数电实验报告--电子脉搏计.doc

题目：电子脉搏计设计 设计任务与要求 设计一个电子脉搏计，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 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内测量出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： 时钟产生电路计时电路 时钟产生电路 计时电路 控制电路 脉搏计数电路 与门 电源电路 使能信号锁存电路 脉搏模拟电路 数码管显示电路 清零电路 左移两位 BCD码转换 人体的正常脉搏为每分钟50-100次/秒。为了简化电路以及节省元件，我取计数器的计数范围为0-99。让信号发生器模拟人体脉搏的产生。以每个上升沿代表一次脉搏。让计数器记录上升沿的个数，再左移两位，表示所记数字乘以四。这样我们就可以15秒钟测量一分钟的个数。但是这种方案由六位二进制码转换BCD码电路复杂，故障率高，延时较长，且计数不能连续，所以舍弃这种方案。 方案二： 时钟产生电路 时钟产生电路 计时电路 控制电路 脉搏四倍频电路 脉搏计数电路 与门 电源电路 使能信号锁存电路 脉搏模拟电路 数码管显示电路 清零电路 图２－２　方案二整体框图 在计数器与脉搏产生器之间串联一个四倍频电路。这样我们在15秒内采集的脉冲个数就可以等效为一分钟的个数，另外再加一个计时控制电路，当计时为15秒时，让计数器停止计数，此时读出的数据就是一分钟的脉搏数。如需重新记数，只要清零即可。此种方法能够连续计数，且计数电路结构简单。故选用第二种方案。 方案二，框图介绍： 以下几个模块是构成电子脉搏计的主要功能模块，为使人们更了解该方案的原理，现将各个模块介绍如下。 1.脉搏模拟电路主要是产生一定频率的脉冲信号，来模拟人体的脉搏经过传感器和波形整形后的输出信号。该信号直接送给脉搏四倍频电路。 2.四倍频电路的作用是将脉搏模拟信号的频率增加四倍，即让计数器记录的数据为实际值的四倍。让我们在15s内就可以读出1分钟的脉搏数。 3.时钟产生电路由555构成，主要是为整个电路提供一个基准时钟，让被测者能够对比时间与脉冲个数，来判断脉搏的快慢。 4.计时电路接收时钟信号并计时，当计时到15s的时候，给JK触发器一个有效脉冲，让JK触发器通过与门控制脉搏信号与计数电路的通与断。 5.清零信号主要是为下一次计数做准备。当需要再一次测量时，只需按下清零信号键，使数据归零。就可以重新计数。 6.电源主要是为各个模块提供电能，使其正常工作，本设计采用5V直流供电，电源直接从数电实验箱上获得。 三、单元电路设计与参数计算 电路原理总述： 电路原理如图２－2所示，因为拾取脉搏需要传感器，信号放大器，波形整形电路，为了方便起见，我以频率可调的矩形波模拟脉搏。经过四倍频，产生需要计数的脉冲。另一路，由NE555产生周期为1秒的矩形波，并输给计时电路，做为时间基准，控制脉搏脉冲的通与断。再由脉搏计数器对脉搏进行计数。通过数码管显示出来。如需重新测量，只需让各电路清零即可。此外，各个模块用同一个电源供电。 １．四倍频电路： 原理图如图3－1所示，其工作原理为：当a点为低电平稳定时，b点为0。a=b,c=0。当a由低变高时，第一个异或输出为高。给电容充电，b点电压逐渐升高，当电压达到异或门的阈值电压2V时，c点为低。高电平时间由R1，C1的值共同确定。当a点由高到低时，b点电压不变，且电容开始放电，此时，a=!b, c点电位为高，直到电容放电致电压小于2V，c点跳变为低。整个过程组成一个二倍频电路，两个二倍频电路构成一个四倍频电路。输入与输出波形如图3－2所示。输入脉搏信号用250HZ的矩形波，T=4ms。前级二倍频电路的高电平应为2ms。经计算得：TW=0.7RC=0.7×7K×0.4uF=1.96ms。 为使上升沿分布均匀，二级倍频电路的高电平应小于1/2TW。且如果电容过大，则波形可能出现丢步现象。故我们只需要分布均匀的上升沿即可。所以： TW2=0.7RC=0.7×1K×0.1uF=0.07ms 图3-1　四倍频电路 图3-2　四倍频电路输出输入波形比较 ２、脉搏计数电路 脉搏计数电路主要用到两个十进制计数器74LS160，该元件功能为： ENT、ENP为芯片的使能端，当ENT、ENP接高电平时芯片处于工作状态，接低电平时处于休眠状态。我们将这两端接高电平，使它一直工作。CLR为清零端，CLR=0，QA～QD输出为0，CLR=1，芯片正常工作。LOAD为同步置数端，低电平有效，当LOAD为低，且有下降沿来时，A、B、C、D四个数就并行置入，从QA，、QB、QC、QD输出。RCO为进位端。即由9变为0时，该端出现一个高