数显式脉搏测试仪课程设计与制作专业:电子信息工程学号：200602004025 姓名：谢业辉一、课程设计的目的为更好的运用所学的知识，加深对电子电路的掌握，达到创新的目的。

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电路二、设计要求及技术指标脉搏测试仪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（传感器输出电压一般为几个毫伏）。

要求：1、实现在30~60内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数字。

正常人脉搏数为60~80次/min，小孩为90~100次/min,老人为100~150次/min.。

2、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。

3、测试误差不小于2次/min。

4、要求完成的任务：设计电路，在时间允许的情况下要安装测试，分析实验结果，写出设计说明书。

三、总体设计方案脉搏计的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：1 把转换的为电信号的脉搏信号，在单位时间内进行记数，并用数字显示其记数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。

2 测量脉搏跳动固定次数所需的时间，然后换算为每分钟的脉搏数。

这两种方案比较起来，第一种比较直观，所需要的电路结构更简单些；第二种方法的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。

为了使脉搏计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。

以下进行的设计就基于第一方案。

四、搏计组成方框图方框图中各部分的作用是：（1）传感器：将脉搏转换为相应的电脉冲信号；（2）放大电路：对微小电脉冲信号进行放大；（3）记时基产生电路：产生固定时间的控制信号，作为计数器的门控信号，使计数器只有在此期间才进行记数。

（4）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，并经显示译码器译码，再由数码管显示其数值。

（5）心率监测电路40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。

图1555 无稳电路无稳电路有2 个暂稳态，它不需要外触发就能自动从一种暂稳态翻转到另一种暂稳态，它的输出是一串矩形脉冲，所以它又称为自激多谐振荡器或脉冲振荡器。

555 的无稳电路有多种，这里介绍常用的3 种。

（1 ）直接反馈型555 无稳利用555 施密特触发器的回滞特性，在它的输入端接电容C ，再在输出V 0 与输入之间接一个反馈电阻R f ，就能组成直接反馈型多谐振荡器，见图7 （ a ）。

用等效触发器替代555 电路后可画成图7 （ b ）。

现在来看看它的振荡工作原理：图7在刚接通电源时，C 上电压为零，输出V 0 =1 。

通电后电源经内部电阻、V 0 端、R f 向C 充电，当 C 上电压升到＞2 /3 V DD 时，触发器翻转V 0 =0 ，于是C 上电荷通过R f 和V 0 放电入地。

当C 上电压降到＜1 /3 V DD 时，触发器又翻转成V 0 =1 。

电源又向C 充电，不断重复上述过程。

由于施密特触发器有 2 个不同的阀值电压，因此C 就在这 2 个阀值电压之间交替地充电和放电，输出得到的是一串连续的矩形脉冲，见图7 （c ）。

脉冲频率约为f=0.722 ／R f C 。

（2 ）间接反馈型无稳另一路多谐振荡器是把反馈电阻接在放电端和电源上，如图8 （ a ），这样做使振荡电路和输出电路分开，可以使负载能力加大，频率更稳定。

这是目前使用最多的555 振荡电路。

这个电路在刚通电时，V 0 =1 ，DIS 端开路，C 的充电路径是：电源→R A →DIS→R B →C ，当C 上电压上升到＞2 /3 V DD 时，V 0 =1 ，DIS 端接地，C 放电，C 放电的路径是：C→R B →DIS→ 地。

可以看到充电和放电时间常数不等，输出不是方波。

t 1 =0.693 （R A ＋B B ）C 、t 2 =0.693R B C ，脉冲频率f=1.443 ／（R A ＋2R ）C（3 ）555 方波振荡电路要想得到方波输出，可以用图9 的电路。

它是在图8 的电路基础上在R B 两端并联一个二极管VD 组成的。

当R A =R B 时，C 的充放电时间常数相等，输出就得到方波。

方波的频率为f=0.722 ／R A C （R A =R B ）在这个电路的基础上，在R A 和R B 回路内增加电位器以及采用串联或并联二极管的方法可以得到占空比可调的脉冲振荡电路。

555 脉冲振荡电路常被用作交流信号源，它的振荡频率范围大致在零点几赫到几兆赫之间。

因为电路简单可靠，所以使用极广。

只要按上述步骤细心分析核对，一定能很快地识别555 电路的类别和了解它的工作原理。

下面的问题就比较好办了，例如定时时间、振荡频率等都可以按给出的公式进行估算。

CD4011用门电路组成的多谐振荡器(包括由反相器、与非门和或非门)在各种电子电路中几乎都能见到，它们最主要的用途是用来作时钟脉冲发生器，用来驱动计数器或脉冲分配器，使电路的各组成部分能够按照所设定的工作程序有条不紊地工作。

用与非门和或非门组成的多谐振荡器如图所示。

CD4011是四-2输入与非门集成电路。

逻辑电路的输入端呈现高输入阻抗特性，门电路本身对于超过【阈值】的输入信号具有类似极大放大倍数的【限幅放大器】，输入端在【悬空】状态下很容易接收附近的电磁干扰，这个干扰被放大并造成输出端无规律地【翻转】。

CD4011管脚图及外形：六、硬件电路设计1数电路的选型及外围电路设计选用cd40110及对其介绍：CD40110能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段LED 数码管，其逻辑功能见表1，其引脚排列如图1（a）所示。

40110有2个计数时钟输入端CPU和CPD分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。

由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。

40110的进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器从0～9时，BO输出负脉冲；从9～0时CO输出负脉冲。

在多片级联时，只需要将CO和BO分别接至下级40110的CPU和CPD端，就可组成多位计数器。

引出端符号：BO 借位输出端；CO 进位输出端；CPD 减计数器时钟输入端；CPU 加计数器时钟输入端；CR 清除端/；CT 计数允许端；/LE 锁存器预置端推荐工作条件：电源电压范围…………3V～18V ；输入电压范围…………0V～VDD工作温度范围：M类：－55℃～125℃；E类.－40℃～85℃极限值：电源电压.－0.5V～18V ；输入电压－0.5V~VDD+0.5V ；输入电流.±10mA；储存稳定－65℃～150℃R（5脚）为清零端，R＝1时，计数器异步清零。

CP为时钟端，CPu（9脚）为加法计数时钟，CPD（7脚）为减法计数时钟。

Qco（10脚）加计数进位输出，QBO（11脚）减计数借位输出。

TB（4脚）为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于禁止状态，即不计数。

LE（6脚）为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。

a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。

表1 CD4O110逻辑功能表2、LED八段数码显示管：数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。

（实物参照图片）【数码管的分类】数码管按段数分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、4位等等数码管；按发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。

共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管。

共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。

共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。

共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。

当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

[数码管的驱动方式]数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

①静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。

静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。

静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5×8＝40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

②动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

通过分时轮流控制各个数码管的的COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。

在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1～2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

怎样测量数码管引脚，分共阴和共阳?找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻，VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED 会发光的找到一个就够了，，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。

相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。

也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。

1）、内部结构：常见数码管的内部结构大体分为两类，一是共阴极，二是共阳极。

共阴就是将数码管内部SEL521，如图2a、b、c、d所示。

四例均为共阴极接法。

10脚的数码管管脚分为上下排列和左右排列两种，14脚为左右排列。