基于CPLD_FPGA的脉搏测试仪的设计

随着电子技术的发展，ＥＤＡ技术的应用越来越广泛。

利用硬件描述语言结合ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件可以极大地方便数字集成电路的设计。

本文介绍如何利用ＶＨＤＬ硬件描述语言结合ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件，设计一个可数字显示１分钟内脉搏跳动次数的脉搏测试仪，为其它电路的设计提供了一定的借鉴。

１设计原理数显式脉搏测试仪通过压电陶瓷片ＨＴＤ作为脉搏传感器，将其贴在人体测试部位时，可把人体的脉搏信号转换为电信号。

由于该电信号很微弱，故由与非门组成的放大器进行放大，放大了的信号再由与非门进行整形。

同时，定时电路定时６０ｓ，通过一个与门来控制脉搏脉冲进入计数器的个数，然后通过计数器进行计数。

当电源接通时，首先按下ｒ、定时器、计数器清零。

然后按下ｓｔａｔｅ，定时电路进入暂态，使输出端ｆｌａｇ变为高电平，定时器开始定时。

与此同时，允许脉搏脉冲进入计数器，计数器开始计数。

６０ｓ后，输出端ｆｌａｇ变为低电平定时结束，没有脉搏脉冲进入计数器，计数器停止计数。

此时，数码管所显示的计数结果，即为１分钟内脉搏跳动的次数。

当１分钟内脉搏跳动的次数低于３０次或大于１２０次时，报警电路将进行语音提示。

数显式脉搏测试仪的系统框图如图１所示，整个系统由定时电路、测量电路、计数器、译码／扫描电路、数字显示和报警电路组成。

２系统功能的ＶＨＤＬ描述图１数显式脉搏测试仪系统框图本系统的顶层设计由几个子模块组成，下面着重对定时模块进行说明：ｒ为定时器和计数器复位按钮，ｓｔａｔｅ为开始按钮，ｆｌａｇ为定时时间输出端。

定时模块的ＶＨＤＬ语言描述如下：ｌｉｂｒａｒｙｉｅｅｅ；ｕｓｅｉｅｅｅ．ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿１１６４．ａｌｌ；ｕｓｅｉｅｅｅ．ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿ｕｎｓｉｇｎｅｄ．ａｌｌ；ｅｎｔｉｔｙｄｉｎｇｓｈｉ１ｉｓｐｏｒｔ（ｃｌｋ：ｉｎｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；ｒ：ｉｎｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；ｓｔａｔｅ：ｉｎｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；ｆｌａｇ：ｏｕｔｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；ｃｏｕｎｔｅｒ：ｏｕｔｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿ｖｅｃｔｏｒ（３ｄｏｗｎｔｏ０））；ｅｎｄｄｉｎｇｓｈｉ１；基于CPLD/FPGA的脉搏测试仪的设计周红军杨君玲（重庆科技学院，重庆４０００５０）摘要：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。

关键词：硬件描述语言ＶＨＤＬ；数显式脉搏测试仪；ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ中图分类号：ＴＨ７７６文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－１９８０（２００６）０２－００６３－０２收稿日期：２００５－１１－０８作者简介：周红军（１９６５－），男，重庆人，重庆科技学院电子信息学院工程师，重庆大学通信学院在读硕士研究生。

第８卷第２期重庆科技学院学报（自然科学版）２００６年６月６３・・图３定时器底层图４电路测试为验证设计的电路，最后将程序下载到ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件中进行硬件测试。

下载的目标器件选用Ａｌｔｅｒａ公司的ＡＣＥＸ系列的ＥＰ１Ｋ３０ＴＣ１４４－３型号，采用ＭＡＸ＋ＰＬＵＳⅡ系统进行电路综合及程序下载。

器件管脚设定后，将程序再编译一次，最后生成可以下载的目标文件。

将器件设定的相应管脚和数码管驱动电路进行连接，最后将目标文件下载到器件当中，则数码管显示１分钟内脉搏跳动的次数。

通过测试，测试结果正确。

５结语通过上述数显式脉搏测试仪的设计可以看出，采用ＶＨＤＬ的优点是效率高，结果仿真容易，信号观察方便。

用ＶＨＤＬ和ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ器件相结合进行数字集成电路的设计，整机功耗小、抗干扰能力强、系统稳定、工作可靠、升级方便。

