数显脉搏测试仪电路设计.doc

课程设计说明书 第 I页 数显脉搏测试仪电路设计 摘 要 随着现代电子技术的迅速发展 各种电子产品应运而生 因此 人们应用的电子产品 层出不穷 作为人们普遍应用的数显脉搏测试仪 是许多电子产品的雏形 如果加以 改进和适当的改装就可以变成许多有实际应用的电子产品 特别是在医学设备方面 交通运输的检测方面 电路的维修方面以及其他的方方面面 本课题是利用 CD4011 CD4553 CD4511 CD4060 以及其他相关元器件设计一个数 显脉搏测试仪 去检测脉搏在规定时间内的跳动次数 通过压电陶瓷片 YD 送来的反应 脉搏跳动的电信号经 CD4011 逐级放大 整形成方波信号 输入到三位 BCD 计数器 CD4553 的时钟输入端 经 CD4553 进行计数 把 CD4553 的输出端接到译码器 CD4511 CD4511 与三个数码管连接 另外 通过 CD4060 计数器控制计数的时间 设置 时间为一分钟 这样就可以通过数码管显示一分钟内脉搏测试仪的跳动次数 关键字 数显脉搏测试仪 CD4011 CD4553 CD4511 CD4060 课程设计说明书 第 II页 目 录 1 绪论 1 1 1 课题描述 1 1 2 基本工作原理及框图 1 2 相关集成电路的引脚图及功能介绍 2 2 1 三位 BCD 计数器 CD4553 2 2 1 1 CD4553 的功能特性 2 2 1 2 CD4553 的引脚排列图及功能说明 2 2 2 14 级进位二进制计数器 分频器 振荡器 CD4060 4 2 2 1 CD4060 的功能特性 4 2 2 2 CD4060 的引脚排列图及各引脚介绍 4 2 3 BCD 七段锁存器式译码器 CD4511 5 2 3 1 CD4511 的功能特性 5 2 3 2 CD4511 的引脚排列图及功能介绍 5 3 数显脉搏测试仪电路设计 7 3 1 数显脉搏测试仪电路设计的原理图 7 3 2 数显脉搏测试仪电路的原理介绍 8 总 结 10 致 谢 11 参考文献 12 课程设计说明书 第 III页 课程设计说明书 第1页 1 绪论 1 1 课题描述 随着电子技术的飞速发展 特别是大规模集成电路的迅速出现 给电子方面的发 展带来了重大飞跃 本课题利用 CD4011 CD4553 CD4060 CD4511 数码管以及其他电子 元器件组成数显脉搏测试仪电路 本课题的指导思想是 利用压电陶瓷片把人手的脉 搏压力信号变成电信号 经过 CD4011 四级放大 作为时钟脉冲信号供三位十进制计数 器 CD4553 计数 计数值经七段译码器驱动电路 CD4511 后输出 由数码管显示其数值 14 级二进制计数器 CD4060 构成 60s 定时器控制计数进行 当定时到时 计数器停止计 数 这时数码管显示的计数值即为一分钟内被测者的脉搏跳动次数 1 2 基本工作原理及框图 本课题是利用 CD4511 CD4553 CD4511 CD4060 以及其他相关元器件设计一个数 显脉搏测试仪 去检测脉搏在规定时间内的跳动次数 通过压电陶瓷片 YD 送来的反应 脉搏跳动的电信号经 CD4011 逐级放大 整形成方波信号 输入到三位十进制 BCD 计数 器 CD4553 的时钟输入端 经 CD4553 进行计数 把 CD4553 的输出端接到译码器 CD4511 CD4511 与三个数码管连接 另外 通过 CD4060 控制计数的时间 设置时间为 一分钟 这样就可以通过数码管显示一分钟内人脉搏的跳动次数 基本工作原理框图 如图 1 1 所示 瓷压电 陶片 YD 信号 放大电 路 CD4553 的计数 CD4511 的译码 数码管 的显示 CD4060 的定时 控制 图 1 1 基本工作原理框图 课程设计说明书 第2页 2 相关集成芯片的引脚图及功能介绍 2 1 三位 BCD 计数器 CD4553 2 1 1 CD4553 的功能特性 CD4553 由 3 个 BCD 计数器级联而成 因而可以用个位 十位 百位进行计数 计 数值从 0 999 由于它的计数输出端只有一个 而要完成 3 个计数器的输出 故采用 3 扫描输出的方法 逐个输出 3 个计数器的计数值 由于扫描频率高不影响计数输出 的准确性 2 1 2 CD4553 