摘要
本课题是人体脉搏测量仪的设计。由于脉搏信号的特殊性，在设计时必须要注意实现测量的准确。该系统的重点就在于要求实现测量的简便化和精确化。系统要在小于十秒的时间内，测量出人体一分钟的脉搏，并且保证误差在2次以内。本系统以89S51单片机作为中心，通过使用单片机来实现系统最核心的计算脉搏功能。在信号的前端处理上，使用压电陶瓷片采集人体脉搏信号，然后经过AD620放大，施密特触发器整形，低通滤波器滤波等一系列操作，将脉搏信号转换为同频率的脉冲信号输入到单片机内，并利用单片机对其进行计数。计数的方法是利用单片机的计时器，计算一次心跳的时间，然后由该周期计算出频率，继而就可以求出一分钟的脉搏数。按照理论来说，只要有一次心跳信号就可以。但是要考虑到计算的精确性，可以设定为测量五次心跳信号，然后再求脉搏就可以使结果比较精确。计数结果将最终送至液晶屏1602来进行显示。虽然压电陶瓷片的性能并非很好，在信号的采集上不能实现非常精确的采集，但是它的价格低廉，并且在经过系统的信号调理电路后，也能比较满意的实现我们所要实现的目标。整个系统耗电低，体积小，具有便携性与精确性。经过多次调试和实验，本系统基本实现了设计所要求的指标。
关键词：脉搏测量；心律监测；压电陶瓷片；液晶显示屏
目录
引言 (1)
1设计任务及要求 (3)
1.1 设计任务 (3)
1.2 设计要求 (3)
1.3 设计时所遇到的问题 (3)
2系统总体设计 (3)
2.1 方案论证 (3)
2.2 总体设计框图 (4)
3系统硬件设计 (5)
3.1 脉搏信号采集 (5)
3.1.1传感器的选择 (5)
3.1.2三种方案的优缺点比较 (6)
3.1.3压电陶瓷片介绍 (7)
3.2 信号调理单元 (7)
3.2.1一级放大电路 (8)
3.2.2二阶滤波器电路 (10)
3.2.3二级放大电路 (12)
3.3 整形电路 (14)
3.4 电源滤波电路 (16)
3.5 单片机电路 (16)
3.6 显示系统 (18)
4 测试方案及结果 (21)
4.1 测试方案 (21)
4.2 模拟测试结果 (21)
4.2 实际测试结果 (22)
5 结束语 (22)
谢辞 (24)
参考文献 (25)
附录 (26)
引言
在我国传统中医学的诊断中，“望、闻、问、切”是最基本的四个方面。而在其中，切，也就是脉诊，占有非常重要的地位。通过脉诊，医生可以对患者的身体状况有一个大概的了解，进而对症下药。脉搏信号可以直接反应出患者心脏的部分状况，我国传统中医学认为，通过脉诊可以了解到患者脏腑气血的盛衰，可以探测到病因，病位，预测疗效等。
从近代医学的角度来看，人体循环系统承担着协调全身各组织的能量代谢，输送氧气、营养物质，运走代谢废物等重要的工作，还承担运送抗体、激素等物质以协调整体的动态平衡。从整体的角度对疾病进行综合分析，显然循环系统的信息将占很重要的比重；从整个循环系统来看桡动脉介于大动脉与小动脉之间，由于心脏的舒缩、内脏血容量的变化、血管端点阻抗、管道内脉波的反射、血液的粘滞性、血管壁的粘弹性等因素使脉象携带着有关心脏运动、内脏循环、外周循环等丰富的心血管系统及整体的动态信息。因此脉诊的临床意义很大，它的机理是急待于我们进行研究的。
鉴于脉诊的重要性，人们对于脉搏测量一直非常关注，早在1860年Vierordt 创建了第一台杠杆式脉搏描记仪，国内20世纪50年代初朱颜将脉搏仪引用到中医脉诊的客观化研究方面。此后随着机械及电子技术的发展，国内外在研制中医脉象仪方面进展很快，尤其是70年代中期，国内天津、上海、广州、江西等地相继成立了跨学科的脉象研究协作组，多学科共同合作促使中医脉象研究工作进入了一个新的境界。
脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展：
(1) 自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。
目前很多脉搏测量仪都具有检测血氧等其他的功能，但是对这些信号的分析和诊断还需要一些有经验的医生观察，进行分析后才能确认结果，浪费大量的人力，且由人为引入的误差较大。因此，未来脉搏自动检测的内容将更加详细，自动分析诊断功能也更强大。
(2) 数字化技术等先进技术的应用。
随着数字科学技术的发展，脉搏测量仪集成度将更高，更便于携带。数字信号处理的运用将使干扰更小，测量更为准确。
（3）多功能化越来越明显
目前的脉搏测量仪，一般都具有测试血氧，心电图等等功能，单纯的脉搏测
量仪已经很少见。随着电子技术的发展，脉搏测量仪必然可以实现更多的功能。
人体脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式脉搏计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。
本设计所使用的系统利用压电陶瓷片将脉博转换为电压信号，经过信号调理后利用AD放大器进行放大和整形，在短时间内，测量出人体一分钟的脉搏数，并将心率进行实时显示，便于携带。达到了方便、快速、准确地测量心率的目的。这样的脉搏测量系统性能良好，结构简单，性价比高，输出显示稳定，比较适应大众化，适合家庭进行自我检查以及医院护士进行每日的临床记录。
人体脉搏测试仪是用来测量人体心脏跳动频率的电子仪器，也是心电图的主要组成部分。心脏跳动频率通常用每分钟心脏跳动的次数来表示。采用数显式脉搏计测量心脏跳动的频率不但精确，而且使用方便，显示结果醒目。
1 设计任务及要求
1.1 设计任务
本课题要求利用传感器对人体脉搏信号进行采集，设计相应的信号调理电路，然后利用通过对脉搏信号进行测量，来进行实时显示测量结果。
1.2 设计要求
(1)、应用数字电路实现在1min或0.5min内测量脉搏数，并显示其数值；
(2)、脉搏测量精度：≤±2次/分钟；
(3)、正常成年人的脉搏数为60～80次/min，老年人为100～150次/min，如果出现心律不齐，要有所指示。
1.3 设计时要考虑的问题
由于人体的脉搏信号具有频率低、幅度小干扰大，不稳定度低，随机性强等特点，使得对脉搏信号的采集放大电路的设计提出了很严格的要求，尤其是抗干扰变为十分重要，需要设计低通滤波器进行滤波。选择放大器时需要从增益、频率响应，输入阻抗，共模抑制比，噪声，漂移等几个方面加以综合考虑。
（1）抗干扰
○1工频50HZ干扰及其各次谐波
使用频率为50HZ的市电的电子仪器设备会对检测系统会产生较大的干扰，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的50%,是主要的干扰源
○2肌电干扰
肌肉的收缩会产生微伏级的电势，其幅值大约是脉搏信号峰峰值的10％，维持时间大约是50ms，频带范围可以在0HZ~10000HZ。
○3由于呼吸引起的基线漂移和ECG幅度变化
呼吸引起的基线漂移可以看成是一个以呼吸的频率加入ECG信号的窦性成分（正弦曲线），这个正弦成分的幅度和频率是变化的。呼吸所引起的ECG信号的幅度的变化可以达到15％。基线漂移的频率是从0.15～0.3HZ。
（2）低噪声、低漂移
在脉搏信号放大器中，由于增益较高，噪声和漂移是两个较重要的参数。脉搏信号放大器运行过程中的噪声主要表现为电子线路的固有热噪声和散粒噪声，这些都属于白噪声，其幅值为正态分布。为了获得一定信噪比的输出信号，对放大器的低噪声性能有严格要求。另外，温度变化会造成零点漂移，漂移现象限制
了放大器的输入范围，使得微弱的缓变信号无法被放大。而脉搏信号具有很低的频率成分，为了能正常测量，必须采取措施来限制放大器的漂移。所以放大器应选用低漂移，高输入阻抗并且具有高共模抑制比的集成运放电路。
2 系统总体设计
2.1 方案论证
正常成年人的脉搏次数是60-80次/min，婴儿为90-140次/min，老年人则为100-150次/min，显然这种信号属于低频范畴。因此，脉搏计时用来测量低频信号的装置，根据任务要求可知，要把人体的脉搏（振动）信号装换成点信号，这就需要借助于传感器。对装换后的电信号要进行放大和整形等处理，以保证其他电路工作正常。要求在很短的时间（若干秒）内测量出放大的电信号频率值。
脉搏计的核心是在固定的短时间内对低频电脉冲信号计数，最后以数字形式显示出来，这可以用频率测量的原理来实现，脉搏计的主要组成部分是计数和数字显示器。
要满足上述脉搏计功能的要求，可以实现的方案有很多，现提出两种不同的方案。
方案一：对装换为电信号的脉搏信号在单位时间内（1min或0.5min）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，脉搏计方案一电路框图如图2.1所示。用这种方案测量的误差为+/-2次/min，测量时间越短，误差也就越大。
图2.1脉搏计方案一电路框图
各电路的作用如下：
传感器：将脉搏跳动信号装换为与此相对的电脉冲信号。
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，获得标准计数脉冲。
