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课程设计报告
课题名称： 数字脉搏计 学 院： 电气与自动化工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 07级电气1班 作者姓名： 李振生 学 号： 3007203186 完成时间： 2010年1月5日
一、设计任务及要求
（1）设计一个数字脉搏计，要求用十进制数字显示被测人体脉搏每分钟跳动次数，测量范围30~160次/min。
（2）短时间内（5~15s）测出每分钟的脉搏跳动次数，误差为±4次/min。
（3）锁定每分钟的脉搏数，可以有两种方式，一种为显示计数过程，最后锁定；还有一种是不显示计数过程，直接显示结果。
（4）能够清零，两种方法，一种是手动清零，还有一种是自动清零。
（5）所有部分电路均要有仿真结果，仿真中用5p-p的正弦波来模拟人的脉搏信号，实际接线时直接用信号发生器发出的5V的方波脉冲作为测试信号，故放大整形滤波电路部分只作仿真即可。
（6）对于放大部分电路，要求差模放大倍数至少1000倍，输入电阻要求大于107欧，通频带为0.05Hz~200Hz，测试时还要测出输入输出电压的波形（即整形前后的电压波形）。
二、各单元电路设计方案比较及参数确定
（1）总方案原理框图
信号放大电 路 信号整形电 路 倍频电路 控制时间信 号 计数译码显 示
（2）信号放大电路
这部分电路主要完成将5mV的正弦波输入信号放大1000倍（5V），使其可以驱动后续的CMOS数字电路。
方案一：采用运算放大器lm324构成的反相放大电路
电路图如图2-2-1所示，在理想条件下有Vo=－R2/R1*Vi 。运放的闭环电压增益为Avf=－R2/R1，输入电阻为Rif=R1。
如果对输入电阻有要求可以先确定R1，再根据放大倍数确定R2。
为了减小输入偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接平衡电阻R3，且R3=R1∥R2。
图2-2-1
电路如图2-1所示，输入信号由反相端输入，
实际电路中拟采用三级放大，总电路图如下图所示：
图2-2-2
参数选定如下：输入电阻要求不小于107欧，因而选定R1=10M欧，第一级电路放大10倍，因而R2=100M欧，R3=R1∥R2=9.1M欧，第二级及第三级放大电路放大倍数仍为10倍，R5=R8=10k欧，R7=R9=100k欧，R4=R6=9.1k欧。
这种电路接线简洁明了，成本较低，可靠性好。
此外，还可以采用同相放大电路，原理与反相放大电路类似，不再叙述。 方案二：可以先用一级共射级单管放大器将输入信号先放大100倍，之后再用lm324做第二级放大电路，放大10倍左右，电路原理如下图所示：
图2-2-3
这个方案接线简单，成本低，但是对于共射级单管放大器，其输入电阻为Ri=（Rb+Rp）∥rbe，其中输出端交流短路的输入电阻rbe=200+（1+β）VT/IE，其中β为三极管的放大倍数，一般为几十到几百，这里取β=100，常温T=300K时，VT=26mV，且上式的适用范围为0.1mA< IE <5mA，从这些数据不难算出rbe的数量级不会超过104，故输入电阻Ri也不会大于10k，这显然不能满足输入电阻不小于107欧姆的要求，故这个方案不可采用，最终确定使用第一种方案。 （3）滤波电路
首先先简单的介绍一下通频带的概念，在模拟电路中，把增益随频率升高或降低下降到中频区增益的0.707倍时所对应的频率定义为下限频率f（在低频区）L和上限频率fH（在高频区），fH与fL之间的频率范围称之为通频带，用BW表示，即：
BW=fH－fL
在本题目要求本电路的通频带是0.05Hz~200Hz，因此需设计一个滤波电路将频率高于200Hz的高频信号和频率低于0.05Hz的低频信号滤掉，这部分电路即实现了这个功能，本部分电路用的是带通滤波器，是由一个高通滤波器及一个低通滤波器串联组合而成，其原理图如下图所示：
图2-3-1