它可以方便、灵活地应用于产品开发、教学中的毕业设计或课程设计中。

该系统还可根据实际需要，可以方便地通过芯片在内部的编程，实现新的功能。

如本设计在内部资源足够的条件下，通过内部编程，可增加以下功能：①时钟功能；②计时功能；③任意设定定时时间等。

图２定时器仿真波形图周红军，杨君玲：基于ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ的脉搏测试仪的设计ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｏｆｄｉｎｇｓｈｉ１ｉｓｔｙｐｅｆｓｍ＿ｓｔｉｓ（ｓａ，ｓｂ）；ｓｉｇｎａｌｃ＿ｓｔａｔｅ：ｆｓｍ＿ｓｔ；ｓｉｇｎａｌｆｌ：ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ；ｓｉｇｎａｌｃｏｕｎ：ｓｔｄ＿ｌｏｇｉｃ＿ｖｅｃｔｏｒ（３ｄｏｗｎｔｏ０）；ｂｅｇｉｎｐｒｏｃｅｓｓ（ｒ，ｃｌｋ）ｂｅｇｉｎｉｆ（ｒ＝′０′）ｔｈｅｎｃ＿ｓｔａｔｅ＜＝ｓａ；ｆｌ＜＝′０′；ｃｏｕｎ＜＝＂００００＂；ｅｌｓｉｆｃｌｋ＇ｅｖｅｎｔａｎｄｃｌｋ＝′１′ｔｈｅｎｃａｓｅｃ＿ｓｔａｔｅｉｓｗｈｅｎｓａ＝＞ｉｆｓｔａｔｅｔ＝′１′ｔｈｅｎｃ＿ｓｔａｔｅ＜＝ｓａ；ｉｆｃｏｕｎ＜＂０１１０＂ｔｈｅｎｃｏｕｎ＜＝ｃｏｕｎ＋１；ｆｌ＜＝′１′；ｅｌｓｅｃｏｕｎ＜＝＂００００＂；ｆｌ＜＝′０′；ｃ＿ｓｔａｔｅ＜＝ｓｂ；ｅｎｄｉｆ；ｅｎｄｉｆ；ｗｈｅｎｓｂ＝＞ｉｆｓｔａｔｅ＝′０′ｔｈｅｎｃ＿ｓｔａｔｅ＜＝ｓａ；ｅｌｓｅｃ＿ｓｔａｔｅ＜＝ｓｂ；ｅｎｄｉｆ；ｉｆｃｏｕｎ＝＂００００＂ｔｈｅｎｆｌ＜＝′０′；ｅｌｓｅｆｌ＜＝′１′；ｅｎｄｉｆ；ｗｈｅｎｏｔｈｅｒｓ＝＞ｆｌ＜＝′０′；ｃｏｕｎ＜＝＂００００＂；ｅｎｄｃａｓｅ；ｅｎｄｉｆ；ｃｏｕｎｔｅｒ＜＝ｃｏｕｎ；ｆｌａｇ＜＝ｆｌ；ｅｎｄｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｎｄａ；３定时模块的仿真波形及底层图定时模块的仿真波形如图２所示，底层图如图３所示。