基准时间产生电路：产生短时间的控制信号，以控制诚恳时间。
控制电路：保证在基准时间控制下，将放大整形后的脉冲信号送到计数译码显示电路。
计数译码显示电路：读出脉搏数，并以十进制数的形式有数码管显示出来。
方案二：
测量脉搏计跳动固定次数（例如5次，10次）所需的时间，然后换算为每分钟的脉搏次数，脉搏计方案二电路框图如图所示。这种测量方法的误差小，可达+/1次/min。
图2.2脉搏计方案二电路框图
此方案的传感器，放大与整形电路，译码显示电路与方案一完全一样，其余部分的功能叙述如下：
六进制计数器：检测6个脉搏信号，产生5个脉冲周期的门控信号。
基准时间产生电路：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5 s，即门打开5 s的时间，让0.1 s周期的基准脉冲信号进入8位二进制计数器，显然计数值位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：产生定时脉冲数信号，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（如50）作为预置数，对3 000个脉冲进行分频，所得的脉冲数（如得到60个脉冲信号）肌心率，从而将计数值转换成每分钟的脉搏次数。
这两种方案均采用频率测量的基本原理来实现。相比较而言，第一种方案更直观，所需的电路结构更简单；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且便宜，这里准备采用第一种方案。
2.2 总体设计框图
脉搏测量仪系统总框图，如图2.3所示。系统由六个部分组成：输入单元电路，信号放大与整形电路，时基产生电路，主门电路，计数显示器，逻辑控制电路。其中输入单元电路主要是选用合适的传感器将脉搏的压力信号转换为电信号，一般传感器输出的电
压都在几毫伏左右。信号调理单元主要包括信号的低通滤波，以及实现信号的放大，经过信号调理单元，几毫伏的脉搏信号的电压被放大为4V-5V左右。信号整形单元则将模拟信号转化成数字信号，将脉搏信号转换为同频率的脉冲。单片机单元通过计时器求出一次脉搏的时间，并进而得出脉搏数，然后将该数据送到显示单元进行显示。显示单元选择数码管或者液晶屏，对数据进行实时显示。
图2.3 系统总体框图
3 系统硬件设计
系统的硬件框图如图2.3所示，包括五个部分组成。下面将分别介绍该五个单元。
3.1输入单元电路
该单元要将脉搏跳动的压力信号转换为电信号，因此需要使用传感器来实现。
3.1.1传感器的选择
①压电式传感器
目前常用的是一次性心电电极,它是用印刷方法制得的Ag/ Agcl传感器。这种传感器采用接扣与敏感区分离的方法,能明显的减少由于人体运动产生的干扰。电极的好坏对采集到的心电信号质量起着至关重要的作用,采用的电极应有贴力强,能紧附在人体表面,柔软、吸汗、极化电压低、导电性良好等特点。当选用电极传感器时,需要3个电极分别置于左右手和左腿,构成标准导联。临床上为了统一和便于比较所获得的脉搏信号,在检测脉搏信号时,对电极的位置,引线与放大器的连接方式都有严格的统一规定。
目前市场上有一种采用新型高分子压电材料聚偏氟乙烯研制的压电传感器,其灵敏度高,频带范围好,结构简单,便于使用。当手指前端受到轻微的压力时，可以感觉到手指前端在血压的作用下有一张一弛的感觉，将这个信号用传感器提取出来，转变为电信号，通过指脉的波形检测，就可以获得人体的脉搏信号。
○2光电式传感器
血液是高度不透明的液体，光照在一般组织中的穿透性要比血液中大几十倍，据此特点，采用光电效应手指脉搏传感器来拾取脉搏信号。反向偏压的光敏二极管，它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性，在一定光强范围内，光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随心搏改变时，将使光电三极管极管收到不同的光强，并由此产生的光电流均随之作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器分为红外对管和红外放射管。
采用红外对管。将对管夹于手指端部，通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化，红外对管对应的信号便会发生相应的变化，采集此信号经过放大，滤波，比较等处理便可以得到理想的信号。。
采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信号，因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧，因此便不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦。接收的是血液漫反射回来的光，此信号可以精确地测得血管内容积变化。
○3集成传感器
当前,市面上有很多类型的集成心电传感器,其灵敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的变化,且已包含了滤波等抗干扰电路,波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵，一般均在五百元以上，就本次设计来说，考虑到经费以及锻炼自己的目的，不选择使用该型传感器。
3.1.2三种方案的优缺点比较
○1光电式：
优点：灵敏度高，易于操作,响应速度快，结构简单。
缺点：1、外部光源的变化对测量结果的影响较大；
2、需要购买专门的医用光电传感器，价格较贵且不易购买；
3、对这样的器件接触很少，对其进行调试时可能会出现较大困难。
○2压电式：
优点：结构简单，实时性好，工作频带宽，应用电路简单，且价格低廉。
缺点：直接与人体相接触，容易因为人体肌肉的颤动等而产生干扰。并且容易受到外界其他信号的干扰。
○3集成式:
优点:集成度高,包含了滤波,放大电路,可以直接输出信号,便于操作,有效的减少了各种干扰。
缺点:降低了本任务的难度,如果采用该传感器，只需将其直接接上单片机即可实现功能，且价格非常昂贵。
考虑到种种情况，结合本系统的设计要求以及经费的考虑，最终选择压电式陶瓷片。该传感器价格较低，而且输出电压变化较为明显，可以实现我们的实验目的。
3.1.3压电陶瓷片介绍
压电陶瓷片的外观和电路符号如下图3.2所示。压电片包括三个部分，镀银层，压电陶瓷，以及铜片。外部压力作用于铜片时，压电陶瓷就可以感受压力而产生电信号，并最终通过镀银层将该信号输出。在使用时，压电陶瓷片要通过导线与电路板连接,注意在焊接压电陶瓷片时,时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片的镀银层。
图3.1 压电陶瓷片的符号及外观
由于压电陶瓷片的资料比较少，为了确定使用该传感器能够实现本次设计的目的，先要对其进行实验，来确定它的输出电压是否符合要求。
使用实验室砝码来测试，其结果如下表表3.1所示。
表3.1 压电陶瓷片输出电压测试表
压力(N) 输出电压(mV)
0.196 4.41
0.392 4.55
0.588 4.77
0.784 4.80
0.98 4.85
1.176 5.05
1.372 5.35
1.568 5.54
由于只需要4mv-5mv左右的电压输出，就可以实现设计要求。由本次试验，可以得知压电陶瓷片可以实现我们所要达到的目标。
3.2放大与整形电路
信号调理电路包括对信号的放大和整形部分。由于传感器输出的电压比较小，在几毫伏左右，且频率较低，需要低噪声，低漂移，高输入阻抗的放大器，所以选择使用仪表放大器。如美国AD公司的专用放大器AD6××系列，其具有输入阻抗高和输出阻抗低以及调节电压放大倍数方便等优点，微伏级的信号一般采用调制、解调方式作前级放大，就是一个乘法器一（类似于收音机的解调电路）。但在数字电路系统中，也常用非门来构成线性放大器。门电路的转换特性如图3-29所示，如果使它工作在线性区，它就有电压放大能力。通过改变门电路的输出端、输入端所连接的反馈电阻，可使其工作在线性区。肌电干扰可能会导致放大器的静态工作点偏移，甚至使放大器达到饱和，所以第一级放大器的放大倍数不能太高。因此还需要另一个放大器。同时完成放大工作后还需对信号进行整形，这里运用施密特触发器，完成整形功能。
图3.2 信号调理单元框图
下面，将分别介绍这两个部分。
3.2.1放大电路
放大与电路是整个系统设计的重点,脉搏测量仪要求在脉搏信号频率范围内，不失真的放大所采集的微弱信号,这要求所用的放大器必须具有低噪声,低漂移,低失调参数,高共模抑制比,高输入阻抗,线形度小等特点。
为了达到上述要求,电路如图3.3所示。
图3.3 放大电路图
