电类课程设计--脉搏跳动测量电路设计

谢建军 脉搏跳动测量电路设计 1 目录目录 一 已知参数和设计要求 1 1 1 基本要求 2 1 2 发挥部分 2 1 3 课程设计工作计划 2 1 4 学生应完成的工作 1 完成基本设计要求 2 完成课 2 二 设计方案 2 2 1 设计原理 2 2 2 系统原理框图 3 2 3 单元电路设计 3 2 3 1 放大电路 3 2 3 2 滤波电路 4 2 3 3 整形电路 5 2 3 4 LM234 引脚图 6 2 3 5 数显电路 6 2 3 6 单片机和报警电路 6 2 3 7 单片机程序设计流程图 7 2 4 总电路图 10 三 心得体会 11 四 参考文献 12 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 2 一 已知参数和设计要求一 已知参数和设计要求 设计一个脉搏跳动测量电路 设计一个脉搏跳动测量电路 设计参数 脉搏跳动传感器为模拟信号 5 50mv 噪声信号小于 20mv 要求 1 1 基本要求 基本要求 1 电压比较用施密特触发器 2 显示每分钟跳动值 3 循环显示 每隔10s刷新一次 显示前一分钟的心跳次 数 显示最小位为1次 4 每分钟跳动小于60 大于130时进行声光报警 正常心 跳次数时蜂鸣器不响 绿灯亮 非正常心跳次数时蜂鸣 器响 红灯亮 2 2 发挥部分 发挥部分 选定传感器 判断测量范围中的异常 3 3 课程设计工作计划 课程设计工作计划 第一周完成资料查询 总体方案设计 及部分电路设计 第二周完成具体电路设计及设计报告 4 4 学生应完成的工作 学生应完成的工作 1 完成基本设计要求 2 完成课 程设计报告 2 2 设计方案设计方案 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 3 1 1 设计原理 设计原理 电路由传感器模拟信号 信号放大电路 滤波电路 整形电路 单片机电路 数码 显示电路和报警电路等六部分组成 传感器模拟信号经过信号放大电路进行放大 再由一个二阶压控有源低通滤波器滤掉信 号中的噪声信号 然后信号经过有555定时器构成的施密特触发器对信号波形进行整形后输 入到单片机中 单片机采用8051单片机 在单片机中对信号计数 然后输出到数显电路和报 警电路 数显电路显示每分钟跳动数 报警电路对于正常心跳次数时蜂鸣器不响 绿灯亮 非正常心跳次数时蜂鸣器响 红灯亮 2 2 系统原理框图 系统原理框图 有设计原理可以得到框图如下 模拟信 3 单元电路设计单元电路设计 1 放大电路放大电路 前置放大电路 采用了二级放大电路 由于传感器信号很微弱 只有几毫 伏 且输 入阻抗很高 故 前级放大器采用同相放大器 为了使信号电压无太大损失 采用较小放大倍数 只放大 6 倍 电路图如下 模拟信号放大电路 滤波电路 整形电路 单 片 机 数显电路 报警电路 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 4 计算 放大倍数为 6 倍 令 R1 10K 则 R3 50K 1 3 1 i o R R U U 再由 R2 R1 R2 得 R2 82 5K 次级放大电路 这种的反相放大器既有较高的输入阻抗又可取得足够的增益 如果选取 R9 远大于 R10 R11 放大器的增益可用下式近似计算 13 11 1 8 9 R R R R A 设 R8 100K R9 1M R11 量程为 10K 的电位器 R12 1K R13 91K C4 与 R13 构成低通滤波 截止频率为 20Hz 根据公式增益范围为 11 110 电路图如下 2 滤波电路滤波电路 采用了二阶压控有源低通滤波器 把脉搏信号中的噪声干扰去掉 设置截止频率为 40Hz 电源放大倍数选用 1 6 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 5 电路图如下 参数计算参数计算 取 R7 20K 所以 R6 12K6 1 7 6 1 R R A 令 R4 R5 R C2 C3 C 由 取 C 0 22 f 得 Hz RC 40 2 1 f R 18K 3 整形电路整形电路 经过放大器滤波后的脉搏信号是不规则的脉冲号 因此必 须加以滤波整形 这里选用 了施密特触发器作为迟滞电压比较器 电路图如下 以上的模拟电路部分才用的放大器均为 LM324 运算放大器 其结构相对简单 而且 LM324 四运放电路具有电源电压范围宽 静态功耗小 单电源使用等优点 电路也得到了 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 6 简化了 同时电路可以共用一块芯片 节约成本 LM234 引脚图如下 4 数显电路数显电路 选用 74LS48D 作为显示译码电路 选用 LED 数码管作为单元显示电路 电路图如下 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 7 5 单片机和报警电路单片机和报警电路 单片机选用 8051 单片机 电路图如下 以下是单片机程序设计流程图 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 8 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 9 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 10 4 总电路图 总电路图 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 11 三 心得体会三 心得体会 学到用时方觉少 这一次的电类设计课程让我加深了解了这个道理 尤其是当你遇到 一个难题 查网上资料查不到 查纸质资料又没头绪时更是如此 还好做设计就应该不急不 躁 实在不行就应该多问问周围老师和同学寻找解答 但终于解决搞定了 在心底放下一口 谢建军 脉搏跳动测量电路设计 12 气的同时也会暗暗地感恩周围朋友对你的帮助 在这次课程设计中 我和同学们在一起交流 学习如何将课本上的知识应用于 实际 的问题之中 所以在这期间 锻炼了我对所学知识应用的能力 也让我对所学的知识有了一次深 刻的复习和清晰的认识 当然这次设计更重要的是锻炼了自己解决实际问题能力 如何分析 问题 理清思路 简化问题 找出最佳方案 这是最关键的方面 还有在设计时 让我对画电路图的 软件有了一个基本的了解 对一些芯片的功能叶有了大致的熟悉 相信这些将为我以后的学习设计 大虾一个良好的基础 因此这次设计对我的意义很大 让我受益匪浅 同时通过这次电类课程设计了解到了设计一种应用的大概过程 巩固了电路知识 也开 拓了视野 本次实验我对数电和模电更加深了印象 对定时器和单片机的工作原理和电路图 中的芯片的作用及安装方法也更加了解 这次的制作也让我感受到 我们在电子方面学到的 只是很小的一部分知识 我们需要更多的时间来自主学习相关知识 只有这样 我们以后才 能具备较强的