电子脉搏计电路设计．电子脉搏计电路设计一、设计任务与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1min内测量脉搏数；(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、原理电路设计正常人的脉搏次数是每分钟60～80次（婴儿为90～140次,老年人则为100～150次),这种频率信号属于低频范畴.因此,脉搏计的用来测量低频信号的装置,它的基本功能要求应该是:（1）.要把人体的脉搏数(振动)转换成电信号,这就需要借助传感器。（2）.对转换后的电信号要进行放大和整形处理，以保证其它电路能正常加工和处理。（3）.在很短的时间（若干秒）内，测出经放大后的电信号频率值。总之，脉搏计的核心是要对低频信号在固定的短时间计数，最后以数字形式显示出来。可见，脉搏计的主要组成部分是计数器和数字显示器。设计方案比较1.脉搏计的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：把转换为电信号的脉搏信号，在单位时间内（一分钟或半分钟）.1）进行计数，并用数字显示其计数值，从而直接得到每分钟的脉搏数。次）所需的时间，然后次，10）2.测量脉搏跳动固定次数（比如5转换为没分钟的脉搏数。这两种方案比较起来，第一种更直观，所需的电路结构更简单些；第二种方案的测量误差比较小，但实现起来电路要复杂些。为了使脉搏本文进行的设计就基于这一方案。计轻巧而便宜，通常采用第一种方案。下图为选用方案的方框图频信电时此电路需达到如下要求：）设计一个数字脉搏计，要求用十进制数字显示被测人体脉搏每1（/min次。分钟跳动次数，测量范围30~160次4）短时间内（5~15s）测出每分钟的脉搏跳动次数，误差为±2（。/min）锁定每分钟的脉搏数，可以有两种方式，一种为显示计数过程，3（．最后锁定；还有一种是不显示计数过程，直接显示结果。（4）能够清零，两种方法，一种是手动清零，还有一种是自动清零。（5）所有部分电路均要有仿真结果，仿真中用5p-p的正弦波来模拟人的脉搏信号，实际接线时直接用信号发生器发出的5V的方波脉冲作为测试信号，故放大整形滤波电路部分只作仿真即可。（6）对于放大部分电路，要求差模放大倍数至少1000倍，输入电阻要求大于107欧，通频带为0.05Hz~200Hz，测试时还要测出输入输出电压的波形（即整形前后的电压波形）。2.单元电路的设计a.信号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。目前典型的脉搏传感器有以下三种：光电类、压阻类和压电类。在这三种当中目前采用最多的是压电型传感器。压电式传感器的工作原理是以某种物质的压电效应为基础。这些物质在沿一定方向受到压力的或拉力的作用而发生变形时，其表面会产生电荷；若将外力去掉时，它们又重新回到不带电的状态，这种现象就称为压电效应。而具有这种压电效应的物体称为压电材料或压电元件。常见的压电材料有石英、钛酸钡、锆钛酸铅等。信号放大电路b.这部分电路主要完成将5mV的正弦波输入信号放大1000倍（5V），使其可以驱动后续的CMOS数字电路。采用运算放大器LM324构成的反相放大电路：电路图如图3-2-1所示，在理想条件下有Vo=－R2/R1*Vi。运放的闭环电压增益为Avf=－R2/R1，输入电阻为Rif=R1。如果对输入电阻有要求可以先确定R1，再根据放大倍数确定R2。为了减小输入偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接平衡电阻R3，且R3=R1∥R2。实际电路中拟采用三级放大，总电路图如下图所示：欧，R1=10M107参数选定如下：输入电阻要求不小于欧，因而选定欧，第二级∥R2=9.1M欧，第一级电路放大10倍，因而R2=100MR3=R1欧，欧，R7=R9=100kR5=R8=10k10及第三级放大电路放大倍数仍为倍，R4=R6=9.1k欧。这种电路接线简洁明了，成本较低，可靠性好。此外，还可以采用同相放大电路，原...