数字脉搏检测仪的设计

目录摘要 １关键词 １Abstract １Keywords １1引言 ２2设计要求和设计方案 ４2．1设计要求 ４2．2设计方案 ４2.3工作原理 ４3数字脉搏检测仪各模块的工作原理 ６3．1传感器模块 ６3.1.1传感器概述 ６3.1.2芯片CD4011 ７3.2信号放大模块 ８3.2.1放大器概述 ８3.2.2放大器的工作电路 ９3.3译码／驱动模块 １１3.4计时模块 １２3.5计数模块 １４3.6显示模块 １６3.6.1显示器概述 １６3.6.2工作电路 １６3.6.3LED数码管的工作原理及工作方式 １７3.6.4LED数码管的显示方式及安全性问题 １７4总结 １９参考文献 ２０附录数字脉搏检测仪的工作电路图 ２１致谢 ２２

数字脉搏检测仪的设计摘要：本文介绍一种用单片机制作的便携式脉搏测量仪，只要人把手指放在传感器内10秒钟就可以精确测量出每分钟脉搏数，测量结果用三位数字显示。本文根据人体脉搏信号特征设计了一套脉搏检测装置。该装置由应变式脉搏传感器及其信号放大及滤波电路、A/D转换、接I/O接口及脉搏信号数字处理软件构成，还包括相应的计时电路和计数电路，以显示测量结果。关键词：单片机；脉搏测量仪；便携式；精确TheDesignofDigitalPulseDetectorAbstract：Thisarticleintroducedthatonekindofthepulsemeasuringinstrumentwhichmanufactureswiththemonolithicintegratedcircuit,solongasthehumanplacesthefingerinthesensor10secondstobepossibletheprecisionmeasuringeachminutepulsenumber,themeasurementresultshowedwiththreedigit.Apulsedetectingsystemwasdevelopedinthisarticlewhichisbasedonthefunctionsofthepulse.Thesystemconsistsofstraingagesensors，amplifiers，filters，A／Dtranslators，I／Oportsandintegrateddigitalsignalprocessingsoftware．Andalso,itincludsthetimingcircuitandthecountingcircuitwhichareusedtoshowtheresult.Keywords:SCM,monolithicintegratedcircuitpulsemeasuringinstrument,Convenient,accuracy

1引言脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏跳动次数的电子仪器，也是心电图的主要组成部分,因此，在现代医学发展史上具有重要的作用。医院的护士每天都要给住院的病人把脉记录病人每分钟脉搏数，方法是用手按在病人腕部的动脉上，根据脉搏的跳动进行计数。为了节省时间，一般不会作1分钟的测量，通常是测量10秒钟时间内脉搏的数，再把结果乘以6即得到每分钟的脉搏数，即使这样做还是比较费时，而且精度也不高。我们知道，目前检测脉搏的仪器虽然很多，但是能实现精确测量、精确显示且计时功能准确等多种功能的便携式全数字脉搏测量装置很少。目前市场上比较常见的脉搏检测仪有：1）、JQ-系列脉搏测试诊断仪：动态实时显示脉搏波形，准确观察心脏早搏、心律不齐、心泵力不均等现象。对可能患有高血压、冠心病、心脏负荷增加、左心肥大心慌胸闷、血液供耗失调、心肌缺氧、缺血性坏死、心绞痛、心肌梗塞、高血脂、高血粘度、动脉硬化、脑血栓、肺充血、肺水肿、肺心病、血液粘稠、高血脂、微循环障碍（如手脚麻木）等疾病的患者给出及时提示。产品广泛应用于：医疗院所、亚健康普查、社区服务、药品保健品市场、医疗美容2）、ZXG-F型自动脉搏诊断仪（增强型）（1）自动无创检测人体的血液粘度、血管弹性、心脏供血能力、心脏供氧状况、微循环状况等心脑血管方面。