数字电路课程设计红外线心率计

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1、可编辑版数字电子技术课程设计报告指导老师：严国红、夏海霞姓名：学号：班级：Word完美格式可编辑版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

2、控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。译码、驱动、显示3位计数器放大、整形、滤波血液波动检测门控电路-10V+12V电源变换电路图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。IC2、

3、IC3、IC4都为LM741。Word完美格式可编辑版图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A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：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V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把

4、检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。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

5、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COMP1、COMP2和场效应管V1组成（参见图6(a）)。当555内部的COMP1反相输入端（-）的输入信号VR小于其同相输入端（+）的比较电压VCO（）时，COMP1输出高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当COMP2同相输入端（+）的输入信号大于其反相输入端（-）的比较电压VCO/2(1/3VDD)时，COMP2Word完美格式可编辑版输出高电位，置触发器FF

6、为高电平，即Q=1。是直接复位端，，Q=0；MOS管V1是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电作用。注意：电压VCO可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP2的比较电压为VDD/3，不用时常接0.01μF电容到地以防干扰。(a)555定时器内部电路(b)555简化符号图6555定时器内部电路及其功能符号由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。(a)电路(b)工作波形图7由555组成的门控电路①当接通电源的时候，+12V电源电压通过R15对电容C4进行

7、充电，2脚的电压马上变成12V（“1”电平），触发器FF被置“0”，即555的3脚输出“0”电平（参见图7(a)）。V6截止，V6的C极为高电位，所以计数器MC14553不计数，此时V5不亮。②当按下S1按钮时，2脚电压为0V，低于1/3电源电压。555内部CMP2Word完美格式可编辑版输出高电平（参见图6(a)）,触发器FF被置“1”，即3脚输出“1”电平，V6饱和导通，V5发光，V6集电极输出低电平，使计数器MC14553清零，开始计数。同时555内场效应管截止，12V电压通过R17给C6充电，C6的电压逐渐增高，如图7(b)uC6波形。③当C6的电

8、压充到2/3电源电压的时候，555内CMP1输出高电平，触发器置“