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数字电路课程设计红外线心率计.docx
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数字电子技术课程设计报告
指导老师:严国红、夏海霞
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1 产品简介
红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动,由计数器计算
出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的,因此需要一个高放大倍数且
低噪声的放大器,这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作,可以使学生掌握
常用模拟、数字集成电路(运算放大器、非门、555 定时器、计数器、译码器等)的应用。
2 红外线心率计工作原理
2.1 红外线心率计的原理框图
整机电路由-10V 电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3 位计数器电
路、门控电路、译码驱动显示电路组成,如图 1 所示。
血液波动
检测
放大、整形、
滤波
译码、驱动、
显示
计数器
-10V
门控电路
变换电路
图 1 红外线心率计的原理框图
2.2 单元电路的工作原理
⑴ 负电源变换电路
为简化实验的步骤,实验中直接用+12V、和-10V 的电源代替负电源变换电路。
⑵ 血液波动检测电路
实验中采用信号源发生器直接产生正弦波代替原来的血液波动检测电路。
⑶ 放大、整形、滤波电路
放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波,最后输
出反映心跳频率的方波,如图 5 所示。其中 LM741 为高精度单运放电路,它们的引脚功能如
图 3 (b)所示。IC 、IC 、IC 都为 LM741。
2
3
4
1
+12V
R
4
200k
R
10
10k
滤波
+12V
+12V
7
∞
IC
4
IC
2
R
12
30k
R
13
30k
3
2
3
2
-
6
6
6
A
1
A
3
R
3
3k
+
4
4
4
R
9
390
+
+
C
3
0.47μ
-10V
一级放大
C
2
0.47μ
R
5
2k
R
11
2
图 5 信号放大、整形电路
因为传感器送来的信号幅度只有 2~5 毫伏,要放大到 10V 左右才能作为计数器的输入脉
冲。因此放大倍数设计在 4000 倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路,经过两级
放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。
其中A 、A 的供电方式是正负电源供电,电源为+12V、-10V。
1
2
A、A 与周围元件组成二级放大电路,放大倍数 A 为:
uf
1
2
R
R
A
66 66 4000
4
R R
8
6
uf
3
由于放大后的波形是一个交流信号,而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经
过 V 检波后变成单方向的直流脉冲信号,并把检波后的信号送到 RC 两阶滤波电路,滤波电路
3
的作用是滤除放大后的干扰信号。R 、V 组成传感器工作指示电路,当传感器接收到心跳信号
9
4
时,V 就会按心跳的强度而改变亮度,因此 V 正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信
4
4
号滤波后送入 A 的同相输入端,反相输入端接一个固定的电平,A 是作为一个电压比较器来
3
3
工作的,是单电源供电。当 A 的 3 脚电压高于 2 脚电压的时候,6 脚输出高电平;当 A 的 3
3
3
脚电压低于 2 脚电压的时候,6 脚输出低电平,所以 A 输出一个反应心跳频率的方波信号。
3
⑷ 门控电路
555 定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件,用它可以构成单稳态
触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555 定时器在工业控制、定时、检测、报
警等方面有广泛应用。
555 定时器内部电路及其电路功能如图 6(a)、(b)所示。555 内部电路由基本 RS 触发器
FF、比较器 COMP 、COMP 和场效应管 V1 组成(参见图 6(a))。当 555 内部的 COMP 反相输入
1
2
1
Vco
2
V
端(-)的输入信号 V 小于其同相输入端(+)的比较电压 V (
CO
)时,COMP 输出
1
R
3
DD
高电位,置触发器 FF 为低电平,即 Q=0;当 COMP 同相输入端(+)的输入信号 大于其反
V
S
2
相输入端(-)的比较电压 V /2(1/3V )时,COMP 输出高电位,置触发器 FF 为高电平,即 Q=1。
2
CO
DD
R 是直接复位端,R 0 ,Q=0;MOS 管 V 是单稳态等定时电路时,供定时电容C 对地放电
D
D
1
2
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不吃鸳鸯锅
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