（2）高血粘、高血脂、高血压、动脉硬化等心脑血管疾病的必备健康检测仪器。（3）直接显示实际检测数据，并自动给出每个人的标准范围值。（4）工业级控制主板，15寸彩色显示器，无需软件主机，直接开关机，性能稳定，质量可靠。一体化设计，专业美观。（5）海量存储，可选配打印机，可选配彩色显示器。（6）快速测试血糖参数(选配)。3）、ZXG-、JQ系列脉搏检测诊断仪该系统配置有计算机、打印机、脉搏采集盒、脉搏传感器构成。无创自动定量检测心脏、血管、血液、微循环四项总计35项参数，并提供多达64项专家诊断信息。所有检测参数均有名词解释，菜单显示。随着人们生活环境和经济条件的改善，以及文化素质的提高，其生活方式，保健需求以及疾病种类，治疗措施等发生了明显的变化。但在目前，我国的心脑血管疾病仍呈逐年上升趋势。其发病率和死亡率均居各种疾病之首，是人类死亡的主要原因之一。因此，认识、预防及早期发现这些疾病是十分必要的。ZXG-、JQ系列脉搏检测诊断仪，以其优良的技术性能，为临床提供了可靠、方便的检测、诊断手段。仪器用途：该仪器广泛用于危重病员的抢救，运动医学的探讨，老年康复医学的研究，手术、麻醉期的床边监护，体外反搏期的观察，心血管疾病的诊断以及药物疗效的评估等。适合于各类医院、药品销售部门使用。4）、产品名称：全自动脉搏检测仪无创自动检测脉搏、血管、血液、微循环四大类35项参数，专家诊断信息64项，动态显示脉搏波形，对可能患有冠心病、血管硬化、高血脂、高血粘度的患者给出及时诊断。“全自动脉搏检测仪”此仪器特别适合做药品或者保健品的促销业务,尤其对做义诊活动、联谊会、讲座有绝对的优势，该“全自动脉搏检测仪”可以检测心脏功能、血管状况、血液指标和微循环功能等脉搏全息检测35项。5）、产品型号：AZN-E脉搏检测仪最适合医药保健品会议营销，社区健康普查，药店促销。是迅速提高医药保健品销量的有力武器。主要功能特点：（1）全新一体化设计，使用内置电池，完全满足用户移动需要。（2）可定量检测脉搏、血管、血液、微循环等方面重要参数，实时显示脉搏波形。（3）一体机由专用微机、液晶显示屏、打印机、电池、脉搏传感器组成。（4）快速检测及打印脉搏功能参数，32项和8项可供选择。（5）随机存储1000个检测数据，可以随时调用、存储及打印。（6）一体机内置电池可连续使用10小时，更适合进行户外健康检测活动。6）、AZN-E21脉搏功能检测仪主要功能特点：（1）可定量检测出人体的血管弹性、脉搏、微循环状况等方面的重要参数，显示每项参数的实际测量值、正常值范围并给出超标提示。（2）实时显示脉搏波形，准确观察心脏早搏、心律不齐等现象。对可能患有冠心病、高血脂、微循环障碍等病变的患者可及早给出提示。（3）强大的数据库管理功能。（4）是国内唯一采用USB接口的心血管功能检测仪。一线连接，支持热插拔，简单方便，性能稳定。尤其适用于新型台式机和笔记本电脑。7）、PolarS610型脉搏测试仪PolarS610型脉搏测试仪是目前较为先进的综合测试以及记录心率变化的仪器。本设备除了具有其他脉搏测试表的实时监控，记录并且分析历史数据，形成历史数据曲线的功能外，还具有大容量，通过红外端口与电脑相连接传输数据的功能。它超大的测试容量可以同时记录多大500个测试者1年的测试数据，并且准确度保持在万分之一秒。本设备可用于体育运动员运动过程中脉搏变化的测试，职业劳动强度的测试，在应急情况下人心理变化能力的测试。立足于数字脉搏仪市场发展现状分析，通过对数字脉搏仪行业环境、数字脉搏仪产业链、数字脉搏仪市场供需、数字脉搏仪价格、数字脉搏仪生产企业的详尽分析，本文设计的数字人体脉搏检测仪利用压电传感器接收脉搏跳动信号，再将其转化为电信号，最终通过数码管显示数字。它可以在人体的手、腕、臂等部位均能准确测量出脉搏次数，并且能严格控制检测时间，准确显示脉搏跳动次数根据这点要求来拟定该数字脉搏检测仪的设计要求及其设计方案。体积可做得很小，使用时一按工作按钮，仪器则可工作计数，一分钟后自动停止，并将数据保持下来，使用方便，数字显示准确直观。