其中非门D4A和D4B构成两级放大器，为了使D4A和D4C两个非门处于传输特性的线性区，应适当选取反馈电阻R16、R17的阻值。其阻值不能太小，否则非门的输出与输入之间的信号直接馈通。一般R16、R17的阻值应比非门的输出电阻RO大两个数量级(非门R。=8～15 kfl,)，但R16、R17的阻值也不能太大，否则将使工作点稳定性变差，甚至有可能偏离出线性区，在这里取R16 =R17=20 k?。
由非门构成的放大电路，其放大倍数约为20倍，且一般是不可调的。如放大倍数不够，可采取多级放大器级联来增大放大倍数。D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器，电阻比值R14 /R15影响其回差值，一般先确定电阻R15，可根据公式求得R15的值。
R15≥(UOH-UTH) /IOHmax
式中，UOH为门电路的输出高电平(UOH≈VDD)；UTH为门电路的阈值电压(UTH 一VDD/2); IOHma。为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。
当R15选定后，即可确定电阻R14的阻值，由于这里的施密特触发器主要用来对输入电压进行整形，以提高抗干扰能力，通常可按R14一(0. 01～0.1)Ris 的关系来选取电阻R14的阻值。
在这里选取R14 =22 k?．R15=220k?。
由门电路构成的放大电路具有功耗小、稳定性高和成本低等优点，缺点是输
出阻抗高和上限频率较低。
3.2.2 整形电路
由于芯片只能检测到数字信号，因此，经过信号调理电路后得到的模拟信号必须转换为数字信号。这里有两个方案可以选择。
方案一: 使用三极管进行整形.
图3.13 三极管整形电路
方案二：使用施密特触发器来实现整形。
只要使用一个施密特触发器，就可以实现对于信号的整流作用。
由于三极管的调试较为复杂，且工作性能不如施密特触发器稳定，所以我们选用施密特触发器。D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器，结构简单，使用方便，因此选用555芯片来完成该项任务。
由D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器如下图图3.14所示。
图3.14 D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器使用施密特触发器后，其输入输出波形的变化如下图图3.15所示。
图3.15 施密特触发器工作波形
电阻比值R14 /R15影响其回差值，一般先确定电阻R15，可根据公式求得R15的值。
R15≥(UOH-UTH) /IOHmax
式中，UOH为门电路的输出高电平(UOH≈VDD)；UTH为门电路的阈值电压(UTH 一VDD/2); IOHma。为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。
当R15选定后，即可确定电阻R14的阻值，由于这里的施密特触发器主要用来对输入电压进行整形，以提高抗干扰能力，通常可按R14一(0. 01～0.1)Ris 的关系来选取电阻R14的阻值。
在这里选取R14 =22 k?．R15=220k?。
由门电路构成的放大电路具有功耗小、稳定性高和成本低等优点，缺点是输出阻抗高和上限频率较低。
由于VCC=5V，所以，当输入电压大于2/3VCC，也就是3.33V时，电路就可以输出高电平，然后一直持续到1/3VCC，也就是1.67V时，电路开始输出低电平。在前面的电路中，脉搏信号被转化为5V左右的信号，经过实验验证，脉搏信号在本级可以被转化为能被单片机识别的数字信号。
图3.16 整形电路
3.3时基信号产生电路
时基信号产生电路应产生一个定时(1 min或0.5 min)方波脉冲的控制信号，使计数器在定时脉冲宽度固定的时间内对脉搏电脉冲进行计数。为了得到频率较低、脉冲宽度一定的定时信号（计数器的门控信号），通常采用“振荡加分频”的方法。先用振荡器产生高频脉冲，然后经数次分频得到所要求的时基信号，这种方法能获得十分精确的脉冲宽度。现在有一些集成电路，其内部同时包含振荡和分频两部分电路，使用起来十分方便，例如CD4060和CD4040。
CD4060是一个14位二进制串行计数器（分频器），它内部除了有14个T触发器（组成14位计数器）外，还包含一个振荡器，只要在CPi、CPo和CPo端外接电阻和电容，就可以构成RC振荡器。CD4060的典型应用电路如图3-31所示。当CD4060接成RC振荡器时，其振荡频率fo与Rr、CT之间有以下近似关系：
Fo=1／(2. 2RrCT)
电阻RT的值应>1 kfl，电容CT应≥100 pF，一般可先选定电容CT的容量，再根据上式估算出电阻值。
图3-31 CD4060的典型应用电路时信号
注意电阻Rs是为了改善振荡器的稳定性，减少由于器件参数差异而引起的振荡周期的变化而接入的。Rs的阻值应尽量大于Rr，一般可取Rs一10R，r，此时振荡周期的变化可大为减小。为了得到准确的振荡频率值，实际上RT和Rs均应采用电位器，以便于调整。
为了产生60 s的定时脉冲，根据CD4060的典型应用电路，修改外围电阻、
电容的参数，很容易得到所需要的时钟脉冲。时基信号产生电路如图3-32所示。
图3-32 时基信号产生电路
芯片CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成，振荡器的结构可以是RC或晶振电路，CR为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效。所有的
计数器位均为主从触发器。在CP
1(和CP
)的下降沿计数器以二进制进行计数。在
时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。
CD4060引脚功能图
Absolute Maximum Ratings 绝对最大额定值：
注意：本电路中CD4060的集成电路是采用飞思卡尔半导体公司生产的
MC54HC4060J，它的功能与CD4060完全一致。世界上许多著名的芯片公司均生产同一功能和类型的芯片，但各个公司均有自己的一套命名方法表示型号，以期能够识别。
3.4计数译码显示电路
计数译码显示电路是脉搏测试仪的重要组成部分，计数器的类型很多，选择余地较大，如十进制计数器74LS161、十进制计数器／脉冲分配器CD4017、双十进制计教器74LS390、异步二一五一十进制计数器74LS290、CMOS双十进制同步计数器CC4518、CD4553三位BCD计数器等，但最好选用有选通脉冲输出控制的计数器，以便采取动态扫描显示方式，这样可大大简化电路，节省元器件。这种类型的计数器中最典型的是CD4553，它是3位十进制计数器。但它只有1位输出端（输出BCD码），要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过其选通脉冲信号依次控制3位十进制数的输出，从而实现扫描显示方式。因为人体脉搏每分钟的跳动次数不会超过3位数，用一块CD4553就可完成计数，电路十分简单。
计数译码显示电路采用CD4553(MC14553BCP)作为计数器，因为CD4553 (MC14553BCP)具有以下功能：
(1)计数输出为BCD码，便于译码显示。
(2)具有显示驱动扫描脉冲信号输出，可实现动态显示。
(3)具有锁存控制、清零、计数允许(DIS)和溢出(OF)控制端，可实现其他功能的要求。
CD4553 (MC14553BCP)的组成框图及其管脚排列如图3-33所示，其功能见表3-5。
CD4553 (MC14553BCP)的组成框图及其管脚排列
a)组成框图b）管脚排列
基于单片机的电子脉搏计的设计
毕业设计论文 基于单片机的电子脉搏计的设计
人们在日常生活或是医学上常常是通过测量脉搏跳动的力度和频率来检测身体的健康状况，而普通的方法是用手按在人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数，这样不仅测量时间长而且精度不高，为了节省测量时间，一般不采用长时间测量，而是几秒钟之内测出脉搏数。本文介绍一种基于STC89C52单片机的电子脉搏计，通过测量腕部动脉的压力，把压力转变为电信号，送入单片机，可以在3秒钟之内精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位LED数码管显示，并且脉搏波形通过串口送入PC机，实时显示脉搏波形。 脉搏计是最常用的医疗检查设备之一，实时准确的脉搏测量在日常生活、患者监控、临床治疗及体育运动等方面都有着广泛的应用。脉搏测量包括瞬时脉搏测量和平均脉搏测量。瞬时脉搏可以反映心率的快慢，同时能反映心率是否匀齐；平均脉搏测量虽然只能反映心率的快慢，但记录方便。本文设计的电子脉搏计可以把这两个参数在测量时都记录下来并且显示，瞬时测量结果通过PC机实时显示，平均脉搏测量结果通过LED七段数码管显示。 关键词：STC89C52 单片机脉搏串口 Based on SCM electronic pulse plan design
