电类课程设计

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1、电类课程设计—心率测试仪目录一、设计要求和基本思路1．1设计要求1．2设计基本思路二、单元电路的设计2．1放大电路部分2．2滤波电路2．3电压整形2．4计数器电路2．5译码和显示电路2．6比较报警电路2．7定时控制电路三、总体的电路四、心得体会五、参考文献第20页共20页电类课程设计—心率测试仪一、设计要求和基本思路1.1设计要求：设计任务：现有测心率跳动次数的脉搏压电传感器输出信号为0.2V，干扰信号幅值为0.01V。且干扰信号的频率F>=1KHZ,设计传感器输出之后的部分，完成心率测试仪的设计。设计要求：1、心率测试仪能够显示一分钟跳动的次数，并且每分钟刷新一次。2、当跳动次数大于150

2、或者小于60时，心率测试仪能够报警。1.2设计基本思路：心率测试仪的基本功能是：用传感器将脉搏的跳动转换为电压信号，并加以放大、滤波和整形，在短时间内测出每分钟的脉搏数，从而反映出一个人的心跳数，并且显示其数字。心率测试仪广泛应用于医疗检测和生命特征的检测中，它能够准确、快捷地进行心率测量，具有很高的实用价值。本设计的心率测试仪用以测试人体一分钟心跳次数，并且能在心率异常时提供报警信号。根据设计要求得到：脉搏压电传感器输出信号为0.2V，干扰信号幅值为0.01V，且干扰信号的频率F>=1KHZ。设计思路如下：1、首先应对信号进行放大，考虑信号幅值为0.2V,一般的芯片工作电压为5伏，则我们的

3、放大电路的放大倍数可以设置为20—25倍，得到的输出信号幅值就可以达到4—5伏。2、然后对放大后的信号去除干扰信号，干扰信号的频率F>=1KHZ，心跳频率约为1hz-3hz，则我们可采用低通滤波电路，滤去高频干扰信号和信号毛刺，这样就得到了无干扰有用信号。3、接着进行波形的整形，将放大、滤波后的信号波形整形为矩形波，可以说是将模拟信号转换为数字信号，以便之后运用数字电路进行计数。4、完成模电部分的设计后，进入数电部分的设计。用计数芯片对矩形波进行计数，并将每一分钟的计数结果保存在寄存器内。5、用七段显示译码器和数码管组成的显示电路，对每分钟的技术结果进行显示，即显示寄存器内保存的结果。6、对

4、计数结果进行进行大于150和小于60的判断，我采用门电路和D触发器对计数器的输出进行实时监控，当满足报警条件时驱动报警器报警，直至心跳正常才停止报警。第20页共20页1、用555定时电路进行一分钟计数的准确定时，对计数电路、寄存器电路、显示电路和报警电路进行控制，使它们在每分钟以后能重新计数，显示和进行判断报警。传感器检测心跳信号具体的流程图如下：对信号进行放大对信号进行滤波对信号进行整形一分钟定时脉冲对心跳信号计数显示计数结果判断计数结果是否报警第20页共20页二、单元电路的设计2.1放大电路部分：由设计条件得到：传感器输出信号电压幅值为0.2V。对于一般的电路，此电压过低，所以必须对其进

5、行放大，才能被后面的电路进行数据处理。将0.2V放大到4V，放大倍数为20倍，放大方式采用集成运放电路的电压串联负反馈电路进行放大，电路图如下：电压负反馈提高了电路放大倍数的稳定性，减小非线性失真，抑制干扰，输入阻抗增大，输出阻抗减小。我采用的集成运放为LM324，开环增益为60DB，其引脚图如下：电路的放大倍数计算如下：F=R1／(R1+Rf)F为反馈系数A=Ak／（1+Ak*F）Ak为开环增益，A为闭环增益当开环增益Ak足够大时，A=1／F,则A=1+Rf／R1,令R1=R2=10K,我需要使A=20则Rf=190K。第20页共20页2.2滤波电路：无源RC低通滤波电路在设计与器件选材上

6、简单，但不适合于大功率输出，仅可以作为弱信号处理与微小功率应用。对于无源RC滤波器而言，其滤波效果受到前后级阻抗的影响很大，要求前级的输出阻抗要足够小，后级的输入阻抗要足够大才能满足滤波要求。电路图如下：还有一种有缘RC低通滤波，组成元件：电阻R,电容C与放大器。可构成多阶滤波，有源RC低通滤波因为采用放大器，具有高输入阻抗和低输出阻抗特性，滤波效果较好。电路图如下：本次设计中，我采用的是采用无源RC低通滤波，信号经过放大器后只需经过一次低通滤波器处理。低频率时通过、高频率时截止。与有源滤波电路比较，无源RC低通滤波电路结构简单，所需器件较少，由于此次设计中也满足设计要求。而且滤波之前经过放

7、大电路放大，放大电路的输出阻抗低，比较符合无源RC滤波电路的设计要求，简洁方便。第20页共20页无源RC低通滤波电路的特点是低频通过，高频阻止。其特征值有f，称为截止频率，当信号频率大于f时信号被阻止，当信号频率小于f时，信号完整通过。RC滤波电路的计算如下：截止频率：f=1／(2π*R3*C),令C=1Uf,我要求的f=100Hz则，求的R3=1.59K。2.3电压整形：将放大的滤波后的非矩形信号整形成矩形