2设计要求和设计方案2．1设计要求脉搏测试仪是用来测量一个人脉搏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约为几个毫伏时）。其设计要求为：1）实现在30～60内秒测量1分钟的脉搏数，并且显示其数字。成年人脉搏数为60～80次/min，青少年为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。2．2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）把脉搏信号转换为电信号，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。以下进行的设计就是基于第一方案。2.3工作原理本设计使用传感器将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，经信号放大电路进行放大后，送到计数显示电路。计时电路进行计时，一分钟到了，计数器停止计时，这时数码管显示的就是一分钟内脉搏跳动的次数。数字脉搏检测仪的原理方框图如下所示：图1数字脉搏检测仪的设计原理方框图由其原理方框图我们可以画出该脉搏检测仪的工作原理电路图。（见附录）数字脉搏测试仪电中的压电陶瓷片HTD-27将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，经CD4011B组成的四级线性放大器放大后，送到由CD4553和CD4511B组成的计数显示电路。CD4553内部输入端设置了脉冲整形电路，所以对脉冲沿无甚特殊要求。它只有一组BCD码输出，但通过内部分时控制可形成三位十进制数字显示。CD4511B是译码器，其输出驱动三位LED共阴数码管。BG1、BG2、BG3分别由CD4553的15、1、2脚控制实现三位数码管的分时显示。CD4060组成计数闸门设定电路，R5、R6、C6与其内部电路组成振荡器，振荡器信号经内部213次分频后，由2脚输出延时60秒的正脉冲加到CD4553的11脚关闭闸门。使用时，用手表带或松紧带将压电陶瓷片压在手腕的挠动脉处，注意一定要压紧。在合上开关K1后即按一下复位开关K2，使CD4060和CD4553清零，这时计数闸门打开，脉搏信号由CD4553进行计数。1分钟后，CD4060输出一高电平，使计数闸门关闭。这时数码管显示的数字即为每分钟的脉搏数。

3数字脉搏检测仪各模块的工作原理3．1传感器模块3.1.1传感器概述传感器(Sensor/Transducer)是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置[4]。（1）它的输入量是某一被测量，可能是物理量，也可能是化学量、生物量等。（2）它的输出量是某种物理量，这种量要便于传输、转换、处理、显示等，通常主要是电量。（3）输入输出的转换规律（关系）已知，转换精度要满足测控系统的应用要求。传感器一般是由敏感元件、变换元件、信号调理电路三部分组成的，有时还需外加辅助电源提供转换能量。在机械量（如力、压力、位移、速度等）测量中，常采用弹性元件作为敏感元件。这种弹性元件也叫弹性敏感元件或测量敏感元件，它可以把被测量由一种物理状态变换为所需要的另一种物理状态。图中的敏感元件直接感受被测量（一般为非电量）并将其转换为易于转换成电量的其他物理量；再经变换元件转换成电参量（电压、电流、电阻、电感、电容等）；最后信号调理电路将这一电参量转换成易于进一步传输和处理的形式，即电信号。至此，传感器就完成了它应有的功能。传感器选择的一般原则为：（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型（2）灵敏度的选择（3）频率响应特性（4）线性范围（5）稳定性（6）精度传感器可以将脉搏信号转换成易于采集的电信号，其工作原理电路图为：图2整形模块电路原理图图中的压电陶瓷片HTD-27属于压电传感器的一种。传感器是一种以测量为目的，以一定精度把被测量转换为与之有确定关系的、易于处理的电量信号输出的装置。目前广泛使用的压电材料有石英和钛酸钡等，当这些晶体受压力作用发生机械变形时，在其相对的两个侧面上产生异性电荷，这种现象称为“压电效应”。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。也广泛应用在生物医学测量中。3.1.2芯片CD4011CD4011也称为MC14011B，是2输入正向逻辑与非门。