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2-1。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成,分别给A和A的输出端控制RS触发器状态和放电管和A提供参考电平2/3V和1/3V。12开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3V时,触发器复位,3脚输出为低电平,放电管CCT导通;当输入信号自2脚输入并低于1/3V时,触发器置位,3脚输出高电平,放电管截CC止。4脚是复位端,当4脚接入低电平时,则V0;正常工作时4接为高电平。05脚为控制端,平时输入2/3V作为比较器的参考电平,当5脚外接一个输入电压,即CC改变了比较器的参考电平,从而实现对输出的另一种控制。,起滤波作用,以消除外来的干扰,确保参考电平的稳定。图2-5定时器内部框图图2-6555定时器引脚:..表2--7所示,接通电源→电容C充电(至2/)→RS触发器置0→,T0导通,C放电,此时电路处于稳定状态。当2加入V<1/3时,RS触发器置1,输出V=1,VccI0使T截止。电容C开始充电,按指数规律上升,当电容C充电到2/时,A翻转,使输1出V?0。此时T又重新导通,C很快放电,暂稳态结束,恢复稳态,为下一个触发脉冲的0到来作好准备。其中输出V脉冲的持续时间t=,一般取R=1kΩ~10MΩ,C>1000PF,0w只要满足V的重复周期大于t,电路即可工作,实现较精确的定时。Ip0图2--8所示,电路无稳态,仅存在两个暂稳态,亦不需外加触发信号,即可产生振荡(振荡过程自行分析)。电容C在1/--2/之间充电和放电。555电路要求R1与R2均应大于或等于1kΩ,使R1+。:..图2-8多谐振荡器十进制加法计数器74290图2-974290的逻辑功能示意图和引脚图74290采用异步级联方式可组成几位BCD码十进制计数器,清零端RR,置数端0(1)、0(2)RR计数脉冲输入端CP,输出QQQQ9(1)、9(2):..图2-1074LS373的引脚图表2-274LS373的功能表EG功能00直通Qi=Di01保持(Qi保持不变)1X输出高阻Q0——建立稳态前Q的电平;G——输入端,与8031ALE连高电平:畅通无阻低电平:关门锁存。图中OE——使能端,接地。当G=“1”时,74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同;当G为下降沿时,将输入数据锁存。锁存端LE由高变低时,输出端8位信息被锁存,直到LE端再次有效。当三态门使能信号OE为低电平时,三态门导通,允许Q0~Q7输出,OE为高电平时,输出悬空。当74LS373用作地址锁存器时,应使OE为低电平,此时锁存使能端C为高电平时,输出Q0~Q7状态与输入端D1~D7状态相同;当C发生负的跳变时,输入端D0~D7数据锁入Q0~Q7。51单片机的ALE信号可以直接与74LS373的C连接。:..-1174LS48的引脚功能图74LS48为BCD-7段译码器,74LS48用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS48的内部有升压电阻,因此无需外接电阻(可以直接与显示器相连接)。74LS48的功能表如表2-3所示,其中AAA为8421BCD码输入端,a~g7段译码输出端。321表2-374LS48功能表功能或输入输出显示数字LTRBIAAAA字形3021BIabcdefRBOg灭灯试xxxxxx0(输入)0000000灭灯灯动态0xxxxx111111118灭零10000000000000灭灯:..110000**********x0001**********x0010**********x0011**********x0100**********x0101**********x0110**********x0111**********x1000**********x10011**********x101010001101??111x101110011001?121x1**********-?131x1101**********x1110**********x1**********注:BI是一个特殊端,有时用作输入,有时用作输出。各使能端功能简介如下:LT:灯测试输入使能端。当LT=0时,译码器各段输出均为高电平,显示器各段全亮,因此,LT=0可用来检查74LS48和显示器的好坏。RBI:动态灭零输入使能端。在LT=1的前提下,当RBI=0且输入AAAA=0000时,3210译码器各段输出全为低电平,显示器各段全灭,而当输入数据为非零数码时,译码器和显示器正常译码和显示。利用此功能可以实现对无意义位的零进行消隐。BI:静态灭灯输入使能端,只要BI=0,不论输入AAAA为何种电平,译码器各段输3210出全为低电平,显示器灭灯(此时BI/RBO为输入使能)。RBO:动态灭零输出端。在不使用BI功能时,BI/RBO为输出使能(其功能是只有在译码器实现动态灭零时RBO=0,其它时候RBO=1)。该端主要用于多个译码器级联时,实现对无:..实现整数位的零消隐是将高位的RBO接到相邻低位的,实现小数位的零消隐是将低位的RBO接到相邻高位的RBI。--1374LS85的逻辑功能图:..图2-1474LS85的引脚图74LS85实现的逻辑功能图2-1574LS85的功能表如图2-15所示,是74LS85的逻辑功能表,在比较两个多位数的大小时,必须自高而低:..例如,A,B是两个4位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0,进行比较时应首先比较A3和B3。如果A3>B3,那么不管其他几位数码各为何值,肯定是A>B,如果A3=B3,这就需要判断比较下一位A2和B2来判断A和B的大小了,依此类推,就能比较出结果。