电子脉搏计数器的制作

李双胜

【摘要】在生活中，我们常常遇到测量速度或与时间有关的物理量的问题，如汽车的里程和计费、心率等。在用电子电路实现对这些非电量的测量时，要先用传感器把它们转换为数字脉冲，或由脉搏模拟电路产生一个脉冲振荡，模拟人体脉搏跳动，然后在单位时间内，对脉冲进行计数。电子脉搏计数器就是实现上述方法的一个典型案例。

【关键词】脉搏 计数器 电子制作

一、工作原理

图1所示的电子脉搏计数器电路，由脉搏模拟电路，555计数时间控制器，计数、译码、驱动和显示四部分电路组成，其工作原理如下。由六非门CD4069的U1A、U1B和R1、R2、C1组成的脉搏模拟电路产生一个脉冲振荡信号，模拟人体脉搏跳动，再经反相器U1C第6脚输出给十进制计数器U3的时钟输入端进行个位计数，每当计满10个脉冲，U3的进位输出CO端就产生一个进位脉冲，作为U5（十位）的计数输入。

555定时器接成了单稳态触发器形式，每按动按钮开关S1一次，产生一个宽度为60s的单脉冲，此时，555定时器第3脚输出高电平，经U1D反相输出低电平并送到U3和U5的锁存控制端LE，使U3和U5计数工作。在单脉冲上升沿到来时，由R5、C2组成的微分电路使计数器清零。在S1接通的瞬间，555定时器第3脚输出高电平，经C2输入至U3和U5的清零端，使U3和U5清数回零。随后，C2的充电使U3和U5第5脚的电压下降，退出清零，作好计数准备。R3对C3的充电时间为1分钟，即让两个计数器计数（U1C第6脚输出脉搏数字）。1分钟后，C3被充到2/3的UCC后，555定时器第3脚输出低电平，经U1D反相输出高电平，送到U3和U5的第6脚，使U3和U5停止计数工作，等待S1的下一次触动。在单脉冲持续时间，LE=0，允许计数脉冲输入，计数器对1分钟内的脉搏进行计数，并通过数码管显示计数过程；当单脉冲结束后，LE=1，锁存计数结果，数码管则显示这个结果。

二、制作步骤与工艺要求

（一）制作步骤

（1）整体布局：焊接前，要根据电路原理图的结构在万能板上绘制电路元器件的布局图，以确定各元件位置。一般按照电路的顺序一级一级地布局。此外，元器件的排列，应做到横平竖直、整齐美观。

（2）元件检测：检测电子元件的好坏，所有元器件需经万用表检测无误、无损坏后，再焊入电路。

（3）加工成形：按工艺要求对元器件的引脚进行成形加工。

（4）元件插装：按布局图在万能板上依次进行元器件的排列、插装。

（5）焊接元件：按焊接工艺要求对元器件进行焊接，注意应分级焊接、分级检测，且应各级检测调试正常后，才可焊接下一级电路。

（6）焊后检查：检查有否虚焊、漏焊和短路等。

（7）整机联调：将各级电路互相级联，进行系统调试。

（二）工艺要求

（1）焊接时一般按“先小件后大件、先里后外、先低后高、从左到右、从上到下”的基本焊接原则进行操作。

（2）接线要短，全电路的接地点要保证共地。

（3）焊接时电阻采用卧装，电容采用直立装，且其底部尽量贴紧电路板。

（4）为整齐美观，同种元件的安装高度应一致。

（5）焊接有极性的元器件，如电解电容时，其极性不要装反，注意极性的正确，否则电路不能正常工作甚至烧毁元器件。

（6）元器件的引线弯曲成型时不要弯曲成死角，一般应留有1.5mm以上的余量，以免损坏元器件。

（7）元器件安装时，有标志的一面应置于容易观察的位置，以便检查和维修。

（8）双列直插式集成电路的引脚间的距离须利用平整桌面，通过手工操作调窄间距后再插入电路，否则会损坏集成电路的引脚。

（9）焊接集成电路时，先焊接好专用IC插座后，再将集成电路插入IC插座，以防止直接焊接而过热损坏之，同时也便于日后更换。

（10）对同一个焊点应断续焊接，不能连续焊接。

（11）导线的颜色要符合习惯用法：一般正电源用红线，负电源用蓝线，地线用黑线，信号线用其他颜色的线。

（12）在检查整个电路安装正确，且没有虚焊、漏焊和短路后，再通电测试。

三、电路调试

确认安装无误后，给电路接上6V电源，七段数码管应亮起来，按下按钮开关S1后，555集成定时器开始60S定时，数码管自动开始计数，直到60S停止计数，此时，数码管显示的计数结果即为一分钟内脉搏跳动的次数。制作好的电子脉搏计数器实物如图2所示。

四、故障分析与处理

常见的故障现象为：电子脉搏计数器不工作。该故障与脉搏模拟电路、555计数时间控制器和计数器三部分电路有关。处理时可将U1C第6脚同时接入数字逻辑实验箱的电平显示器，此时，对应的电平指示灯应显示脉搏的频率闪烁，即为脉搏模拟电路正常，否则为故障。（注意：用数字逻辑实验箱的电平显示器测试时，应先将数字逻辑实验箱的公共端与脉搏器的公共端连接在一起，即零电位连在一起。）若脉搏模拟电路正常，则按一下S1，U3和U5的第6脚（CD40110的锁存控制端）应为低电平，则555计数控制正常，否则为555计数控制不正常。但U3和U5的第6脚为低电平的同时，U3和U5的第5脚不能为高电平，若U3和U5的第5脚总在高电平，则U3和U5总在清零，致使计数器不工作。计数器故障的分析牵涉到555电路对其的计数和清零控制。可将计数器与555电路以及脉搏模拟电路的连接断开，将U3和U5的第6脚和第5脚都接入低电平，即0V电压，然后再用数字逻辑实验箱的单次脉冲发生器所产生的单次脈冲，替代脉搏模拟电路，以检查计数器工作正常与否。