它是一个四与非门集成电路，内部含4个独立的与非门,如下图3所示：图3CD4011结构图有图知：1与2脚“与”后从3脚输出“非”；5与6脚“与”后从4脚输出“非”；8与9脚“与”后从10脚输出“非”；12与13脚“与”后从11脚输出“非”；芯片CD4011引脚功能图如图4：图4CD4011引脚图1脚：第一组数据输入端；2脚：第一组数据输入端；3脚：第一组数据输出端；4脚:第二组数据输出端;5脚：第二组数据输入端；6脚：第二组数据输入端;7脚：接地；8脚:第三组数据输入端；9脚：第三组数据输入端；10脚：第三组数据输出端；11脚：第四组数据输出端；12脚：第四组数据输入端；13脚：第四组数据输入端；14脚：正电源。CD4011实现功能的真值表1.如下表所示：表1CD4011真值表ABJ=001011101110同理，对于C、D和E、F以及G、H也同上工作原理。3.2信号放大模块3.2.1放大器概述放大器：把微弱的电信号放大为较强电信号的电路。基本特征是功率放大[1]。能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。每一类放大器都具有一定的放大器的放大倍数。图5放大器的工作电路放大器的框图如图5所示。左边是输入端，外接信号源，vi、ii分别为输入电压和输入电流；右边是输出端，外接负载，vo、io分别为输出电压和输出电流。1、放大倍数的分类电压放大倍数Av=Vo/Vi(3.2.1)电流放大倍数Ai=Io/Ii(3.2.2)功率放大倍数Ap=Po/Pi(3.2.3三者关系为Ap=Po/Pi=IoVo/IiVi=AiAv(3.2.42、放大器的增益增益G：用对数表示放大倍数。单位为分贝(dB)。功率增益Gp=10lgAP(dB)(3.2.5电压增益Gv=20lgAv(dB)(3.2.6电流增益Gi=20lgAi(dB)(3.2.7增益为正值时，电路是放大器，增益为负值时，电路是衰减器。例如，放大器的电压增益为20dB，则表示信号电压放大了10倍。又如，放大器的电压增益为-20dB，这表示信号电压衰减到1/10，即放大倍数为0.1。3.2.2放大器的工作电路1、电路组成图6单电源供电电路图7双电源供电电路图是一个单管共发射极（以下简称单管共射）放大电路的原理电路图。电路中有一个双极型三极管作为放大器件，因此是单管放大电路。由图可见，输入回路与输出回路的公共端是三极管的发射极，所以称为单管共射放大电路[6]。在电路中，NPN型三极管担负着放大作用，是放大电路的核心。Vi是集电极直流电源，为输入信号提供能量。RC是集电极负载电阻，集是极电流iC通过Rc，从而将电流的变化转换为集电极电压的变化，然后传送到放大电路的输出端。基极直流电源VBB和基极电阻Rb的作用是，一方面为三极管的发射结提供正抽偏置电压；同时，二者共同决定了当不加输入电压时三极管基极回路的电流，这个电流称为静态基流。在以后的分析中将会看到，静态基流的大小对放大作用的优劣，以及放大电路的其他性能有着密切的关系。

在单管共射放大电路中，仅仅具备上述各个组成部分还不足以保证电路很好地起放大作用。为了使三极管工作在放大区，还必须使发射结正向偏置，集电结反向偏置，为此，Vi，RC、VB和Rb等元件的参数应与电路中三极管的输入、输出特性有适当的配合关系。2、元件作用Vb——基极电源。通过偏置电阻Rb，保证发射结正偏。Vi——集电极电源。通过集电极电阻RC，保证集电结反偏。Rb——偏置电阻。保证由基极电源GB向基极提供一个合适的基极电流。RC——集电极电阻。将三极管集电极电流的变化转换为集电极电压的变化。C1、C2——耦合电容。防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响；同时保证交流信号顺利地传输。即“隔直通交”。在此设计电路中我们采用单电源供电电路（如图6）3、电路中电压和电流符号写法的规定1）．直流分量：用大写字母和大写下标的符号，如IB表示基极的直流电流。2）．交流分量瞬时值：用小写字母和小写下标的符号，如ib表示基极的交流电流。3）．总量瞬时值：是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号，如iB/ib，即表示基极电流的总瞬时值。