数字电子技术课程设计明书(正文定稿).doc

方案论证 从医学常识我们可知心率略等于脉搏次数，所以本次课程设计我们将脉搏做为心率的采样处。以脉搏次数作为心率。从心率计的上述功能要求来考虑，可采用三个不同的方案来实现。 1.1定次数测时间实现法 图1.1 方案一结构框图 传感器：将脉搏跳动信号转化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。 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。 六进制计数器：用来检测六个脉搏信号，产生五个脉冲周期的门控信号。 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。 定时脉冲产生电路：产生定时脉冲数信号，如3000个脉冲送到可预置8位计数器。 可预置8位计数器：以8位二进制计数器输出值作为预置数，对3000脉冲进行分频，所得即为心率。 译码器、显示电路：用以读取心跳次数，并以十进制数形式由数码管显示出来。 电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。 1.2单片机实现法 图1.2 方案二结构框图 脉搏传感器部分：将脉搏信号转换成电信号输出。 信号放大电路部分：脉搏传感器出来的电压较弱，一般在毫伏级，需要进行放大。所以要将传感器输出的信号进行放大，使之成为一个幅值适当的信号，便于后续电路的处理。 电压基准变化电路：将放大后的信号在一个周期内有多个零值，不便于对脉搏波动频率进行测量，通过电压基准变化，将脉搏基准下调，使之在同一个周期内，只有两个零值，便于后续电路处理。 过零比较器部分：单片机是数字信号处理工具，输入单片机的信号必须是离散的数字信号或者脉冲信号。过零比较器就用把周期信号变为脉冲信号，便于单片机处理。 单片机处理电路部分：通过对单片机进行编程，完成信号输入检测，信息分析处理及信息显示。 显示电路部分：单片机处理得到的心跳波动频率信息，最后在显示电路中直观的显示出来。 电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。 1.3定时测次数实现法 图1.3 方案三结构框图 传感器：将脉搏转换成相应的电脉冲信。 放大电路：对微小电脉冲信号进行放大。 时基信号发生电路：产生固定时间（15s钟）的控制信号，作为计数器的门控，使计数器只有在此期间才进行计数。 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，并显示译码器译码，再由数码管显示数值。 心率监测电路：如果出现心率不齐，应有所告警。 电源电路：按电路要求提供符合要求的直流电源。 通过对三种方案的比较可知：方案一精度较高，但是电路复杂，成本较高，实现起来较难。所以本次课程设计暂不采用。方案二运用单片机，技术含量相对高，且稳定性、可靠性、精度都高，但是由于本次课程设计为数字电子技术课程设计，所以也采用此方案。方案三，结构简单，易于实现。能够满足本次课程设计的要求。我们用单位时间内（15s）进行计数，并以数字显示其计数值，再把该数乘以四即：15s×4=60s（1min）。从而直接得到每分钟的心率次数。 心率数字计单元电路设计 2.1传感器 传感器又称为换能器、变换器，我们本次采用的传感器其基本功能要求为：将切脉压力和跳动的动脉搏压力这样一些物理量（非电量）转换为便于测量的电量。为了把脉搏转换成电信号，应采用压电式传感器。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，工作稳定范围宽，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。它的性能上能满足脉搏计的要求，而且成本低是一个重要因素。 2.2放大及整形电路的设计 放大及整形电路如下图2.1所示，其中放大电路由741运放与电阻等元器件组成。其中RF为反馈电阻。R2是直流平衡电阻，其值应满足：R2=R1//RF。他们构成同相比例运算电路。整形电路用555定时器组成的斯密特触发器电路整形。最后可得到一个脉冲信号。 图2.1 放大整形电路 2.3心率监测电路的设计 根据课题要求，心率监测电路不仅可测出人的心脏每分钟跳动的次数，还能够指示出心率是否正常，心率不正常是脉搏中间出现停跳的状态，即在连续的脉搏电信号中出现脉冲失落的现象。通常可采用漏失脉冲检出电路来进行监测，电路如下图2.2所示。 图2.2 心率监测电路 漏失脉冲检出电路的核心部分是有555定时器所组成的单稳态触发器，此外，在外接电容C是两端并入一个三极管T。对于555定时器芯片，它由TTL集成定时电路和CMOS集成定时电路,这二者功能完全相同,不同之处是:TTL集成定时电路的驱动能