jì)顯示部分。我們看到，在用Proteus仿真時(shí)，選用的是7segBCD數(shù)碼管，這個(gè)內(nèi)嵌4—16譯碼器，可以將BCD碼轉(zhuǎn)化為數(shù)值顯示。但是經(jīng)上網(wǎng)及查閱有關(guān)書籍后，發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒有這種器件，這個(gè)是Proteus軟件為便于使用者驗(yàn)證而添加的。因此我們?cè)谥谱鲗?shí)物時(shí)，就必須添加譯碼電路。譯碼器可以選用74ls48。其功能表如表3所示：</p><p

42、>　　當(dāng)與數(shù)碼管電路連接時(shí)，電路如下圖所示：</p><p>　　表3 74ls48功能表</p><p><b>　　圖18 顯示單元</b></p><p><b>　　3.8報(bào)警單元</b></p><p><b>　　圖19 報(bào)警器電路</b></p>

43、<p>　　比較電路的兩個(gè)輸出端信號(hào)作為報(bào)警單元的輸入信號(hào)。兩個(gè)信號(hào)經(jīng)過或門之后接到報(bào)警器（LED）上。由于比較器及報(bào)警器呈現(xiàn)的是上一個(gè)計(jì)數(shù)周期（60s）內(nèi)的心率狀況，當(dāng)?shù)谝淮斡?jì)數(shù)時(shí)，鎖存器單元鎖存的計(jì)數(shù)值為0，這必然引起報(bào)警器處于報(bào)警狀態(tài)，從而引起電路錯(cuò)誤。因此在報(bào)警單元中再加入一個(gè)鎖存器。結(jié)果是在每次比較結(jié)束之后再判斷是否應(yīng)該報(bào)警。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)鎖存與報(bào)警鎖存使用同一個(gè)信號(hào)時(shí)，兩者

44、同時(shí)開啟，不能將比較結(jié)果送入報(bào)警鎖存器中。因此需要加一個(gè)延遲世間，使得報(bào)警鎖存慢于計(jì)數(shù)鎖存。74123 是雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。功能表如表4所示：</p><p>　　表4 74123功能表</p><p>　　可以從其中看出，輸入端A為下降沿有效。我們把定時(shí)電路的輸出脈沖接在輸入口A上，則相對(duì)計(jì)數(shù)鎖存器延遲了一個(gè)脈沖的時(shí)間。從而實(shí)現(xiàn)了報(bào)警的功能。</p><p>

45、;　　4.總體電路繪制及仿真</p><p>　　4.1繪制的總體電路</p><p><b>　　見附錄2</b></p><p><b>　　4.2電路工作原理</b></p><p>　　給整個(gè)系統(tǒng)通電以后，定時(shí)器電路開始定時(shí)。同時(shí)傳感器輸出的0.2V的心率信號(hào)開始進(jìn)入放大電路。在仿真電路中我

46、們用幅值為0.1V，偏置電壓為0.1V的正弦信號(hào)代替心率信號(hào)。心率信號(hào)經(jīng)過放大電路后，被放大25倍，變?yōu)?V。但是其中摻雜有干擾信號(hào)。接下來心率信號(hào)進(jìn)入濾波電路，濾除其中的高頻干擾信號(hào)，獲得單一的心率信號(hào)。然后進(jìn)入整形電路。心率信號(hào)與+3V的參考電壓比較后，產(chǎn)生比較標(biāo)準(zhǔn)的方波信號(hào)。整形電路中還有一個(gè)作用，就是把頻率低、幅度小的干擾信號(hào)忽略掉了。 </p><p>　　方波信號(hào)進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，同時(shí)將

47、計(jì)數(shù)值傳送到鎖存US1和US2的輸入端。當(dāng)鎖存器將計(jì)數(shù)值鎖存后，US1、US2輸出端一直保持計(jì)數(shù)值。</p><p>　　鎖存器US1、US2輸出端接到顯示單元輸入端和比較器。從而使得顯示單元顯示上個(gè)定時(shí)周期（60s）的計(jì)數(shù)值，直至下次鎖存器開啟。比較電路的比較結(jié)果經(jīng)過鎖存器US3接入報(bào)警電路。 </p><p>　　定時(shí)器定時(shí)60s后，產(chǎn)生一個(gè)正的很窄的脈沖。此脈沖產(chǎn)生三個(gè)控制信號(hào)。其

48、一作用于計(jì)數(shù)器，使得計(jì)數(shù)器從零開始重新計(jì)數(shù)；其二作用于鎖存器US1、US2，使得鎖存器輸入端的計(jì)數(shù)值進(jìn)入鎖存器鎖存；其三經(jīng)過一個(gè)觸發(fā)器后，產(chǎn)生延遲，作用于鎖存器US3，允許比較結(jié)果接入報(bào)警電路。三個(gè)控制信號(hào)的響應(yīng)順序依次為：鎖存器US1、US2的鎖存信號(hào)，計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)，延遲了的鎖存器US3鎖存信號(hào)。</p><p>　　每個(gè)定時(shí)周期后，數(shù)碼管會(huì)顯示計(jì)數(shù)值，報(bào)警電路根據(jù)比較電路的輸出決定是否報(bào)警。</p&

49、gt;<p><b>　　4.3仿真結(jié)果 </b></p><p>　　我們選取三種不同頻率的正弦信號(hào)接入電路。</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為0.8Hz時(shí)，60s后顯示器顯示“048”，報(bào)警器報(bào)警（發(fā)光）。</p><p>　　圖20 當(dāng)輸入信號(hào)頻率為0.8HZ時(shí)顯示與報(bào)警狀態(tài)</p><p>