4、放大器的偏置电路对于脉搏检测的放大电路，我们采用分压式稳定工作点偏置电路，电路如图8所示。电路特点是静态工作点比较稳定。图8分压式稳定工作点偏置电路1）元件作用Rb1：上偏置电阻，Rb2：下偏置电阻，Rb3：发射极电阻，Rb4：发射极旁路电容。2）工作原理基极电压VBQ由Rb1和Rb2分压后得到，即VBQ=Rb2﹡VG/(Rb1+Rb2)固定。当环境温度上升时，引起ICQ增加，导致IEQ的增加，使VEQ=IEQ﹡Re增大。由于VBEQ=VBD-VEQ，使得VBEQ减小，于是基极偏流IAQ减小,使集电极电流的增加受到限制，从而达到稳定静态工作点的目的。3.3译码／驱动模块译码器是一种具有“翻译”功能的逻辑路，这种电路能将输入二进制代码的各种状态，按照其原意翻译成对应的输出信号。ICQ说多谐振荡器和计数器是这个设计的核心部分,那么这个译码器就是担当着一座桥梁,因为通过译码器译码后,才能在LED数码管看到数据。图9CD4511B的引脚分布图上图为CD4511B这块芯片的引脚分布图，它是一个BCD七段锁存译码器/驱动器[5]。通过读取计数器内的数据再通过BCD码转换,再将转换好的数据通过LED数码管显示出来。本套设计最后能否成功，就是通过这个芯片能否顺利译码传输显示出来。表2CD4511真值表DCBAabcdefgDISPLAYXX0XXXX11111118X01XXXX0000000Blank01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101101011111601101111110000701110001111111801110011111011901110100000000Blank01110110000000Blank01111000000000Blank01111010000000Blank01111100000000Blank01111110000000Blank111XXXX表2是CD4511B的真值表[2]。从表中可见：当LE非、BI非、LT非分别为0、1、1时候，若DCBA为0000，这时a、b、c、d、e、f、g分别为1、1、1、1、1、1、0，经过启动器后显示的是数字0。同样，若DCBA为0001，这时a、b、c、d、e、f、g分别为0、1、1、0、0、0、0，经过启动器后显示的是数字1。若DCBA为0010，这时a、b、c、d、e、f、g分别为1、1、0、1、1、0、1，经过启动器后显示的是数字2。若DCBA为0011，这时a、b、c、d、e、f、g分别为1、1、1、1、0、0、1，经过启动器后显示的是数字3。若DCBA为0100，这时a、b、c、d、e、f、g分别为0、1、1、0、0、1、1，经过启动器后显示的是数字4。若DCBA为0101，这时a、b、c、d、e、f、g分别为1、0、1、1、0、1、1，经过启动器后显示的是数字5若DCBA为0110，这时a、b、c、d、e、f、g分别为0、0、1、1、1、1、1，经过启动器后显示的是数字6。0、0、0、0，其余与此相同。CD4518B与CD4511B之间的数据转换就是通过8421BCD码来传输的。8421BCD码是十位二进制码,也就是将十进制的数字转化为二进制,但是和普通的转化不同,每一个十进制的数字0～9都对应着一个四位的二进制码,对应关系如下表：表38421BCD转换十进制数字8421BCD码100012001030011401005010160110701118100091001即：十进制0对应二进制0000,1对应二进制0001,2对应二进制0010……9对应二进制1001接下来10就有两个上述的码来表示10表示为00010000也就是BCD码。遇见1001就会产生进位,不象普通的二进制码,到1111才产生进位10000。3.4计时模块我们每次测量脉搏时间为1分钟，要完成这一精确测量，就需要用到定时器。测量开始，计时器就开始计时，一分钟到时，测量完成，此时，脉搏跳动次数就会通过显示屏显示，至此，完成一次测量过程。本文中计时器中我们选用到的芯片是CD4060[7]。它由两部分构成：一部分电路是14级分频器，其分频系数为16～16384（由Q4～Q14输出）。