数字脉搏测量仪.ppt

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1、数字脉搏测量仪 电子信息工程系 电本三班 郑孟琦 设计原则 光电人体脉搏测量仪是信息技术与医学领域相结合的产物，本系统应结合人体脉搏信号和光电技术的特点，在系统设计的原则上应注意以下几点：1、体积小型化、操作简单化、安全化。2、低成本、低功耗 3、稳定可靠性二 方案选择 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（一分钟或半分钟）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。(2)测量脉搏跳动固定次数（比如5次，10次）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，是我们利于观

2、察；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。三 方框图 脉搏测试仪使用传感器将拾取的脉搏跳动信号转换成电信号，信号经放大电路进行放大整形后，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。第一方案的方框图。传 感 器放 大 与 整 形计 数 器译 码 器显 示 器心 律 监 测 时基信号发生器 方框图中各部分的作用是：(1)传感器：将脉搏转换成相应的电脉冲信号；(2)放大电路：对微小电脉冲信号进行放大；(3)时基产生电路：产生固定时间（1分钟或半分

3、钟）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计数。(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，再由数码管显示计数值。(5)心律监测电路。如出现心律不齐时，应有所显示（告警）。放大与整形电路 这部分电路如图所示，其中非门 G1 和G2 构成两级放大器，G3 和 G4 构成施密特触发器，完成整形功能。为了使放大电路和非门处于传输特性的线性区，应适当选取反馈电阻的阻值，其阻值不能太小，否则非门的输出与输入之间的信号直接馈通。一般其比值应比非门的输出电阻大两个数量级（非门），但整形的阻值也不能太大，否则将使工作点稳定性变差，甚至有可能偏

4、离出线性区，为此，值应比非门的输入电阻的组织比小12个数量级（非门），所以放大电路与整形电路，可选为5.1 M、2.2 M等值。由非门构成的放大电路，其放大倍数约为20倍，一般是不可调的，如放大倍数不够，可采取多级放大器级联起来增大放大倍数。放大电路和整形电路与门通过正反馈构成施密特触发器,电阻比值影响其回差值，一般先确定电阻可根据 选,式中整形电路为门电路的输出高电平,非整形电路为门电路的阀值电压为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。通常把值取得较大 计数器电路 计数器是脉搏测试仪的重要组成部分，电路采用CD4553（MC14553）作为计数器。CD4553有两个特点：（1）有多种功能：锁

5、存控制、计数允许、计满溢出和清零等。（2）是三位10进制计数器，但只有一位输出端（输出BCD码），要完成三位输出，采用扫描方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制三位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。CD4553的组成方框图及管脚排列如图3-7所示，功能表见表3-1。现在简要说明这些管脚的功能。图3-7 CD4553组成方框图及管脚排列图（1）CL（引脚12）为计数脉冲输入端。（2）INH（引脚11）为计数允许控制端，当INH为“0”时，计数脉冲由CL端进入计数器，而当INH为“1”时，禁止计数脉冲输入计数器，计数器保持禁止前的最后计数状态。（3）LE（引脚10）为锁存允许端，当LE为“1”时，

6、锁存器呈锁存状态而保持原有锁存器内信息。（4）R（引脚13）为复零端，当R=1时，计数器输出皆为0。图3-7 CD4553组成方框图及管脚排列图译码和显示电路 译码器的功能是把计数器CD4533（MC14553）输出的计数结果（BCD码）转换成七段字形码，以驱动数码管，实现数字或符号的显示。CD4511是常用的BCD码七段显示译码器，它本身由译码器和输出缓冲器组成，具有锁存、译码和驱动等功能，其输出最大电流可达25mA，可直接驱动共阴极LED数码管。译码显示采用扫描方式，使三位数字显示只需一片CD4511译码器，这种显示方式可简化电路，节省元件和降低功耗。扫描显示方式的原理图如图3-3所示。该

7、图为三位LED显示，所有位的七段码线都并联在一起，而各位数码管的共阴极（对共阴LED数码管）分别被计数器CD4553输出的扫描时序脉冲控制（本设计电路中经三极管控制），从而实现各位的分时选通显示。但要注意为了显示稳定，应使扫描时序脉冲的频率合适，频率过低将会使显示产生闪烁，而频率过高将会使显示产生余辉。扫描频率与显示数码管的位数有关，位数越多扫描频率应越高，通常可取扫描频率为几百赫兹，可由CD4553接入的电容值调整来决定。数码管限流电阻值需要根据数码管电流的允许值进行计算。若把电路中的某位显示电路单独画出来，如图3-8所示。图3-8 4511显示电路时基信号产生电路 前已述及，时基电路应产生

8、一个方波定时脉冲，用来控制计数器CD4553的计数允许INH端，以便使计数器在定时脉冲宽度所固定的时间内进行对脉搏电脉冲计数，固定时间为一分钟（或30秒）。为了得到精确的定时信号（计数器的门控信号），采用振荡、分频的方法，在参考电路中选用了CD4060组件来完成这种功能。CD4060是一个14位二进制串行计数器（分频器），但是它内部出了有14个T型触发器（组成14位计数器）外，还包含一个振荡器，只要在端外接电阻和电容，就可以构成RC振荡器。为了得到60秒脉宽的定时信号，RC振荡器的输出脉冲需经 次分频得到，该单元电路如图3-9所示，则RC振荡脉冲的频率应为 当CD4060接成RC振荡器时，其振荡频率与RC之间有以下近似关系：电阻 的值应大于1k，电容应大于或等于100PF，一般可先选定电容 容量，再根据上式可估算出电阻之值。电阻是为了改善振荡器的稳定性，减少由于器件参数的差异而引起振荡周期的变化而接入的,的阻值应尽量大于一般可取，此时振荡周期的变化可大为减小。为了得到准确的振荡频率值，实际上均应采用电位器，以便调整 图3-9 60秒定时电路整机电路图 结 束 谢谢各位老师