電類課程設(shè)計(jì)

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1、電類課程設(shè)計(jì)—心率測(cè)試儀目錄一、設(shè)計(jì)要求和基本思路1．1設(shè)計(jì)要求1．2設(shè)計(jì)基本思路二、單元電路的設(shè)計(jì)2．1放大電路部分2．2濾波電路2．3電壓整形2．4計(jì)數(shù)器電路2．5譯碼和顯示電路2．6比較報(bào)警電路2．7定時(shí)控制電路三、總體的電路四、心得體會(huì)五、參考文獻(xiàn)第20頁(yè)共20頁(yè)電類課程設(shè)計(jì)—心率測(cè)試儀一、設(shè)計(jì)要求和基本思路1.1設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：現(xiàn)有測(cè)心率跳動(dòng)次數(shù)的脈搏壓電傳感器輸出信號(hào)為0.2V，干擾信號(hào)幅值為0.01V。且干擾信號(hào)的頻率F>=1KHZ,設(shè)計(jì)傳感器輸出之后的部分，完成心率測(cè)試儀的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求：1、心率測(cè)試儀能夠顯示一分鐘跳動(dòng)的次數(shù)，并且每分鐘刷新一次。2、當(dāng)跳動(dòng)次數(shù)大于150

2、或者小于60時(shí)，心率測(cè)試儀能夠報(bào)警。1.2設(shè)計(jì)基本思路：心率測(cè)試儀的基本功能是：用傳感器將脈搏的跳動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，并加以放大、濾波和整形，在短時(shí)間內(nèi)測(cè)出每分鐘的脈搏數(shù)，從而反映出一個(gè)人的心跳數(shù)，并且顯示其數(shù)字。心率測(cè)試儀廣泛應(yīng)用于醫(yī)療檢測(cè)和生命特征的檢測(cè)中，它能夠準(zhǔn)確、快捷地進(jìn)行心率測(cè)量，具有很高的實(shí)用價(jià)值。本設(shè)計(jì)的心率測(cè)試儀用以測(cè)試人體一分鐘心跳次數(shù)，并且能在心率異常時(shí)提供報(bào)警信號(hào)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求得到：脈搏壓電傳感器輸出信號(hào)為0.2V，干擾信號(hào)幅值為0.01V，且干擾信號(hào)的頻率F>=1KHZ。設(shè)計(jì)思路如下：1、首先應(yīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，考慮信號(hào)幅值為0.2V,一般的芯片工作電壓為5伏，則我們的

3、放大電路的放大倍數(shù)可以設(shè)置為20—25倍，得到的輸出信號(hào)幅值就可以達(dá)到4—5伏。2、然后對(duì)放大后的信號(hào)去除干擾信號(hào)，干擾信號(hào)的頻率F>=1KHZ，心跳頻率約為1hz-3hz，則我們可采用低通濾波電路，濾去高頻干擾信號(hào)和信號(hào)毛刺，這樣就得到了無(wú)干擾有用信號(hào)。3、接著進(jìn)行波形的整形，將放大、濾波后的信號(hào)波形整形為矩形波，可以說是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便之后運(yùn)用數(shù)字電路進(jìn)行計(jì)數(shù)。4、完成模電部分的設(shè)計(jì)后，進(jìn)入數(shù)電部分的設(shè)計(jì)。用計(jì)數(shù)芯片對(duì)矩形波進(jìn)行計(jì)數(shù)，并將每一分鐘的計(jì)數(shù)結(jié)果保存在寄存器內(nèi)。5、用七段顯示譯碼器和數(shù)碼管組成的顯示電路，對(duì)每分鐘的技術(shù)結(jié)果進(jìn)行顯示，即顯示寄存器內(nèi)保存的結(jié)果。6、對(duì)