另一部分电路振荡器，可有外接电阻和电容构成RC振荡器。下面介绍芯片CD4060（图10）各引脚的功能：1脚：计数器输出端2脚：计数器输出端；3脚：计数器输出端4脚：计数器输出端；5脚：计数器输出端6脚：计数器输出端7脚：计数器输出端8脚：接地9脚：时钟输出端10脚：反相时钟输出端11脚：时钟输入端12脚：计数器输出端13脚：计数器输出端14脚：计数器输出端15脚：计数器输出端16脚：电源图10CD406012脚为高电平时。计数清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器在9脚和11脚的下降沿计数器以二进制进行计数。在时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。其频率f=1/2.2HZ。芯片CD4060是14位二进制串行计数/分频和振荡器在本设计中，其主要功能是一分钟计时。3、4脚外接定时电容，起定时作用[8]。图11CD4060接线方法打开电源K1按下复位按钮K2，CD4060的12脚有高电平变成低电平，电路开始工作，CD4060开始计时，CD4553的13脚由高电平转为低电平，CD4553的11脚（时钟输入控制端），当11脚为低电平时，允许时钟脉冲输入，为高电平时，禁止时钟脉冲输入。则CD4060将信息由2脚送入CD4553。超过一分钟后，CD4060的12脚由低电平转变为高电平，计数清零且振荡器使用无效，CD4060停止计时。2脚也停止对CD4553的信息输入。同时CD4553的13脚也复位。CD4553的11脚也变为高电平，不允许时钟脉冲输入。测试仪停止工作。3.5计数模块计数模块是用来计算每分钟脉搏跳动次数的。本文中我们采用CD4553计数器，此芯片是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。CD4553计数器只有一组三位BCD码输出，通过分时控制可形成三位十进制数字显示。采用16脚双列直插式封装。CD4553电路由三个同步级连的下降沿触发的BCD计数器（个位、十位、百位）、三个锁存器、分配锁存器数据的多路转换器、输入整形电路、时序扫描电路及振荡电路等部分组成。如下图12所示，芯片CD4553的功能：图12CD4553的引脚功能图1脚：数据选择输出端；2脚：数据选择输出端；3脚：外接电容管脚1；4脚：外接电容管脚2；5脚：BCD码输出端；6脚：BCD码输出端；7脚：BCD码输出端；8脚：接地；9脚：BCD码输出端10脚：锁存控制器；11脚：时钟输入控制端；12脚：时钟输入端；13脚：复位端；14脚：数据溢出端；15脚：数据选择输出端；16脚：电源。其计数情况只有两种：一种是在RESET、DISBALE、LE为低电平，这时如果在CLOCK端子输入计数脉冲，在脉冲的下降沿到来时，芯片的输出将作加法计数。第二种情况是在RESET、LE为低电平，CLOCK为高电平时，这时如果在DISABLE端子输入计数脉冲，在脉冲的上升沿到来时，芯片的输出将作加法计数。此外，计数器锁存数据也有两种情况：一种是RESET为低电平时，这时如果LE端子有上升沿，此时计数器将把所计数锁存起来。另外一种是RESET为低电平时，如果LE为高电平，此时计数器将把数据锁存起来。图13计数器的扫描周期从图13可以看出，当扫描振荡器的扫描频率一定时（扫描频率的改变可以通过变外接电容值的大小），个位、十位、百位扫描周期分时段显示。前面介绍过，CD4553是BCD—7段锁存译码驱动器,分时控制可形成三位十进制数字显示。三个同步级连的下降沿触发的BCD计数器（个位、十位、百位）、三个锁存器,由1,2和15脚数据选择输出端控制。即作为分时输出同步控制信号端，从而形成动态显示方式，低电平有效。在任一时刻，1，2，15脚只有一个是低电平，并作周期循环，形成一个三位时序信号。三脚分别外接BG1、BG2、BG3三个PNP三极管。通过三极管的放大，分时控制数码管。由于CD4553内部有整形电路。压电陶瓷式传感器在CD4011与电阻、电容的配合下，将凌乱的信号输入CD4553整形。13脚复位端与CD4060进行一分钟限时计数。3、4脚外接定时电容。作芯片内部扫描振荡器的内部时钟。CD4553的9、7、6、5脚为BCD码输出端。通过这四个管脚将数据输入CD4511。以求达到显示的目的。下图14为CD4553计数器在该脉搏检测仪电路中的连状态：图14CD4553计数器的连接电路