（下转第６９页）６４・・ＴｅｃｈｎｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＬａｓｅｒＳｕｒｆａｃｅＴｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒＭｏｔｏｒｃｙｃｌｅＥｎｇｉｎｅＢｌｏｃｋＹＡＮＧＺｈｅｎ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｄｕｓｔｒｙＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｙｌｉｎｄｅｒｂｌｏｃｋｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｍｏｔｏｒｃｙｃｌｅｅｎｇｉｎｅ．Ｔｈｅｒｅｅｘｉｓｔｓｄｅｆｅｃｔｓｂｙｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｔｒｅａｔ－ｍｅｎｔ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｒｅｖｅａｌｓｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｆｏｒｃｙｌｉｎｄｅｒｂｌｏｃｋｂｙｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．Ｉｔｄｒａｗｓａｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｂｙｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｔｈａｔｕｓｉｎｇｔｈｅｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｃｈｎｉｑｕｅｃａｎｅｎｈａｎｃｅｒｅｍａｒｋ－ａｂｌｙｉｔｓｗｅａｒａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｉｔｓｖａｌｕｅｉｎｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｂｅｔｔｅｒｓｏｃｉａｌｂｅｎｅｆｉｔｓａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｅｆｆｉ－ｃｉｅｎｃｙｉｎｐｒａｃｔｉｃａｌｕｓｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｇｉｎｅｂｌｏｃｋ；ｌａｓｅｒｓｕｒｆａｃｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ这种设计方式，使ＥＤＡ技术的发展在一定程度上实现了硬件设计的软件化。

参考文献［１］李丽国，朱维勇，栾铭．ＥＤＡ与数字系统设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００４．［２］蔡明生．电子设计［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００４．［３］潘松，黄继业．ＥＤＡ技术实用教程［Ｍ］．北京：科学出版社，２００４．［４］杨刚．现代电子技术—ＶＨＤＬ与数字系统设计［Ｍ］．北京：电子工业出版社，２００４．ＤｅｓｉｇｎｏｆＳｐｈｙｇｍｏｍｅｔｅｒＢａｓｅｄｏｎＣＰＬＤ／ＦＰＧＡＺＨＯＵＨｏｎｇ－ｊｕｎＹＡＮＧＪｕｎ－ｌｉｎｇ（ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００５０）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｋｉｎｄｏｆｄｉｇｉｔａｌｄｉｓｐｌａｙｓｐｈｙｇｍｏｍｅｔｅｒｂｙｕｓｉｎｇｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅｌａｎｇｕａｇｅＶＨＤＬｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＣＰＬＤ／ＦＰＧＡｄｅｓｉｇｎ．Ａｆｔｅｒｔｅｓｔｉｎｇ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｈａｓｓｔａｂｌｅｐｒｏｐｅｒｔｙａｎｄｕｐｇｒａｄｅｓｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅｌａｎｇｕａｇｅ；ｄｉｇｉｔａｌｄｉｓｐｌａｙｓｐｈｙｇｍｏｍｅｔｅｒ；ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ图３为耦合系统与无液结构模态频率比较图，可以看出由于流固耦合作用，系统的模态频率与无液结构相比有所降低。

３结语本文讨论了用压力－位移格式表示的流固耦合系统有限元方程，其方程是不对称的。

对流固耦合系统的模态分析而言，其运算的规模是相当大的。

笔者运用ＡＮＳＹＳ的Ｕｎｓｙｍｍｅｔｒｉｃ（非对称）法对盛水水箱进行模态分析，结果表明结构的频率有所降低，在工程应用上有一定的参考价值。

参考文献［１］王勖成．有限单元法［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３．５２３－５３７．［２］杜庆华，吴有生，冯振兴．流固耦合振动问题的某些工程处理方法［Ｊ］．固体力学学报，１９８８，９（１）：４９－６１．［３］徐伟．考虑流固耦合的大型渡槽动力特性计算［Ｊ］．水利水电技术，２００４，３５（４）：２０－２３．王华，曹刚：基于ＡＮＳＹＳ的含液容器流固耦合模态分析Ｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅＣｏｕｐｌｉｎｇＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＬｉｑｕｉｄ－ｆｉｌｌｅｄＶｅｓｓｅｌＢａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳＷＡＮＧＨｕａＣＡＯＧａｎｇ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＬｏｇｉｓｔｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰＬＡ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００１６）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｌｉｑｕｉｄ－ｆｉｌｌｅｄｖｅｓｓｅｌ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｍｏｄａｌｏｆｓｑｕａｒｅｖｅｓｓｅｌ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔ＇ｓｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｕｉｄ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ（上接第６４页）（上接第６６页）６９・・。