文档介绍：电子系统设计举例
设计题目设计一个脉搏计,要求实现在15s内测量1min的脉搏数,并且显示其数字。正常人脉搏数为60~80次/min,婴儿为90~100次/min,老人为100~150次/min。
一总体方案
,也是心电图的主要组成部分。由给出的设计技术指标可知,脉搏计是用来测量频率较低的小信号(传感器输出电压一般为几个毫伏),它的基本功能是:
①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。
②在短时间内(15s内)测出每分钟的脉搏数。
(1)提出方案满足上述设计功能可以实施的方案很多,现提出下面两种方案。
方案Ⅰ如图7-1所示,图中各部分的作用如下:
图7-1 脉搏计方案Ⅰ
1)传感器将脉搏跳动信号转换为与此相对应的电脉冲信号。
2)放大与整形电路将传感器的微弱信号放大,整形除去杂散信号。
3)倍频器将整形后所得到的脉冲信号的频率提高。如将15s内传感器所获得的信号频率4倍频,即可得到对应一分钟的脉冲数,从而缩短测量时间。
4)基准时间产生电路产生短时间的控制信号,以控制测量时间。
5)控制电路用以保证在基准时间控制下,使4倍频后的脉冲信号送到计数、显示电路中。
6)计数、译码、显示电路用来读出脉搏数,并以十进制数的形式由数码管显示出来。
7)电源电路按照电路要求提供符合要求的直流电源。
上述测量过程中,由于对脉冲进行了4倍频,计数时间也相应地缩短了4倍(15s),而数码管显示的数字却是lmin的脉搏跳动次数。用这种方案测量的误差为4次/min,测量时间越短,误差也越大。
方案Ⅱ如图7-2所示。该方案是首先测出脉搏跳动5次所需的时间,然后再换算为每分钟脉搏跳动的次数,这种测量方法的误差小,可达1次/min,此方案的传感器、放大与整形、计数、译码、显示电路等部分与方案I完全相同,现将其余部分的功能叙述如下:
1)六进制计数器用来检测六个脉搏信号,产生五个脉冲周期的门控信号。
2)基准脉冲(时间)。
3)门控电路控制基准脉冲信号进入8位二进制计数器。
4)8位二进制计数器对通过门控电路的基准脉冲进行计数,例如5个脉搏周期为5s,即门打开5s的时间,,显然计数值为50,反之,由它可相应求出5个脉冲周期的时间。
5)定脉冲数产生电路产生定脉冲数信号,如 3000个脉冲送入可预置8位计数器输入端。
6)可预置8位计数器以 8位二进制计数器输出值(如 50)作为预置数,对3000个脉冲进行分频,所得的脉冲数(如得到60个脉冲信号)即心率,从而完成计数值换成每分钟的脉搏次数。现在所得的结果即为每分钟60次的脉搏数。
图7-2 脉搏计方案Ⅱ
(2)方案比较方案Ⅰ结构简单,易于实现,但测量精度偏低;方案Ⅱ电路结构复杂,成本高,测量精度较高。根据设计要求,精度为±4次/min,在满足设计要求的前提下,应尽量简化电路,降低成本,故选择方案Ⅰ。
二单元电路设计
,此部分电路的功能是由传感器将脉搏信号转换为电信号,一般为几十毫伏,必须加以放大,以达到整形电路所需的电压,一般为几