3.6显示模块3.6.1显示器概述在本电路设计中，我们所采用的三位LED数码管是七段共阴数码管[3]。数码管共有十个管脚(如图所示)。由于不同厂家生产,各管脚功能可能有所不同。图15显示器外形图图16数码管引脚图3.6.2工作电路在数字脉搏测试仪电路中，显示模块应与芯片CD4511芯片相连接，它包括片选三极管和数码管。CD4511中的a,b,c,d,e,f,g七个管脚分别与数码管的a,b,c,d,e,f,g七个管脚相接，将CD4553传递给CD4511的数据输送给数码管显示。三个数码管分别与CD4553的1脚，2脚，15脚相连。三个数码管一次只导通一个管脚已实现片选，使得其中一个数码管有显示。高电平（即1）时，数码管无显示；低电平（即0）时，数码管显示。也就是说，三个数码管同时只有一个低电平输入，两个高电平输入，同一时间只有一个是亮的，由于它们的变化速度很快，肉眼无法识别，故看似同时显示。显示器在脉搏检测电路中的连接方式如图17所示：图17显示电路图3.6.3LED数码管的工作原理及工作方式在本次设计中，我们所用的三极管是塑料封装9012PNP型，三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。在小型控制装置和数字化仪器仪表中，往往只要几个简单的数字显示或字符状态便可满足现场的需求，而显示数码的LED因其成本低廉、配置灵活，与计算机接口方便等特点在小型微机控制系统中得到极为广泛的应用。一个8段LED显示器的结构与工作原理如图16所示。它是由8个发光二管组成，各段依次记为a、b、c、d、e、f、g、dp，其中dp位表示小数点（不带小数点的称为7段LED）。8段LED显示器分为共阳极和共阴极两种结构，分别如下图18、19两图所示[12]：图18共阳极电路图图19共阴极电路图共阴极LED的所有发光管的阴极并接成公共端COM，而共阳极LED的所有发光管的阳极并接成公共端COM。当共阴极LED的COM端接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因而点亮发光；当共阳极LED的COM端接高电平，则某个发光管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。8段LED通过不同段点亮时的组合，可以显示0～9、A～F等十六进制数。显然，将单片机的数据输出口与LED各段引脚相连，控制输出的数据就可以使LED显示不同的字符。3.6.4LED数码管的显示方式及安全性问题数码管要正常显示，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。静态显示，就是显示电路具有输出锁存功能，只要将所要显示的数据送出后就不再管，直到下次显示数据需要更新时再传送一次新数据。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，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。动态显示，则要求对显示器件进行数据刷新，使显示数据有闪烁感。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。由于，本电路设计的是测试一分钟内脉搏跳动的测试，因此，此脉搏检测仪的显示电路采用的是动态显示。LED的安全性问题即它的寿命问题，保证其寿命既保证了整个电路的寿命，所以应着重考虑。由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，并且还与温度有关，为了保证数码管具有良好的亮度均匀度，就需要使其具有恒定的工作电流，且不能受温度及其它因素的影响。另外，当温度变化时驱动芯片还要能够自动调节输出电流的大小以实现色差平衡温度补偿。即使是短时间的电流过载也可能对发光管造成永久性的损坏，采用恒流驱动电路后可防止由于电流故障所引起的数码管的大面积损坏。另外，我们所采用的超大规模集成电路还具有级联延时