目录摘要 (3)第一章绪论 (4)1.1 心率测试的意义 (4)1.2 心率测试仪的组成框图 (4)1.3 心率测试的基本过程 (5)第二章基础知识介绍 (6)2.1PVdF传感器 (6)2.1.1敏感部分 (6)2.1.2电荷放大器 (7)2.2555定时器 (7)2.2.1 555定时器的基本功能 (7)2.2.2 555组成的基本电路及应用 (9)2.3 十进制加法计数器74160 (10)2.4 锁存器74LS373 (10)2.5 显示译码器74LS48 (11)2.5.1 译码驱动器 (11)2.5.2 发光二极管显示器 (13)2.6 数值比较器74LS85 (13)2.6.1 74LS85的逻辑功能图和引脚图 (13)2.6.2 74LS85实现的逻辑功能 (14)第三章电路设计 (15)3.1 传感器模块 (15)3.1.1 传感器的选择 (15)3.2 放大模块 (15)3.2.1 放大电路 (15)3.3 整形模块 (16)3.3.1 电路图 (16)3.3.2 电压比较器 (17)3.3.3 单稳态触发器 (17)3.4 计数模块 (17)3.4.1 计数电路 (17)3.4.2 设计说明 (17)3.5 定时模块 (17)3.5.1 电路设计 (17)3.5.2 计算说明 (17)3.6 译码显示模块 (18)3.6.1 设计电路图 (18)3.7 数值比较模块 (1)3.7.1 设计电路图 (19)3.7.2 比较原理说明 (19)3.8 报警模块 (20)3.8.1 报警电路........................................................20.3.8.2 工作原理 (20)第四章电路综合 (21)4.1 整体电路介绍 (21)4.2 整个电路工作过程 (21)第五章总结 (22)参考文献 (23)附图............................................................................ (24)毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

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作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日指导教师评阅书评阅教师评阅书教研室（或答辩小组）及教学系意见摘要本次课程设计的主要内容是设计一个由取样电路、放大整形电路、计数显示电路、比较报警电路组成的脉搏信号实时采集系统。

采用高集成度、高性能、低功耗、高频高速的集成芯片实现计数译码模块。

具有时基信号频率稳定，设置合理，计数器清零及时等优点。

设计的主要结果归纳如下：（1）研究了PVDF压电脉搏传感器的设计原理和优点（2）放大电路的设计（3）电压比较及波形整形电路的选择（4）计数器的比较与选择（5）译码显示设计（6）定时控制系统（7）报警控制关键字：传感器,脉搏信号,信号分析,报警第一章绪论心率（HR）是指单位时间内心脏搏动的次数。

正常成年人安静时的心率也有显著的个体差异，平均在75次/分左右(60—150次/分之间)。

心率可因年龄、性别及其他生理情况而不同。

初生儿的心率很快，可达130次/分以上。

在成年人中，女性的心率一般比男性稍快。

心率作为血液循环机能的重要生理指标而在运动中被广泛地应用。

运动中，心率随机体代谢需要而增加，在一定范围内可反映运动强度、机体的代谢水平，在有氧运动中常用心率作为控制运动强度的指标。

运动后，心率的恢复又可作为评定运动负荷适宜与否以及心脏机能状态的指标和依据。

安静状态时基础心率的测定，在医务监督中则可作为判断某一阶段机体是否有过度疲劳和评定运动员训练程度的指标。

它实现的主要功能有：（1）可以测1分钟脉搏跳动的次数，并以数字显示。

（2）测量范围：40-200次/分。

（3）测量时间：15秒内完成。

（4）能判断心率不齐且报警。

（5）测量误差不超过1次/分。

1.1心率测试的意义现代的医学电子仪器已不仅仅是单纯的医学电子测量仪器硬件系统，而应该是基于电子技术、计算机技术、数字信号处理技术的生理量检测和分析系统，本课题把生理量的测量和生物信号处理技术融为一体。