People in daily life or medicine is often measured by the pulse frequency and strength to detect the health status of body by hand, and ordinary people by the arteries in the wrist, according to a pulse count, thus not only beat measuring time long and accuracy is not high, in order to save the measuring time, generally does not use the long time measurement, but a few seconds pulse count. Measured This paper introduces a STC89C52 MCU based on the electronic pulse plan, by measuring the pressure, the wrist artery pressure into electrical signals, into a single-chip microcomputer, can accurate measurement in three seconds per minute, a pulse with measurement results number three LED digital display, and pulse tube through a serial port into PCS, real-time display pulse waveform. Pulse meter is one of the most commonly used in the medical examination device, real-time accurate measurement of the pulse of daily life, patient monitoring, clinical treatment and other aspects of sports have a wide range of applications. Pulse measurements include transient pulse measurement and the average pulse measurement. Instantaneous heart rate may reflect the speed of the pulse, while heart rate can reflect whether the uniform homogeneous; average heart rate, pulse measurement can only reflect the speed though, but the record of convenience. This design of elec- tronic pulse meter to measure these two parameters are recorded and displayed the time, instantaneous measurements in real time through the PC, shows that the average pulse measurements by seven segment LED digital display. Keywords: STC89C52; microcontroller; pulse; the serial interface
【设计任务与要求】 1、要求用十进制数显示被测人体脉搏每分钟跳动的次数，测量范围30～160次/min； 2、要求在短时间内（5s、15s）测出脉搏数/每分钟； 3、测量范围要求在±4次/min以内； 4、要求锁定每分钟脉搏数，将测量结果通过数码管出来，共分为显示计数过程，不显示技术过程两种方案； 5、要求采用手动清零、自动清零（自启动）两种方式。 【课程方案原理框图】 【课程方案】 1、信号发生与采集将脉搏跳动信号传感器转换为与此相对应的电脉冲信号； 2、放大电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大，采用高输入阻抗的非门进行放大； 3、低通滤波滤除空气中的高频，只让低频脉冲信号通过。对脉搏信号进行采集的时候，空气中交流工频干扰最大，根据有源滤波原理将其滤除。 4、整形电路可用两个非门组成的施密特触发器对放大后的信号进行整形； 5、定时电路用555定时器组成多谐振荡器，达到5s、15s的精确计时； 6、通过计数、译码、显示读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。数码管采用共阴数码管。 【单元电路设计与参数计算】 1、信号发生与采集： 通过陶瓷压电传感器对脉搏进行采样收集。 2、放大与滤波电路： 将5mV的正弦信号放大为5V的正弦信号，即差模电压增益为1000。
图示为用LM324设计的同相放大器，其输出信号，Vi 为幅值为5mV 的输入信号。则另： 倍。，即正弦信号放大了可得10001000,321,33≈= Ω==Ω=Vi Vo Av K R R M R Vi R R Vo )1 3 1(+=左图为二阶低通滤波器电压增益随频率变化曲线，在f=f o 之后随f 增加，增益急剧下降，从而达到低于f 频率通过的效果
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 1.1 心率测试的意 义 (4) 1.2 心率测试仪的组成框 图 (4) 1.3 心率测试的基本过 程 (5) 第二章基础知识介绍 (6) 2.1PVdF传感 器 (6) 2.1.1敏感部分 (6) 2.1.2电荷放大器 (7) 2.2555定时器 (7) 2.2.1 555定时器的基本功能 (7) 2.2.2 555组成的基本电路及应用 (9) 2.3 十进制加法计数器 74160 (10) 2.4 锁存器 74LS373 (10) 2.5 显示译码器 74LS48 (11) 2.5.1 译码驱动 器 (11) 2.5.2 发光二极管显示 器 (13)
2.6 数值比较器 74LS85 (13) 2.6.1 74LS85的逻辑功能图和引脚图 (13) 2.6.2 74LS85实现的逻辑功能 (14) 第三章电路设计 (15) 3.1 传感器模块 (15) 3.1.1 传感器的选择 (15) 3.2 放大模块 (15) 3.2.1 放大电路 (15) 3.3 整形模块 (16) 3.3.1 电路图 (16) 3.3.2 电压比较器 (17) 3.3.3 单稳态触发器 (17) 3.4 计数模块 (17) 3.4.1 计数电路 (17) 3.4.2 设计说明 (17) 3.5 定时模块 (17) 3.5.1 电路设计 (17) 3.5.2 计算说
明 (17) 3.6 译码显示模块 (18) 3.6.1 设计电路图 (18) 3.7 数值比较模块 (1) 3.7.1 设计电路图 (19) 3.7.2 比较原理说明 (19) 3.8 报警模块 (20) 3.8.1 报警电路........................................................20. 3.8.2 工作原理 (20) 第四章电路综合 (21) 4.1 整体电路介绍 (21) 4.2 整个电路工作过程 (21) 第五章总结 (22) 参考文献 (23) 附图............................................................................ (24)
数字电子技术课程设计报告题目:电子脉搏计设计 班级: 姓名: 指导老师: 组号: 2
目录 第一章设计设计任务及要求 (1) 第二章方案设计与论证 (1) 2.1方案一 (1) 2.2方案二 (2) 2.3总结方案 (2) 2.4设计原理及方框图 (3) 第三章各单元电路电路设计与分析 (3) 3.1四倍频电路 (3) 3.2脉搏计数电路 (4) 3.3计时控制电路 (5) 3.4时钟信号产生电路 (6) 3.5译码显示电路 (7) 第四章总体电路原理图及元件清单 (7) 第五章电路仿真及仿真结果分析 (9) 第六章作品照片图 (10) 第七章心得体会 (11)
第八章参考文献 (12) 第九章附页 (13)