50、　　當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為2.0Hz時(shí)，60s后顯示器顯示“120”，報(bào)警器正常。</p><p>　　圖21 當(dāng)輸入信號(hào)頻率為2.0HZ時(shí)顯示與報(bào)警狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)輸入信號(hào)的頻率為3.0Hz時(shí)，60s后顯示器顯示“180”，報(bào)警器報(bào)警。</p><p>　　圖22 當(dāng)輸入信號(hào)頻率為3.0HZ時(shí)顯示與報(bào)警狀態(tài)</p><p>　　因此

51、設(shè)計(jì)的心率測(cè)試儀符合要求。</p><p><b>　　4.4電子元件清單</b></p><p><b>　　見附錄1</b></p><p><b>　　5.總結(jié)</b></p><p>　　通過本次對(duì)心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)心率的準(zhǔn)確測(cè)定,使我受益匪淺。電路中既有模擬信號(hào)

52、，又有數(shù)字信號(hào)，加深了對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換的理解。在設(shè)計(jì)過程中，考慮各方面的因素，盡量做到線路簡(jiǎn)單，充分利用集成芯片，彌補(bǔ)分離元器件的精度不足。甚至還可以以該設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)加載其他功能，使其功能和結(jié)構(gòu)更加完善。</p><p>　　此次設(shè)計(jì)基礎(chǔ)均為之前所學(xué)過的數(shù)字電路、模擬電路方面的知識(shí)，之前所學(xué)過于零散，不扎實(shí)，也不能夠?qū)⒛切┲R(shí)綜合運(yùn)用于一個(gè)系統(tǒng)中。經(jīng)過這次設(shè)計(jì)以及查閱有關(guān)資料，仿真驗(yàn)證等，熟悉了數(shù)電、模電一些單元的作用，

53、真正做到融會(huì)貫通。尤其是對(duì)一些常用的芯片，比如計(jì)數(shù)器、鎖存器、觸發(fā)器等，有了較為深刻的了解。</p><p>　　通過運(yùn)用Proteus軟件及其仿真部分和虛擬器件，熟悉了基本的操作。同時(shí)，更使我了解到，現(xiàn)代系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)，離不開模擬仿真軟件。這次課程設(shè)計(jì)，如果采用實(shí)物操作、實(shí)物模擬的話，將會(huì)花費(fèi)大量的精力與資金。今后電子電路越來越復(fù)雜，器件越來越多，沒有仿真模擬軟件，那幾乎是不可能完成的任務(wù)。</p>

54、<p>　　此次設(shè)計(jì)也吸取了一些教訓(xùn)：</p><p>　　在不是很清楚某個(gè)器件功能表的時(shí)候，不能想當(dāng)然的認(rèn)為它具有某種功能。比如此次設(shè)計(jì)中，開始采用的計(jì)數(shù)芯片是74160，查閱資料后了解到它是十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。但是74160是在輸出為1001（9）的時(shí)候產(chǎn)生進(jìn)位。結(jié)果導(dǎo)致了輸出結(jié)果的錯(cuò)誤，浪費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間。</p><p>　　善于發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)。開始做定時(shí)器單元時(shí)，發(fā)現(xiàn)總是有一個(gè)大

55、約0.6s的定時(shí)誤差。開始認(rèn)為是由于555定時(shí)器RC選擇不準(zhǔn)確所致。仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)是定時(shí)電路中一個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)誤差。改進(jìn)后提高了測(cè)量精度。</p><p>　　繪制器件時(shí)，版圖要工整。這不僅使電路美觀，更可以幫助我們快速的檢查出錯(cuò)誤，節(jié)約時(shí)間。</p><p>　　作為大學(xué)生，我認(rèn)識(shí)到不僅要學(xué)好課本上的知識(shí)，還要學(xué)會(huì)吧學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，要做到理論聯(lián)系實(shí)際，認(rèn)識(shí)其重要性和必要性。真正

56、體會(huì)到設(shè)計(jì)是一件辛苦與充滿樂趣的事情，同時(shí)加深了對(duì)數(shù)電、模電課程的理解，學(xué)會(huì)了基本集成電路的運(yùn)用。在設(shè)計(jì)過程中學(xué)到了很多在課本上學(xué)不到的東西，也發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足之處。深深的體會(huì)到只有認(rèn)真的去做才能知道它真正的意義，不要眼高手低，要一步一步，腳踏實(shí)地的去做。</p><p>　　總之，通過此次課程設(shè)計(jì)，使我真正了解了電路設(shè)計(jì)的內(nèi)涵。親自動(dòng)手是課堂學(xué)習(xí)的延續(xù)，電子領(lǐng)域隨時(shí)隨地都在發(fā)生著翻天覆地的變化，現(xiàn)有的知識(shí)儲(chǔ)

57、備總是落后于科技的發(fā)展腳步，我們只有不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)，才能做到在面對(duì)新課題時(shí)游刃有余。</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄1</b></p><p><b>　　電子元件清單</b></p><p>　　附錄2 </

58、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】陳曉文主編.電子線路課程設(shè)計(jì).電子工業(yè)出版社，2004年</p><p>　　【2】閻石主編，清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，1985年</p><p>　　【3】林家瑞主編.集成電路及微機(jī)應(yīng)用手冊(cè).華中科技大學(xué)出版社，2001年&

59、lt;/p><p>　　【4】楊素行主編，清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程.高等教育出版社，2002年</p><p>　　【5】王斌主編.模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).西北工業(yè)大學(xué)出版社，2006年</p><p>　　【6】張文濤主編，PROTEUS仿真軟件應(yīng)用，武漢華中科技大學(xué)出版社，2010年</p><p>　　【7】網(wǎng)絡(luò)