:..,这里选择PVDF(聚偏二***乙烯)压电脉搏传感器。它是一种高性能、低成本的震动传感器,具有抗过载及冲击能力强、抗干扰性好、操作简便等特点,并具有良好的低频响应。它采用PVDF压电薄膜作为换能元件,脉搏信号通过特殊的匹配层传递到换能元件上变成电荷量再经片内放大电路转换为压电信号输出。PVDF薄膜呈圆顶状且略向外突出,以便很好地与皮肤表面接触。由于PVDF材料柔性好,能紧贴皮肤,阻抗能与皮肤阻抗匹配,采用其后即使在应力作用下也不会影响检测脉冲的压力变化,故能检测到微小的脉动信号。经过电荷放大器出来的电压信号Usc≈,,放大器由第一级放大器A1、第二级放大器A2和RC低通滤波器组成,如图3-1所示。对这部分电路的设计要求有:(1)输入阻抗高,输出阻抗低;(2)放大倍数要合适,考虑到芯片的工作范围,放大到3-5V左右比较合适;(3)低频响应好;(4)温度漂移小;(5)抗干扰能力强。整形电路图3-1放大电路:..低通滤波器电阻R1与电容C1、电阻R3与电容C2构成低通滤波器,干扰信号的频率f≥1KHZ,所以低通滤波器的作用就是将脉搏波中的音频噪声滤去,消除干扰信号的影响,去掉波形中的毛刺,得到平滑的脉冲波形图。,第二级运放A2采用电压串联负反馈,提高了放大倍数的稳定性。第一级电压放大倍数为:A1=R2/R3=20k/4k=5(倍)第二级电压放大倍数为:A2=1+R4/R5=1+140k/20k=8(倍)放大器的总电压放大倍数为:A=A1×A2=5×8=40(倍)U1=×40=,必须经过整形电路变换成脉冲信号。整形电路如图5-1所示。本设计的整形电路先通过比较器把脉搏波变成方波,再通过R9与C6进行微分后触发555组成的单稳电路把方波整形成宽度也相等的窄脉冲,以作为锁存使能信号和计数器延时清零信号。计数电路大电路图3-2整形电路:..电压比较器考虑到经过放大的心电信号的幅度约为4V,选择比较器的参考电压为UREF=3V,经电阻R6和R7分压后得门限电平UT=[R6/(R6+R7)]×UREF,接到集成运放的反向输入端,调节R6的阻值即可改变门限电平。当心电信号高于UT时,输出高电平;反之,输出低电平。在比较器输出端即可得到幅度相等而宽度不规则的方波。UT=[R6/(R6+R7)]×UREF=[5/(5+1)]×3v=、宽度都相等的窄脉冲。根据脉冲宽度计算公式:tw=R8C3ln3=,可知,单稳态触发器输出脉冲宽度tw仅决于定时元件R8、C3的取值。-3计数电路:..设计说明因为每分钟心跳次数在60到150之间,所以用三片74290采用异步级联方式组成3位8421BCD码十进制加法器,如图3-3,74290(1)作为个位计数,当到十的时候就进位到十位74290(2),74290(2)满十又进位到百位74290(3)。考虑到后面的显示译码部分不要太复杂,转换进制,这里选用十进制的计数器,三片级联,可以测量0到999的范围。-=(RA+RB)C7=(2M+)×40u=60s高电平T2==××40u=,60s以后跳变到低电平,驱动锁存器,然后译码显示,同时定时器还接两个非门作为延时,到计数清零端,为了使显示端正确的显示跳动次数,所以加非门延时,50ns左右,对计数器清零以后又等待下次高电平的到来,再驱动计数器开始计数,重复这个过程。:..,然后由定时器控制的锁存器再将数据送到译码驱动部分,然后驱动LED7段显示数码管显示数据。由于计数器所用的是三位的十进制计数器,所以,每部分显示的就是跳动次数的BCD码。数器模块:..定时器百位十位位3-:..-。根据多位数比较的规则,在高位相等时取决于低位的比较结果,因此,只要将两个数的高位到低位分别接在第一片,第二片和第三片上,同时把第一片的A<B_IN,A=B_IN,A>B_IN接到第二片的A<B,A=B,A>B上,第二片的A<B_IN,A=B_IN,A>B_IN接到第三片的A<B,A=B,A>B上就行了。由三位十进制计数器的输出端把数据送到数值比较器,如图3-6所示,比较电路由两部分组成,第一部分,由低位到高位74LS85(1)、74LS85(2)、74LS85(3)三片接成12位数值:..60的BCD码进行比较,因为60的BCD码可表示为:60=060=0000,0110,0000所以,分别给从高位到低位的三片74LS85的A3A2A1A0依次设为0000,0110,0000。这样就可得到脉搏跳动次数与60的比较结果。同理,第二部分,与150比较,从低位到高位74LS85(4)、74LS85(5)、74LS85(6)三片级连,因为150的BCD码可表示为:150=0001,0101,0000所以,分别给从高位到低位的三片74LS85的A3A2A1A0依次设为0001,0101,0000。这样就可得到脉搏跳动次数与150的比较结果。-,与60比较的结果是数值比较器第一部分的是否比60小的输出端,如果比60小,则输入或门2端口的是高电平1,与150比较的结果是数值比较器第二部分的是否比150大的输出端,如果比150大,则输入或门1端口的高电平1,得到的结果是两个比较结果的或,也就是说,如果比60小输出为1,如果比150大输出也为1,或门输出端再加一个三极管,用以驱动蜂鸣器,所以,这个模块就实现了脉搏不在正常范围(60<N<150)内蜂鸣器报警的功能。:..,可以得到心率测试仪的整机电路,原理图见附图。A1,A2组成放大电路;A3与LM555(1)组成整形电路;74290(1),74290(2),74290(3)组成计数电路;LM555(2)构成定时电路;74LS373(1),74LS373(2),74LS48(1),74LS48(2),74LS48(3),三个数码管组成译码显示电路;74LS85(1),74LS85(2),74LS85(3),74LS85(4),74LS85(5),74LS85(6)组成数值比较电路;74LS32,Q2N2222,蜂