电子脉搏计 一、设计设计任务及要求 用中小规模集成块模拟世贤电子脉搏计逻辑控制电路的具体要求如下： （1）实现在15s内测量1min的脉搏数。 （2）用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示。 （3）正常人的脉搏数为60~80次/min,婴儿的为90~100次/min，老人为100~150次/min,可通过与上述正常脉搏数比较，给出测脉搏人的脉搏数高出或低出正常范围的数值。 二、方案设计与论证 方案一 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.放大整形电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。 3.四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4倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。 4.控制电路用555定时器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。 5.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出。 6.电源电路按电路要求提供符合要求的直流电源。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。 方案二 与方案一相比，信号发生与采集、定时电路、计数译码显示电路不变。其他有所改变。 2）放大电路用普通运放进行发大，为达到高输入阻抗的要求，采用同相比例放大。 3）低通滤波在运放的反馈电阻上并联一个电容，达到滤波的效果。 4）整形电路通过运放组成的单限比较器进行脉冲整形。 方案二的放大电路除了在阻抗匹配方面略显弱势之外，使用更为普遍。为了探索非门再放大方面的应用，选择了方案一。
人体脉搏计 （1） 设计内容及要求 设计题目：设计一个人体脉搏计。 内容简要：人体脉搏计的设计是基于传感器，放大电路，显示电路等基础电路的基础上，实现对人体脉搏的精确测量。其设计初衷是适用于各年龄阶段的人群，方便快捷的测量脉搏次数，并用十进制数显示出来。具体的各部分电路接下来将介绍。 传感器信号：传感器采用了红外光电转换器，作用是通过红外光照射人的手指 的血脉流动情况，把脉搏跳动转换为电信号。 放大电路：由于人体脉搏跳动经过传感器后的初始信号电压值很小，所以利用反相放大器将采集的电压信号放大约50倍。又因为该信号不规则，将接入有源滤波电路，对电路进行低通滤波的同时，再次将电压信号放大1.6倍左右。该电路使信号得到80倍的放大，充分的放大方便了后面的工作电路。 整形电路：本电路旨在采用滞回电压比较器对前面放大以后的信号进行整形，使信号更规则，最终输出矩形信号。 倍频电路 ：倍频电路的作用是对放大整形后的脉搏信号进行4倍频处理，以便在15s 内测出1min 内的人体脉搏跳动次数，从而缩短测量时间，以提高诊断效率。 基准时间产生电路：基准时间产生电路的功能是产生一个周期为30s （即脉冲宽度为15s ）的脉冲信号，以控制在15s 内完成一分钟的测量任务。具体各部分是由555定时器产生一个周期为0.5秒的脉冲信号，然后用一个D 触发器进行二分频得到周期为1s 的脉冲信号。再经过由74LS161构成的十五进制计数器，进行十五分频，再经D 触发器二分频，产生一个周期为30s 的方波，即一个脉宽为15s 的脉冲信号。 计数、译码、显示电路：计数器采用3个二进制计数器74LS161分别作个、十、百位，并将其设计成十进制计数器（逢十进位），再由7448译码器译码后接到七段数码管LTS547R （共阴极）上完成三位数十进制数的显示。 控制电路：控制电路的作用主要是控制脉搏信号经放大、整形、倍频后进行计数的时间，另外还具有启动电路及为各部分电路清零等功能 设计要求：最终仪器要能够实现在15s 内测量1min 的脉搏数，并且显示其十进制数字。参考值：正常人的脉搏数为60~80次/min ，婴儿为90~100次/min ，老人为100~150次/min 。所以需要三个显示数码管才能完成显示功能。 （2） 系统框图介绍及方案选择 结合以上各部分电路内容及设计要求分析，以控制电路为枢纽，将经传感器、放大整形电路、倍频电路的脉搏信号和时间信号通过控制电路实现对计数器的控制，使其能够准确的显示脉搏数。脉搏计的原理结构图如下： 根据此框图，各部分电路有如下几种设计方案：放大电路可以在同相放大器和反相放大器之间选择，二者几乎没有区别，在此选择使用反相比较器；整形电路可以用555构成的施密特触发器或者由运放组成的迟滞电压比较器，考虑到运放的使用较555简单方便，图1 脉搏计结构框图 控 制 电 路 基准时间产生电路 计数 译 码 显示 传感器 放大与整形 倍频器
本科毕业设计 （ 论文） 开题报告 题目： 基于单片机的脉搏测量仪 的设计 课 题 类 型：设计丁实验研究□论文口 学 生 姓 名： 学 号： 专 业 班 级： 学 院： 信息工程学院 指 导 教 师： 开 题 时 间 年月日 开题报告内容与要求 一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值） 随着科技发展的不断提高， 生命科学和信息科学的结合越来越紧密， 出现了各种新 颖 的脉搏测量仪器，特别是电子脉搏仪的出现，使脉搏测量变得非常方便。 脉诊在我 国已具有
2600 多年临床实践，是我国传统中医的精髓，但祖国传统医学采用“望、闻、问、切”的手段进行病情诊断，受人为的影响因素较大，测量精度不高。科技的创新，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确的测量脉搏的目的。随着电子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、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。 脉搏测量仪的设计，必须是通过采集人体脉搏变化引起的一些生物信号，然后把生物信号转化为物理信号，使得这些变化的物理信号能够表达人体的脉搏变化，最后要得出每分钟的脉搏次数，就需要通过相应的硬件电路及芯片来处理物理变化并存储脉搏次数。在硬件设计中一般的物理信号就是电压变化。本系统的组成包括传感器、信号处理、单片机电路、显示电路、键盘输入等部分。 二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述） 随着科学技术的发展，脉搏测量技术也越来越先进，对脉搏的测量精度也越来越高，国内外先后研制了不同类型的脉搏测量仪，脉搏测试不再局限于传统的人工测试法或听诊器测试法，脉搏测量可利用电子仪器测量出精度更就的数据。人体脉搏信号中包含丰富的生理信息，也逐渐引起了临床医生的很大兴趣，达到了方便、快捷、准确在测量脉搏的目的。随着电子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、自动化的方向发展。制成的脉搏测量仪器性能良好，结构简单，有较好的应用和推广价值。而其中关键是对脉搏传感器的研究。起初用于体育测量的脉搏测试集中在对接触式传感器的研究，利用此类传感器所研制的指脉、耳脉等测量仪各有其优缺点。指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降：耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。过去在医院临床监护和日常中老年保健中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。 脉搏测量仪的发展主要向以下几个趋势发展： （1）自动测量脉搏并且对所得到的脉搏进行自动分析。目前很多脉搏测量仪都具有检测
报告成绩 电子电路综合实验报告 学生：贺杰 学号：1410404006 专业年级：2014级通信工程4班 指导教师：周妮讲师 起止日期：2016年3月—2016年6月 电气与信息工程学院 2016年6月3日
目录 1目的与意义 (1) 3 方案设计 (1) 4 系统硬件设计 (3) 5仿真调试与分析 (10) 6结论与体会 (10) 参考文献 (10) 附录 (11) 附录A 系统实物图 (11)
