【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
图示为二阶压控电压源低通滤波电路
其实质是通带增益接近1的同相比例放大电路和滤波电路整合而成，通带增
益A vP =451R R +≈1，截止频率为RC
f π21=，令nF C C K R R 80021,176==Ω==，则f ≈200Hz 。由于实际是在非理想状态，因此可以f 在200Hz 左右稍稍变化。经过仿真，在正弦信号超过200Hz 时电压增益迅速下降，信号被过滤。
3、整形电路：
将幅值为5V 的正弦信号整形为同一频率的幅值为5V 的方波信号。
由555定时器构成的施密特触发器
555定时器功能表滤波波形图当三角波变为正弦波时，只要正弦波的幅值大于2/3倍Vcc即可出现于正弦波同一频率的方波图像并且幅值为Vcc=5V。
图示为低于截止频率(60Hz)的正弦波整形波形，正弦波为整形前电压，方波为整形后电压。
图示为高于截止频率(300Hz)的正弦波的整形电压，正弦波为整形前电压，方波为整形后电压。
4、定时电路：
本实验用555定时器构成多谐振荡器、五十进制器，九十进制器构成定时器，共同组合达到5s、15s的精确计时。
（1）555多谐振荡电路：
555多谐振荡器是一种自激震荡电路，没有稳态，只有两个暂稳态。其通过电容C2的不断充放电使v c在1/3V cc和2/3V cc之间不断变化，周而复始，于是在输入端产生了矩形脉冲。并且其关系为：
t PH=0.7R1C；……①
t PL=0.7R2C；……②
则该多谐振荡电路的周期为：T= t PH + t PH ；……③
（2）五十进制器：
用两片74LS160通过级联构成该进制器，用于限制时间，使测量时间能够精确到5s与15s。
该进制器的电路图为：
在该计数器工作的工程中，红灯一直保持发光，表示脉搏测量正在进行，当计数器计
数到第五十次时，红灯灭，表示脉搏测量过程结束；同时图中的74LS00D输出一低电平信号以达到脉搏测量结果的锁定。
（3）九十进制器：
用两片74LS160通过级联构成该进制器，用于测量过程后的自动清零。
如图，当该计数器计数至第九十次时，74LS00D输出一低电平信号给各计数器，从而达到计数器的同步清零作用，脉搏测量器进行下一次工作。同时，图中所示开关起到异步清零作用，当开关打开时，所有计数器同时清零，重新开始脉搏技术。
（4）共同配合作用：
总体电路图：
为了达到5s、15s的精确定时，要求时间平均分为五十份，即当t=5s时，555多谐振荡
器的周期T=0.1s；当t=15s时，多谐振荡器的周期T=0.3s。周期计算通过公式①②③完成。通过计算：
T=0.1s时，C=0. 1uf，R1=R2=714.286KΩ；
T=0.3s时，C=0.1uf，R1=R2=2142.857KΩ；
为了达到精确定时，可以再加一滑动变阻器，通过示波器，进行精确定时。
5、计数译码显示：
电路图：
如图，该计数器为一百六十进制计数器，当计数至一百六十时，计数停止，保持一百六十不变，从而满足脉搏测量为30—160/min的要求。
6、倍频电路
参数：
R1=100KΩ、R2=2.2MΩ、R3=10KΩ、R4=1.2MΩ、R5=10KΩ、C=0.68uF；
原理：
CD4046锁相的意义是相位同步的自动控制,功能是完成两个电信号相位同步的自动控制闭环系统叫做锁相环,简称PLL。它广泛应用于广播通信、频率合成、自动控制及时钟同步等技术领域。锁相环主要由相位比较器（PC）、压控振荡器（VCO）、低通滤波器三部分组成，如下图所示：
〈CD4046内部电原理框图〉
输入信号Ui从14脚输入后，经放大器A1进行放大、整形后加到相位比较器Ⅰ、Ⅱ的输入端，图3开关K拨至2脚，则比较器Ⅰ将从3脚输入的比较信号Uo与输入信号Ui作相位比较，从相位比较器输出的误差电压UΨ则反映出两者的相位差。UΨ经R3、R4及C2滤波后得到一控制电压U d加至压控振荡器VCO的输入端9脚，调整VCO的振荡频率f2，使f2迅速逼近信号频率f1。VCO的输出又经除法器再进入相位比较器Ⅰ，继续与Ui进行相位比较，最后使得f2＝f1，两者的相位差为一定值，实现了相位锁定。若开关K拨至13脚，则相位比较器Ⅱ工作，过程与上述相同，不再赘述。
