电 子 技 术 基 础
课 程 设 计 报 告
题目名称： 人体脉搏计 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师：
目 录
摘要................................................................................................................................................................. 2 1设计题目及要求 .......................................................................................................................................... 3
1.1设计题目 .......................................................................................................................................... 3 1.2设计目的 .......................................................................................................................................... 3 1.3设计内容及要求 .............................................................................................................................. 3 1.4 脉搏计设计原理及其原理框图 ..................................................................................................... 3 2 设计方案 ..................................................................................................................................................... 4
2.1方案背景 .......................................................................................................................................... 4 2.1方案提出 .......................................................................................................................................... 4 3 电路设计分析 ............................................................................................................................................. 4
3.1信号发生与采集 .............................................................................................................................. 4 3.2放大整形电路 .................................................................................................................................. 5
3.2.1放大电路 .............................................................................................................................. 5 3.2.2有源滤波电路 ...................................................................................................................... 6 3.2.3整形电路 .............................................................................................................................. 7 3.3倍频电路 .......................................................................................................................................... 8 3.4基准时间产生电路 ........................................................................................................................ 10
3.4.1秒脉冲 ................................................................................................................................ 10 3.4.2 15分频的2分频器 .......................................................................................................... 11 3.5计数译码显示电路 ........................................................................................................................ 12
3.5.1计数电路 ............................................................................................................................ 12 3.5.2显示译码电路 .................................................................................................................... 13 3.6控制电路 ........................................................................................................................................ 15 3.7实验设计总电路 ............................................................................................................................ 16 4所用元件及实验心得 ................................................................................................................................ 16
4.1元件列表 ........................................................................................................................................ 16 4.2实验心得 ........................................................................................................................................ 17 5参考文献 .................................................................................................................................................... 17 附录............................................................................................................................................................... 18
摘要
随着医学的发展和日常生活中，人们保健意识的提高，脉搏成了一项重要的生命指标，所以，脉搏的测量便成了越来越常见的一项体检项目之一。综合考虑到各个年龄段的脉搏特征（包括强度、速率和节律等），本次课程设计就针对这么一个切合实际的问题而进行的。首先进行仿真，外加一个脉搏信号，利用传感器接受脉搏信号并转换为电脉冲信号，然后将电脉冲信号进行放大，紧接着增大频率（即进行倍频处理），最后进行滤波处理，从而得到效果比较良好的电脉冲信号；与此同时，设计出能产生短时间的控制信号，以控制测量时间（本次设计时用到了施密特触发器）；另外还要设计出控制电路，用以保证在基准时间控制下，使倍频后的脉冲信号送到设计的计数、显示电路中。最后将整个电路图合并，便得到了我们期望的仿真电路图，并反复进行调试便可完成仿真。最后我们将仿真电路图拿出来做实物，并将做好的实物进行反复的调试，直到调出正确结果，那么我们的课程设计便是成功地完成了。
关键字：脉搏计 脉搏信号 倍频 滤波 基准时间 计数器 数码管
一、设计题目及要求
1、题目：人体脉搏计 2、设计目的：
1、熟悉脉搏计电路的组成、工作原理和设计方法。
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。
3、熟悉集成电路74LS00、74LS161、74LS48、555定时器、有源滤波电路的特点、用途及主要参数的选择方法。
3、设计要求
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。
注：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。
4、脉搏计的基本原理及其原理框图
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下图所示。 计倍频器 放大与整形 传感器 控 数 制 译
码 电
基准时间产生电路 路 显示 图1.1 脉搏计原理框图
二、设计方案
1、方案背景
随着人们生活水平的提高，心脏疾病的发病率呈上升趋势，已成为威胁人类身体健康的杀手之一。因为心脏病的发作具有突发性和随机性，所以为患者进行实时的测量监控已成为必然的趋势。随着电子科技的不断发展，生命科学和信息科学的结合越来越紧密，许多研究人员都投身于人类的健康事业之中。
心率：用来描述心动周期的专业术语，是指心脏每分钟跳动的次数，以第一声音为准。心电信号是一种非常弱且频率较低的信号，一般幅值在0.05-5mv,频率在0.05-100Hz。脉搏波:人体心室周期性的收缩和舒张导致主动脉的收缩和舒张，使血流压力一波的形式从主动脉根部开始沿着整个动脉系统传播，这种波称为脉搏波。脉搏波所呈现出的形态、强度、速率和节律等方面的综合信息，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。而心率的测量是一种评价病人生理状况很好的方法，心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。在房颤等心脏疾病时候可出现不等。因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量更容易实现特点，在实际应用中得到广泛运用。 2、方案的提出
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、放大与整形 电路将传感器的微弱信号放大，整形除去杂散信号。 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、基准时间产生电路 产生短时间的控制信号，以控制测量时间。
5、控制电路 用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。
6、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。
7、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l min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，误差也越大。
三、电路设计与分析
1、信号的发生与采集
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。
根据传感器工作原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类 ： 传感器工作原理的分类中物理传感器应用的是物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩效应现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。
这里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，其原理电路如图3. 1所示。
图3.1中，红外线发光管VD采用TLP521-1，接收三极管V采用TLP521-1。用Vp=5V的矩形脉冲电源供电，R1取500 ?，R2取10 K?。