本课题所设计的心率测试仪属于一种集轻型化、一体化、可视化等优点的便携式测试仪。

心率是指人体心脏每分钟搏动的次数．它是反映心脏是否正常工作的一个重要参数。

同时心率值也是衡量体力劳动强度和脑力劳动强度的重要指标。

因此，设计一种可随身携带、可长时间记录、显示和存贮心率值，可与微机通讯并具有较强抗干扰能力，能对超出正常范围的心率进行报警的心率测试仪是十分必要的。

1.2心率测试仪的组成框图图1-1 心率测试仪的组成框图1.3心率测试的基本过程测量心率最简单的方法是记录一分钟脉搏的次数。

根据人体脉搏信号特征，设计了一种测量脉搏每分钟跳动次数的系统。

本系统通过脉搏传感器采集脉搏信息，输出电荷信号，然后转化为电压信号，经信号放大电路对其进行放大，再经过滤波器，去掉干扰信号，再将所得信号进行电压比较，波形整形，形成脉冲作为计数器的计数脉冲，然后送入显示电路，把记录的结果进行比较，不在正常范围内就进行报警，由定时器控制复位端和清零，再进行下一次测量计数。

第二章基础知识介绍2.1 PVdF传感器2.1.1敏感部分本设计的脉象仪传感器的敏感部分是PVdF (聚偏二氟乙烯) 压电薄膜，它有如下几个优点：①压电常数大( d33 = 20 pC/ N) ,变力响应灵敏度高。

比石英晶体高10 倍,压电电压输出常数g = 174 是所有压电体中最高的。

②在非常高的交变电场中不至于去极化,单位体积能获得大的输出功率。

因为换能器单位体积最大输出功率正比于机电耦合系数和能承受的最大电场强度的平方。

③膜轻且柔韧，易于制备，与人体组织的阻抗耦合性好，能紧贴皮肤，使得脉搏信号通过薄膜而不失真。

另外由于薄膜类似于人类皮肤，可以制作仿生触觉传感器。

④机械品质因素低,阻尼小,密度低,具有宽带特性,能满足脉搏信号的频率特性。

人体的脉搏频率非常低,约为015～4 Hz ,一般情况下为1 Hz左右。

由于PVdF膜的柔性及其厚度方向伸缩振动的谐振频率很高,使得在很宽范围内有平坦的频率响应(响应范围是011 - 100 MHz) 。

因此,从理论上讲,PVdF 换能器能检测微弱低频的脉搏信号。

根据中医切脉模式,我们研制出了三点式的传感器,三个换能器分别由PVdF 薄膜作成正方形片状, 面积约为16mm2 ,相当于切脉时指腹的受力面积。

在压电薄膜电荷生成的两极分别蒸镀铝电极并引出导线,用柔性有机塑料薄膜封装并作成圆形基片,装在一根表带上。

以单个换能器为例,其结构如图2-1 所示:图2-1 PVdF 薄膜换能器如图2-2 所示,当周期性脉搏压力作用在换能器上时,桡动脉血产生的压力周期均匀地作用在换能器上,将机械能转化为电能。

图2-2 桡动脉及换能器剖图图2-3 PVdF 膜应变示意图换能器输出电荷与所受压力关系：Q ( t) = d33 F( t )其中，d33 为压电常数,单位为C/N，表示其电荷灵敏度, F( t ) 为周期变化的脉搏压力。

2.1.2电荷放大器主要是对检测到的微弱脉搏电信号进行处理，把电荷信号转化为电压信号。

图2-4 电荷放大器U sc ( t) ≈ - Q/C f= -d33 F( t)/C f2.2 555定时器2.2.1 555定时器的基本功能555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。

外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。

555定时器原理图及引线排列分别如图2-5与2-6所示。

其功能见表2-1。

定时器内部由比较器、分压电路、RS 触发器及放电三极管等组成。

分压电路由三个5K 的电阻构成，分别给1A 和2A 提供参考电平2/3CC V 和1/3CCV 。

1A 和2A 的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6脚输入大于2/3CC V 时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T 导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3CC V 时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。

4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则00 V ；正常工作时4接为高电平。

5脚为控制端，平时输入2/3CC V 作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制。

如果不在5脚外加电压通常接0.01μF 电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。

图2-5 定时器内部框图图2-6 555定时器引脚表2-1 555定时器的功能表2.2.2 555组成的基本电路及应用 1．构成单稳态触发器电路如图2-7所示，接通电源→电容C 充电（至2/3V cc ）→RS 触发器置0→00=V ，T 导通，C 放电，此时电路处于稳定状态。

当2加入I V <1/3Vcc 时，RS 触发器置1，输出0V =1，使T 截止。

电容C 开始充电，按指数规律上升，当电容C 充电到2/3Vcc 时，1A 翻转，使输出00=V 。

此时T 又重新导通，C 很快放电，暂稳态结束，恢复稳态，为下一个触发脉冲的到来作好准备。