4、計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)行大于150和小于60的判斷，我采用門電路和D觸發(fā)器對(duì)計(jì)數(shù)器的輸出進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)滿足報(bào)警條件時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警器報(bào)警，直至心跳正常才停止報(bào)警。第20頁(yè)共20頁(yè)1、用555定時(shí)電路進(jìn)行一分鐘計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確定時(shí)，對(duì)計(jì)數(shù)電路、寄存器電路、顯示電路和報(bào)警電路進(jìn)行控制，使它們?cè)诿糠昼娨院竽苤匦掠?jì)數(shù)，顯示和進(jìn)行判斷報(bào)警。傳感器檢測(cè)心跳信號(hào)具體的流程圖如下：對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形一分鐘定時(shí)脈沖對(duì)心跳信號(hào)計(jì)數(shù)顯示計(jì)數(shù)結(jié)果判斷計(jì)數(shù)結(jié)果是否報(bào)警第20頁(yè)共20頁(yè)二、單元電路的設(shè)計(jì)2.1放大電路部分：由設(shè)計(jì)條件得到：傳感器輸出信號(hào)電壓幅值為0.2V。對(duì)于一般的電路，此電壓過低，所以必須對(duì)其進(jìn)

5、行放大，才能被后面的電路進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。將0.2V放大到4V，放大倍數(shù)為20倍，放大方式采用集成運(yùn)放電路的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路進(jìn)行放大，電路圖如下：電壓負(fù)反饋提高了電路放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，減小非線性失真，抑制干擾，輸入阻抗增大，輸出阻抗減小。我采用的集成運(yùn)放為L(zhǎng)M324，開環(huán)增益為60DB，其引腳圖如下：電路的放大倍數(shù)計(jì)算如下：F=R1／(R1+Rf)F為反饋系數(shù)A=Ak／（1+Ak*F）Ak為開環(huán)增益，A為閉環(huán)增益當(dāng)開環(huán)增益Ak足夠大時(shí)，A=1／F,則A=1+Rf／R1,令R1=R2=10K,我需要使A=20則Rf=190K。第20頁(yè)共20頁(yè)2.2濾波電路：無(wú)源RC低通濾波電路在設(shè)計(jì)與器件選材上

6、簡(jiǎn)單，但不適合于大功率輸出，僅可以作為弱信號(hào)處理與微小功率應(yīng)用。對(duì)于無(wú)源RC濾波器而言，其濾波效果受到前后級(jí)阻抗的影響很大，要求前級(jí)的輸出阻抗要足夠小，后級(jí)的輸入阻抗要足夠大才能滿足濾波要求。電路圖如下：還有一種有緣RC低通濾波，組成元件：電阻R,電容C與放大器。可構(gòu)成多階濾波，有源RC低通濾波因?yàn)椴捎梅糯笃鳎哂懈咻斎胱杩购偷洼敵鲎杩固匦?，濾波效果較好。電路圖如下：本次設(shè)計(jì)中，我采用的是采用無(wú)源RC低通濾波，信號(hào)經(jīng)過放大器后只需經(jīng)過一次低通濾波器處理。低頻率時(shí)通過、高頻率時(shí)截止。與有源濾波電路比較，無(wú)源RC低通濾波電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需器件較少，由于此次設(shè)計(jì)中也滿足設(shè)計(jì)要求。而且濾波之前經(jīng)過放

7、大電路放大，放大電路的輸出阻抗低，比較符合無(wú)源RC濾波電路的設(shè)計(jì)要求，簡(jiǎn)潔方便。第20頁(yè)共20頁(yè)無(wú)源RC低通濾波電路的特點(diǎn)是低頻通過，高頻阻止。其特征值有f，稱為截止頻率，當(dāng)信號(hào)頻率大于f時(shí)信號(hào)被阻止，當(dāng)信號(hào)頻率小于f時(shí)，信號(hào)完整通過。RC濾波電路的計(jì)算如下：截止頻率：f=1／(2π*R3*C),令C=1Uf,我要求的f=100Hz則，求的R3=1.59K。2.3電壓整形：將放大的濾波后的非矩形信號(hào)整形成矩形