摘要：电于脉搏计可以连续台动地测量手术或重危病人的脉搏，也可以用于健康管理，运动员的训练等方面，为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。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，它是用来测量频率较低的小信号。 1目的与意义 一、目的： 1、掌握组合逻辑电路的工作原理及设计方法。 2、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的电子电路小系统。 二、意义 对于医院的危重病人，或者在其他一些特殊场合，需对人的脉搏进行连续检测，本课题即针对这一需求，设计一台简易的电子脉搏计。 1、制作要求 实现在15S测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min 婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。（只考虑数字部分，即输入波形视为矩形波） 2、制作步骤 （1）拟定测试方案和设计步骤，填写真值表； （2）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （3）进行相应的仿真测试； （4）设计、调试和安装电路并测试； （5）撰写设计报告。 2 方案设计 电子脉搏计是由脉搏计数器和控制时间的定时电路所组成，并且还要在15S测量出1min的脉搏数。所以，我们先按要求，分开设计各个功能的电路图，然后再组合连接成一个完整的按要求的电子脉搏计。 方案一：
电子课程设计目录 第一部分电子课程设计题目及要求 1．题目 (1) 2．设计目的 (1) 3．设计内容及要求 (1) 4．脉搏计的基本原理 (1) 第二部分设计方案 1. 提出方案 (2) 2. 方案比较 (3) 第三部分电路设计与分析 (4) 1. 信号发生与采集 (4) 2. 放大电路 (4) 3.有源滤波电路 (5) 4.整形电路 (7) 5.倍频器 (9) 6.基准时间产生电路 (10) 6.1 NE555定时器 (10) 6.2 用555定时器构造施密特触发器 (11) 6.3 用施密特触发器构造多谐振荡器 (12) 7.计数译码器 (13) 7.1 计数电路 (13) 7.2 译码显示 (14) 8.控制电路 (17) 第四部分所用元件及实验心得 (18) 1.元件列表 (18) 2.实验心得 (18) 3.参考文献 (18) 附：总原理图 (19)
第一部分电子课程设计题目及要求 1. 题目人体脉搏计 2．设计目的 2.1熟悉脉搏计电路的组成、工作原理和设计方法。 2.2掌握多谐振荡器、倍频器、计数器、译码器等的工作原理、使用方法、特点、用途及主要参数的计算方法。 2.3熟悉集成电路74LS00、74LS161、CC4518、CC4511、晶闸管、有源滤波电路的特点、用途及主要参数的选择方法。 3．设计内容及要求 3.1设计题目：设计一个脉搏计。 3.2要求：实现在15s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人的脉搏数为60~80次/min，婴儿为90~100次/min，老人为100~150次/min。 3.3放大与整形电路 放大电路：电压放大倍数u A 约为11倍，选R 4 =100 KΩ，C 1 =100μF。试选择其它元 件参数。有源滤波电路：电压放大倍数选用1.6倍左右。运放可均采用LM324，也可选其它型号运放。 整形电路：选用滞回电压比较器，集成运放采用LM339，其电路参数如下：R 10 =5.1KΩ， R 11=100 KΩ，R 12 =5.1 KΩ。 倍频电路：异或门选用可采用CC系列、也可采用TTL系列。基准时间产生电路：试选择电路其它未知参数。 计数、译码、显示电路：试选择电路其它未知参数。 控制电路：试选择电路其它未知参数。 4．脉搏计的基本原理 分析设计题目要求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。由给出的设计技术指标可知，脉搏计是用来测量频率较低的小信号（传感器输出电压一般为几个毫安），它的基本功能应该是 ①用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大整形和滤波。 ②在短时间内（15s内）测出每分钟的脉搏数。 简单脉搏计的框图如图1所示。 图1.1 脉搏计原理框图
脉搏测试仪设计报告 摘要：本系统以ST12C5A60S2单片机为核心，利用红外线发射二极管和接收二极管作为信号检测传感器，通过LM324信号放大电路，最终使用四位一体数码管作为显示器件。系统利用红外对管将人体心脏跳动使血管中血液饱和程度的变化将引起光的强度发生的变化，红外接收二极管的电流也跟着改变，导致红外发射管输出脉冲信号，经过由LM324构成的放大电路将脉冲信号放大整形，传送至单片机进行信号计算处理，最后将数据结果送到数码管进行显示。由此来对人体心率的数据进行测量。 关键词：ST12C5A60S2、红外线发射二极管、接收二极管、LM324、MY3641AH
Abstract：The system is based on the ST12C5A60S2 single-chip microcomputer as the core, with the infrared emitting diode and receive diode as sensor, signal amplifier circuit with LM324 as the core device, with 2MY3641AH four in one as a digital control display device. Through infrared to control the human beating heart vascular blood saturation degree of change will cause the light intensity changes, the infrared receiving diode current also change, resulting in the infrared emission tube output pulse signal, after which is composed of LM3243stage amplifying circuit amplifies the pulse signal is transmitted to the single chip microcomputer, signal processing, finally the data sent to the digital tube display. According to the data measured on human heart rate. Key words: ST12C5A60S2, infrared emitting diode, receiving diode, LM324, MY3641AH 目录
电子脉搏计 课 程 设 计 报 告 组长：蔡新源 组员：史志华、张重彬、李海磊、杨威力、刘世洋、孙景伟、冀鹏辉、杨冠军、李峰 朝
目录 摘要 (3) 第一章绪论 (4) 第二章各种元器件及其应用 (5) 1、集成同步计数器及其应用张重彬 (5) 2、BCD-七段共阴数码管史志华 (7) 3、74LS161 计数器的应用杨威力 (10) 4、五进制的自循环冀鹏辉 (12) 5、集成同步计数器及其应用刘世洋 (13) 6、用 74LS161构成一个十进制计数器李海磊 (14) 7、四进制的自循环杨冠军 (15) 8、用 74LS290设置七进制计数器李峰朝 (17) 9、七进制的自循环孙景伟 .. 19 第三章数字脉搏计时器的方案比较 (21) 3.1方案论证 (21) 3.2提出方案 (21) 3.3方案比较 (23) 第四章单元电路的设计 (23) 4.1电路总体框图 (23) 4.2采集、放大与整形电路 (23) 4.2.1传感器 (24) 4.2.2放大电路 (24) 4.2.3整形电路 (25) 4.3倍频电路 (26) 4.4基准时间产生电路 (28) 4.5 计数、译码、显示电路 (28) 4.6 控制电路 (31)
总结 (32) 摘要 人体脉象中富含有关心脏、内外循环和神经等系统的动态信息。而脉搏的病理生理性改变常引发各种心血管事件，脉搏生理性能的改变可以先于疾病临床症状出现，通过对脉搏的检测可以对如高血压和糖尿病等引起的血管病变进行评估。同时脉搏测量还为血压测量，血流测量及其他某些生理检测技术提供了一种生理参考信号。 本文主要介绍了数字式脉搏计的具体实现方法，利用压电传感器产生脉冲信号，经过放大整形后，输入单片机内进行相应的控制，从而测量出一分钟内的脉搏跳动次数，快捷方便。通过观测脉搏信号，可以对人体的健康进行检查，通常被用于保健中心和医院。 关键词脉搏计；脉冲信号；压电传感器
电子电路课程设计报告 院、系：信息工程系 专业：电子信息工程 学号： 姓名： 同组人： 指引教师： 二0一一年一月七日