的引脚排列图及功能说明 1 图 2 1 是 CD4553 的引脚排列图 芯片中集成了三位 BCD 计数器 Q0 Q3 是计 数器的输出端 OF 是计数器的进位输出端 是计数器的选通端 MR 是总清零端 DSn DIS 是显示允许段 LE 是计数锁定端 CIA CIB 是分式扫描振荡器的外接电容端 CK 是计数时钟脉冲端 是计数器的输出选择端 这三端低电平有效 1DS2DS3DS 如果第一个计数器输出 为低电平 为高电平 如果第二个计数器输1DS2DS3DS 出 位低电平 为高平 如果第三个计数器输出 是低电平 2DS1DS3DS3DS 为高电平 1DS2DS 课程设计说明书 第3页 图 2 1CD4533 引脚排列图 2 表 1 是 CD4553 的真值表 由真值表可以看出 当复零端 MR 为高电平时 计 数器清零 当 LE 为高电平时 计数值被锁定 无法继续计数 当显示允许端 DIS 为高 电平时 时钟脉冲 CK 下降沿计数 当时钟端 CK 为高电平时 显示允许端输入上升沿 脉冲计数 其余情况计数值不变 当三个 BCD 计数器计数均为 9 时 进位端 OF 送出高 电平脉冲 表 2 1 CD4553 真值表 输入输出 MRCKDISLE 0 00不变 0 00计数 0 1 不变 01 0计数 01 0不变 00 不变 0 锁定 课程设计说明书 第4页 输入输出 MRCKDISLE 0 1锁定 1 0清零 2 2 14 级进位二进制计数器 分频器 振荡器 CD4060 2 2 1 CD4060 的功能特性 CD4060 由一个振荡器和 14 个 T 型触发器组成 在时钟输入端设有施密特触发器 能自动对输入信号进行整形 允许对上升或下降缓慢的信号计数或分频 计数输出端 Q4 Q10 Q12 Q14 等 10 个引出端 2 2 2 CD4060 的引脚排列图及功能说明 1 图 2 2 是 CD4060 的引脚排列图 PI 是时钟输入端 PO 是时钟的输出端 反向时钟输出端 Q4 Q10 Q12 Q14 是计数器的分频输出端 RST 是复位端 当PO RST 1 时 计数器复位 Q4 Q10 Q12 Q14 均为低电平 计数器脉冲由 PI P0 输入 当 PI P0 为脉冲下降时 计数器进 1 P0 PI 外接定时 元件或石英晶体PO 构成振荡器 课程设计说明书 第5页 图 2 2CD4060 的引脚排列图 2 CD4060 的逻辑状态表见表 2 2 由表可知 复位端 RST 为高电平时 计数器 清零且振荡器无效 所有的计数器位均为主从触发器 在 PI 为下降沿时 计数器以二 进制进行计数 表 2 2 CD4060 的逻辑状态表 输入 PI MR 功能 1清零 0计数 0保持 2 3 BCD 七段锁存器式译码器 CD4511 2 3 1 CD4511 的功能特性 CD4511 是 BCD 七段锁存器式译码器 译码 驱动器由译码器和输出缓冲器构成 输 出最大电流可达 25mA 2 3 2 CD4511 的引脚排列图及功能说明 课程设计说明书 第6页 1 图 3 1 是 CD4511 的引脚排列图 A B C D 是 BCD 码的输入端 a g 是译 码输出端 是灯测试端 是灯消隐端 LE 是锁定允许段 当 1 时 不起作LTBILT 用 当 0 时 数码管显示 8 当 0 时 a g 均为低电平 如接数码管则表LTBT 现为数码管熄灭 图 3 1 CD4511 的引脚排列图 2 表 3 1 是 CD4511 的真值表 由表可清晰的看出此芯片的功能 表 3 1 CD4511 的真值表 输入状态输出状态 LE BILT DCBAabcdefg显示 0 11111118 01 0000000无显示 0 11000011111100 011000101100001 011001011011012 011001111110013 课程设计说明书 第7页 011010001100114 011010110110115 011011000111116 011011111100007 011100111111118 输入状态输出状态 LE BILT DCBAabcdefg显示 011100111100119 01110100000000无显示 01110110000000无显示 