電子脈搏計(jì)數(shù)器的制作

李雙勝

【摘要】在生活中，我們常常遇到測(cè)量速度或與時(shí)間有關(guān)的物理量的問題，如汽車的里程和計(jì)費(fèi)、心率等。在用電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非電量的測(cè)量時(shí)，要先用傳感器把它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖，或由脈搏模擬電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖振蕩，模擬人體脈搏跳動(dòng)，然后在單位時(shí)間內(nèi)，對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。電子脈搏計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)上述方法的一個(gè)典型案例。

【關(guān)鍵詞】脈搏 計(jì)數(shù)器 電子制作

一、工作原理

圖1所示的電子脈搏計(jì)數(shù)器電路，由脈搏模擬電路，555計(jì)數(shù)時(shí)間控制器，計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)和顯示四部分電路組成，其工作原理如下。由六非門CD4069的U1A、U1B和R1、R2、C1組成的脈搏模擬電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖振蕩信號(hào)，模擬人體脈搏跳動(dòng)，再經(jīng)反相器U1C第6腳輸出給十進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3的時(shí)鐘輸入端進(jìn)行個(gè)位計(jì)數(shù)，每當(dāng)計(jì)滿10個(gè)脈沖，U3的進(jìn)位輸出CO端就產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖，作為U5（十位）的計(jì)數(shù)輸入。

555定時(shí)器接成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式，每按動(dòng)按鈕開關(guān)S1一次，產(chǎn)生一個(gè)寬度為60s的單脈沖，此時(shí)，555定時(shí)器第3腳輸出高電平，經(jīng)U1D反相輸出低電平并送到U3和U5的鎖存控制端LE，使U3和U5計(jì)數(shù)工作。在單脈沖上升沿到來時(shí)，由R5、C2組成的微分電路使計(jì)數(shù)器清零。在S1接通的瞬間，555定時(shí)器第3腳輸出高電平，經(jīng)C2輸入至U3和U5的清零端，使U3和U5清數(shù)回零。隨后，C2的充電使U3和U5第5腳的電壓下降，退出清零，作好計(jì)數(shù)準(zhǔn)備。R3對(duì)C3的充電時(shí)間為1分鐘，即讓兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)（U1C第6腳輸出脈搏數(shù)字）。1分鐘后，C3被充到2/3的UCC后，555定時(shí)器第3腳輸出低電平，經(jīng)U1D反相輸出高電平，送到U3和U5的第6腳，使U3和U5停止計(jì)數(shù)工作，等待S1的下一次觸動(dòng)。在單脈沖持續(xù)時(shí)間，LE=0，允許計(jì)數(shù)脈沖輸入，計(jì)數(shù)器對(duì)1分鐘內(nèi)的脈搏進(jìn)行計(jì)數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)過程；當(dāng)單脈沖結(jié)束后，LE=1，鎖存計(jì)數(shù)結(jié)果，數(shù)碼管則顯示這個(gè)結(jié)果。

二、制作步驟與工藝要求

（一）制作步驟

（1）整體布局：焊接前，要根據(jù)電路原理圖的結(jié)構(gòu)在萬能板上繪制電路元器件的布局圖，以確定各元件位置。一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布局。此外，元器件的排列，應(yīng)做到橫平豎直、整齊美觀。

（2）元件檢測(cè)：檢測(cè)電子元件的好壞，所有元器件需經(jīng)萬用表檢測(cè)無誤、無損壞后，再焊入電路。

（3）加工成形：按工藝要求對(duì)元器件的引腳進(jìn)行成形加工。

（4）元件插裝：按布局圖在萬能板上依次進(jìn)行元器件的排列、插裝。

（5）焊接元件：按焊接工藝要求對(duì)元器件進(jìn)行焊接，注意應(yīng)分級(jí)焊接、分級(jí)檢測(cè)，且應(yīng)各級(jí)檢測(cè)調(diào)試正常后，才可焊接下一級(jí)電路。