目录 一、课程设计实验目………………………………………………3二、 课程实验设计方案…………………………………………………3三、 设计规定及技术指标 (3) 四、课程设计实验器材 (3) 五、课程设计实验原理 (4) （1）集成运放放大电路 (4) （2）555定期器原理及应用简介 (4) （3）计数器 (6) （4）译码器 (7) （5）七段数码管 (9) （6）压电陶瓷片 (10) 六、仿真调试与分析 (11) 七、元件安装与焊接 (11) 八、课程设计实验心得 (12)
电子电路课程设计报告 脉搏测试仪是用来测量一种人心脏跳动次数电子仪器，也是心电图重要构成某些。它是用来测量频率较低小信号（传感器输出电压普通为几种毫伏）。咱们组选取本课题设计项目，重要是感觉做一种难度相对比较高课题既能锻炼自己设计和动手能力，并且成品又具备现实运用价值，一举两得。 一、课程设计实验目： 1．通过对电子技术综合运用，使学到理论知识互相融泄贯通，在结识上产生一种奔腾。 2．初步掌握普通电子电路设计办法，使学生得到某些工程设计初步训练，并为后来毕业设计奠定良好基本。 3．培养同窗自学能力，独立分析问题、解决问题能力。对设计中遇到问题，通过独立思考、查找工具书、参照文献、谋求对的答案；对实验中遇到某些问题，能通过观测、分析、判断、改正、再实验、再分析等基本办法去解决。 4．通过课程设计这一教学环节，树立严肃认真，文明仔细，实事求是科学作用，树立生产观点，经济观点和全局观点。 为更好运用所学知识，加深对电子电路掌握，达到创新目。通过实践制作一种数字频率计，学会合理运用集成电子器件制作电路 二、课程实验设计方案： 把转换为电信号脉搏信号，在单位时间内进行记数，并用数字显示其记数值，从而直接得到每分钟脉搏数。 三、设计规定及技术指标 它基本功能是：用传感器将脉搏跳动转换为电信号，并加以放大，整形和滤波。在短时间内（15s)测出每分钟脉搏数。它作用可以再15S内测量1min脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏为60-80次每分钟，婴儿为90-100次每分钟，老
简易电子脉搏计的设计 标签: 脉搏计电子设计2009-11-09 11:35 电子脉搏计设计 一、设计任务与要求 为提高运用电子技术基本知识进行理论设计、实践创新以及独立工作、团队合作的能力，通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作基于数字电路和模拟电路的课程设计与制作。 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。它是用来测量频率较低的小信号。 要求： (1)实现在1min内测量脉搏数； (2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示； (3)测量误差小于±4次/min。 二、方案设计与论证 1．设计框图 方案一 1）信号发生与采集将脉搏跳动信号传感器转换为与此相对应的电脉冲信号。
2）放大电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。可采用高输入阻抗的非门进行放大。 3）低通滤波滤除空气中的高频，只让低频脉冲信号通过。对脉搏信号进行采集的时候，空气中交流工频干扰最大，根据有源滤波的原理，在接至非门的输入与输出之间作为直流偏置电阻上并联一个电容。 4）整形电路可用两个非门组成的施密特触发器对放大后的信号进行整形。 5）定时电路用555定时器组成的单稳态触发器进行1分钟的精确定时。 6）计数、译码、显示用来读出脉搏数，并以十进制数的形式由数码管显示出来。片CD40110有计数译码功能，数码管采用共阴数码管。 方案二 与方案一相比，信号发生与采集、定时电路、计数译码显示电路不变。其他有所改变。 2）放大电路用普通运放进行发大，为达到高输入阻抗的要求，采用同相比例放大。 3）低通滤波在运放的反馈电阻上并联一个电容，达到滤波的效果。 4）整形电路通过运放组成的单限比较器进行脉冲整形。 方案二的放大电路除了在阻抗匹配方面略显弱势之外，使用更为普遍，。为了探索非门再放大方面的应用，选择了方案一。 三、单元电路设计与参数计算 1．信号发生与采集 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
《机械工程测试技术》 课程设计 脉搏测量仪的设计 姓名：张峰 学院：机电工程学院 专业：机械设计制造及其自动化班级：2010级本科4班 学号：201015130457 完成日期：2012年12月28日
摘要 医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内心跳的数，再把结果乘以6即得到每分钟的心跳数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。本文介绍一种用单片机制作的脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内2秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。 关键词：AT89C2051；单片机；脉搏测量仪
目录 第一章引言 (1) 第二章基本结构模块 (2) 2.1脉搏波检测电路 (2) 2.2脉搏信号拾取电路 (2) 2.3信号放大 (3) 2.4波形整形部分 (5) 第三章整体电路分析 (7) 3.1光发射电路 (7) 3.2光电转换电路 (7) 3.3信号采集及处理系统 (8) 3.4过采样技术的应用 (8) 3.5整体硬件电路设计 (9) 参考文献 (10)
第一章引言 脉搏测量属于检测有无脉博的测量，有脉搏时遮挡光线，无脉搏时透光强，所采用的传感器是红外接收二极管和红外发射二极管。用于体育测量用的脉搏测量大致有指脉和耳脉二种方式。这二种测量方式各有优缺点，指脉测量比较方便、简单，但因为手指上的汗腺较多，指夹常年使用，污染可能会使测量灵敏度下降；耳脉测量比较干净，传感器使用环境污染少，容易维护。但因耳脉较弱，尤其是当季节变化时，所测信号受环境温度影响明显，造成测量结果不准确。 从脉搏波中提取人体的生理病理信息作为临床诊断和治疗的依据，历来都受到中外医学界的重视。几乎世界上所有的民族都用过“摸脉”作为诊断疾病的手段。脉搏波所呈现出的形态(波形)、强度(波幅)、速率(波速)和节律(周期)等方面的综合信息，在很大程度上反映出人体心血管系统中许多生理病理的血流特征,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。但人体的生物信号多属于强噪声背景下的低频的弱信号, 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采集的要求。
课程设计说明书正文 1：任务分析与方案设计 心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器，由于人体各部位心率一致，所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。任务要求测出的心率为一分钟内心跳的次数，并显示，测量结果要与标准范围作比较，不在标准范围内则报警。 设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；将其作为计数控制信号，用基准时间一定的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数，计数值N 与基准时间T 的乘积就是一次心跳的时间。再对“60/基准时间T ”个脉冲进行N 分频，对分频后的信号计数，其计数值则为本次心率数值。之后计数器计数值输入到显示器中显示，同时，将其输入的频率进行F/V 转换后与标准电压值作比较，若，测量值不在标准值范围内则报警，即LED 灯亮。流程图如下。 2：电路设计，元器件参数计算及选择 2.1：传感器的选择 :
红外线检测原理： 随着心脏的博动，人体组织半透度随之改变，当血液流回心脏，组织半透度增大，这种现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。用红外发光二极管产生红外线照射到人体上述部位，并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号，其信号频率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。 TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象