01111000000000无显示 01111010000000无显示 01111100000000无显示 01111110000000无显示 111 保持保持 3 数显脉搏测试仪电路 3 1 数显脉搏测试仪电路设计的原理图如图 3 所示 课程设计说明书 第8页 图 3 数显脉搏测试仪电路设计原理图 3 2 数显脉搏测试仪电路的原理介绍 如图 3 所示 电路工作过程为 由 CD4011 四个与非门构成的四级放大电路 将压 电陶瓷片 YD 送来的反映脉搏跳动的电信号逐渐级放大 整形成方波信号 输入三位 BCD 计数器 CD4553 的时钟输入端 12 脚 U2 在某一时刻 只能输出一位 BCD 码 但通 过显示端口选择端 来选择输出哪位 BCD 码 如当为低电平时 1DS2DS3DS1DS 输出个位的 BCD 计数值 C6 和 U2 内部构成振荡器 使 U2 的 不断地依次为1DS3DS 高电平 这样三位计数器依次不断的输出计数值 由于扫描频率很高 故在人们的视 觉中它们是同时发生的 计数器输出的 BCD 码由 Q1 Q3 端输出到七段译码电路 U1 有 它译码后经限流电阻 R9 R15 驱动共阴数码管显示计数值 本电路不需要 CD4511 的灯 测试及消隐功能 也不用其锁定功能 故将其3 脚 4 脚接 VDD 而将 LE5 脚接地 LTBI 课程设计说明书 第9页 另外 当 CD4511 开始对人体脉搏计数时 U3 构成的定时器也开始工作 U3 是一 个内部含有振荡器的 14 位二进制计数器 C7 R16 RV1 RV2 和内部电路构成振荡器 如果调节 RV1 RV2 使其振荡频率位 273HZ 那么周期为 1 273s 如果从 Q14 输出 那么从定时开始到 Q14 输出高电平所需时间为 1 273 214 60s 这样只需要把 U3 Q14 3 脚与 CD4553 的显示允许端 U2 11 脚相连 那么 60s 后 Q14 为高电平 计数器 CD4553 停止计数 计数值不变送译码器后由数码管显示出这个稳定的计数值 这就是 被测一分钟脉搏跳得次数 这个值能稳定一分钟后又继续闪动 但一分钟足够观察者 计数了 若要计另一个人的脉搏跳动次数 只需按下 S1 这时高电平加到 U2 U3 的复 位端使两个计数器同时清零 重新开始计数 课程设计说明书 第10页 总总 结结 经过近多日的努力 终于将本次课程设计做完了 但由于水平有限 文中肯定有 很多不恰当的地方 请老师指出其中的错误和不当之处 使我能做出改正 我会虚心 接受 在本次课程设计过程中 我增强了自己的动手能力和分析能力 通过跟老师和 同学的交流 也通过自己的努力 我按时完成了这次课程设计 在此过程中 我学会 了很多 也看到了很多自己的不足之处 在以后的学习生活中 我会努力学习专业知 识 完善自我 为将来的发展做好充分的准备 总之 在这次课程设计中 我受益匪浅 学到了很多书本上所没有的东西 懂得 了理论和实际联系的重要性 在以后的学习中 我不仅要把理论知识掌握牢固 更要 提高自己的动手能力和分析能力 课程设计说明书 第11页 致致 谢谢 通过二周的努力 终于将电子课程设计完成了 在完成课程设计的这二周中 李 如昌老师 乐丽琴老师给予了我很大的帮助 他不仅指导我完成了设计 还教会了我 做设计的一般步骤 设计思想和设计方法 当我对此课程设计无从下手的时候 李如 昌老师专心地为我讲解 为我解决了很多实际存在的困难和问题 他在教室里为我们 梳理流程 讲解原理 使我对此次的课程设计能圆满完成增添了很多信心 真正的从 心理和解决实际问题上为我树立了很好的榜样 我为能有这样的好老师而感觉到骄傲 每每对课程设计的撰写产生疑问时 他为我提纲挈领 梳理脉络 使我确立了本文的 框架 在此我衷心的感谢一直不辞辛劳为我指明方向的李如昌老师 也要感谢教会我 知识的学校为我提供实践的场所和实践器材 通过这次的课程设计 不仅使我学到了 很多专业方面的知识 也让我明白了不畏困难 勇于攀登艰难的重要性 这对我未来 的学习和生活产生很大的影响 课程设计说明书 第12页 参考文献 1 数字电子技术基础简明教程 第三版 清华大学电子学教研组编 余孟尝 主编 高等教育出版社 北京 2 模拟电子技术基础简明教程 第三版 清华大学电子学教研组编 杨树