（6）焊后檢查：檢查有否虛焊、漏焊和短路等。

（7）整機(jī)聯(lián)調(diào)：將各級(jí)電路互相級(jí)聯(lián)，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。

（二）工藝要求

（1）焊接時(shí)一般按“先小件后大件、先里后外、先低后高、從左到右、從上到下”的基本焊接原則進(jìn)行操作。

（2）接線要短，全電路的接地點(diǎn)要保證共地。

（3）焊接時(shí)電阻采用臥裝，電容采用直立裝，且其底部盡量貼緊電路板。

（4）為整齊美觀，同種元件的安裝高度應(yīng)一致。

（5）焊接有極性的元器件，如電解電容時(shí)，其極性不要裝反，注意極性的正確，否則電路不能正常工作甚至燒毀元器件。

（6）元器件的引線彎曲成型時(shí)不要彎曲成死角，一般應(yīng)留有1.5mm以上的余量，以免損壞元器件。

（7）元器件安裝時(shí)，有標(biāo)志的一面應(yīng)置于容易觀察的位置，以便檢查和維修。

（8）雙列直插式集成電路的引腳間的距離須利用平整桌面，通過手工操作調(diào)窄間距后再插入電路，否則會(huì)損壞集成電路的引腳。

（9）焊接集成電路時(shí)，先焊接好專用IC插座后，再將集成電路插入IC插座，以防止直接焊接而過熱損壞之，同時(shí)也便于日后更換。

（10）對(duì)同一個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)斷續(xù)焊接，不能連續(xù)焊接。

（11）導(dǎo)線的顏色要符合習(xí)慣用法：一般正電源用紅線，負(fù)電源用藍(lán)線，地線用黑線，信號(hào)線用其他顏色的線。

（12）在檢查整個(gè)電路安裝正確，且沒有虛焊、漏焊和短路后，再通電測(cè)試。

三、電路調(diào)試

確認(rèn)安裝無誤后，給電路接上6V電源，七段數(shù)碼管應(yīng)亮起來，按下按鈕開關(guān)S1后，555集成定時(shí)器開始60S定時(shí)，數(shù)碼管自動(dòng)開始計(jì)數(shù)，直到60S停止計(jì)數(shù)，此時(shí)，數(shù)碼管顯示的計(jì)數(shù)結(jié)果即為一分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。制作好的電子脈搏計(jì)數(shù)器實(shí)物如圖2所示。

四、故障分析與處理

常見的故障現(xiàn)象為：電子脈搏計(jì)數(shù)器不工作。該故障與脈搏模擬電路、555計(jì)數(shù)時(shí)間控制器和計(jì)數(shù)器三部分電路有關(guān)。處理時(shí)可將U1C第6腳同時(shí)接入數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的電平顯示器，此時(shí)，對(duì)應(yīng)的電平指示燈應(yīng)顯示脈搏的頻率閃爍，即為脈搏模擬電路正常，否則為故障。（注意：用數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的電平顯示器測(cè)試時(shí)，應(yīng)先將數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的公共端與脈搏器的公共端連接在一起，即零電位連在一起。）若脈搏模擬電路正常，則按一下S1，U3和U5的第6腳（CD40110的鎖存控制端）應(yīng)為低電平，則555計(jì)數(shù)控制正常，否則為555計(jì)數(shù)控制不正常。但U3和U5的第6腳為低電平的同時(shí)，U3和U5的第5腳不能為高電平，若U3和U5的第5腳總在高電平，則U3和U5總在清零，致使計(jì)數(shù)器不工作。計(jì)數(shù)器故障的分析牽涉到555電路對(duì)其的計(jì)數(shù)和清零控制。可將計(jì)數(shù)器與555電路以及脈搏模擬電路的連接斷開，將U3和U5的第6腳和第5腳都接入低電平，即0V電壓，然后再用數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的單次脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的單次脈沖，替代脈搏模擬電路，以檢查計(jì)數(shù)器工作正常與否。