电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。 在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输入阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输出阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证]1[。 仿真图： 黄色信号（下）为输入信号。 蓝色信号（上）为输出信号。 由图中可以看出，输入输出信号基本相等。 2.3:放大电路的设计 传感器输出为微弱信号，需进行放大后才便于后续电路的处理。考虑到后续电路中滤波器电路也具有信号放大的功能，所以放大器的放大倍数不宜过大，初 步选择为660倍。设计电路的原理如下：
皖江学院 课程设计说明书课程名称：数字电子技术课程设计 题目：电子脉搏计毕业设计 学生XX：王军 专业：电子信息工程 班级：电子09-2 学号：0971005
指导教师：曹喜珠 日期：2010年6 月9日 皖江学院 课程设计任务书 一．设计题目：电子脉搏计设计 二．主要内容及安排 脉搏测试仪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。它是用来测量频率较低的小信号。 (1)实现在15S内测量1min的脉搏数； (2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示； (3)测量误差小于±4次/min。 (4)设计电路，在时间允许的情况下要安装测试，分析实验结果，写出设计说明书。 三、安排进度
6月7号：图书馆收集资料 6月7号：互联网收集资料 6月8号：资料的整理 6月8号：模拟电子电路初步完成 6月9号：设计报告初步完成 四、总评成绩 指导教师 学生签名 电子脉搏计设计 一、设计任务与要求 为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。通过实践制作一个数字频率计，学会合理的利用集成电子器件制作电路基于数字电路和模拟电
路的课程设计与制作。 简述了在EDA平台上利用硬件描述语言VHDL结合CPLD/FPGA器件，设计了一种数显式脉搏测试仪。通过测试和实际应用表明：其性能稳定、工作可靠、升级方便。实现了对人体脉搏的电子测量，并且能通过外界扩音器实现听诊的功能。文章给出了系统的功能特点，设计原理，硬件电路及软件设计等。该系统利用脉冲干扰动平均值法滤波，在提高精度的同时也大大提高了系统的响应速度，该仪器成本低，可靠性高，操作方便。 电子脉搏计设计：由压电陶瓷片、三个2输入与或门CD4070组成四倍频器、555集成定时器、十进制集成块74160N三片、七段数码管(DCH-HEX）组成。，74160N与它配套使用可直接驱动显示。 脉搏测试仪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。它是用来测量频率较低的小信号。 要求： (1)实现在15S内测量1min的脉搏数； (2)用数码管将测得的脉搏数用数字的形式显示； (3)测量误差小于±4次/min。 二、方案设计与论证 方案一 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 放大整形电路把传感器的微弱电流放大，微弱电压放大。 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4倍频，即可得到对应一分钟的脉冲数，从而缩短测量时间。 4控制电路用555定时器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。 5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出来。 6电源电路按电路要求提供符合要求的直流电源。 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，
摘要 人体的脉象中包含有关心脏的动态信息，人体内部和外部的脉搏等循环和神经系统。脉搏的生理变化往往引起多种心血管事件，脉冲可能会改变患者的生理特征的临床症状，在同一时间脉搏，血压测量，血压测量技术的测量提供了对其它生理生理参考信号检测。 本文简要介绍了完整的，压电式传感器的数字脉冲产生脉冲，整形后放大，输入单片机控制，以便测量的次数每分钟脉搏，简单快捷。通过观察脉冲信号，可以检查身体，通常用于保健中心和医院的健康。 关键词:脉搏计；脉冲信号；压电传感器 Abstract Contains dynamic information about heart pulse in human body, internal and external pulse and other circulatory and nervous system. Physiological changes of pulse often cause a variety of cardiovascular events, pulse may change in the clinical symptoms of patients with physiological characteristics, in the measurement of the same time pulse, blood pressure measurement, blood pressure measurement techniqueprovides a physiological reference signal for otherphysiological detection. This paper simply introduces digital pulse of the complete,piezoelectric sensors have a pulse, after plastic surgery to enlarge, the input in the single chip computer and control, so as to measure the number of times a minute pulse, simple and quick. Through observing the pulse signal, can check the health of the body, usually used for health centres and hospitals. Keywords: Pulse meter; Pulse signal; Piezoelectric sensors
内容摘要 脉搏是常见的生理现象，是心脏和血管状态等重要生理信息的外在反映；因此，脉搏测量不仅为血压测量、血流测量及其他生理检测提供了生理参考信息，而且脉搏波本身也能给出许多有诊断价值的信息。因此研究数显式脉搏测试仪有着非常重要的意义。 本课题要求设计的数显式脉搏测试仪，使脉搏跳动次数以十进制的数在数码管上显示出来。相对比较直观、方便。 数显式脉搏测试仪主要由传感器、放大与整形电路、控制电路、计数器、译码器和显示管构成。 数显式脉搏测试仪能够测量人在一分钟的脉搏数，并以数字形式显示，测量的脉搏数范围40-200次/m in，适用于各个年龄及性别的人。 一、概述 （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）555单稳态电路：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内才进行计数； （4）555施密特：使电脉冲信号变为规则的方波信号； （5）计数、译码、显示电路：在门控信号作用期间，对电脉冲信号进行计数，由译码器译码，再由数码管显示计数值。 二、方案设计与论证 数显式脉搏测试仪的功能是用十进制来显示人体在1min时间内的脉搏的跳动次数。所以，其设计部分可分为两部分：一部分为传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大，滤波和整形转化为数字信号；另一部分是在短时间内（30s 和60s）测出每分钟的脉搏次数，并加以数字显示。 满足上述设计思路的具体方案有以下两种： 方案一 测量脉搏跳动次数所需时间，然后换算为分钟的脉搏次数。 方案二在单位时间内对脉搏跳动次数进行计数，并数字显示器数值，从而得到每分钟的脉搏次数。 这两种方案比起来，第一种方法的测量误差比较小，但实际起来电路要复杂些。第二种方案比较直观，所需的电路结构更简单些。更简单些；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。 单元电路设计与分析 1、传感器 为了把脉搏转换成电信号，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。 2、放大 此电路主要由同相比例放大电路组成。其中放大倍数A v=1+R3/Rv2。 3、滤波