文档介绍：该【毕业设计人体脉搏测量仪设计(1) 】是由【1781111****】上传分享，文档一共【31】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【毕业设计人体脉搏测量仪设计(1) 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极管,它的反向电流具有随光照强度增加而增加的光电效应特性,在一定光强范围内,光敏二极管的反向电流与光强呈线性关系。指端血管的容积和透光度随心搏改变时,将使光电三极管极管收到不同的光强,并由此产生的光电流均随之作相应变化。常用检测脉搏的光电传感器分为红外对管和红外放射管。采用红外对管。将对管夹于手指端部,通过手指的血液浓度会随着心脏的跳动发生变化,红外对管对应的信号便会发生相应的变化,采集此信号经过放大,滤波,比较等处理便可以得到理想的信号。。采用反射式的红外管。现在市场上的心率计普遍采用这种传感器来采集信号,因为此红外管接收和发射都在手指的同一侧,因此便不用考虑每个人手指情况不同所造成的麻烦。接收的是血液漫反射回来的光,此信号可以精确地测得血管内容积变化。○3集成传感器当前,市面上有很多类型的集成心电传感器,其灵敏度高,集成度高,直接就可以反映出心率的变化,且已包含了滤波等抗干扰电路,波形经过放大可以直接处理使用。缺点是价格非常昂贵,一般均在五百元以上,就本次设计来说,考虑到经费以及锻炼自己的目的,不选择使用该型传感器。○1光电式:优点:灵敏度高,易于操作,响应速度快,结构简单。缺点:1、外部光源的变化对测量结果的影响较大;2、需要购买专门的医用光电传感器,价格较贵且不易购买;3、对这样的器件接触很少,对其进行调试时可能会出现较大困难。:..压电式:优点:结构简单,实时性好,工作频带宽,应用电路简单,且价格低廉。缺点:直接与人体相接触,容易因为人体肌肉的颤动等而产生干扰。并且容易受到外界其他信号的干扰。○3集成式:优点:集成度高,包含了滤波,放大电路,可以直接输出信号,便于操作,有效的减少了各种干扰。缺点:降低了本任务的难度,如果采用该传感器,只需将其直接接上单片机即可实现功能,且价格非常昂贵。考虑到种种情况,结合本系统的设计要求以及经费的考虑,最终选择压电式陶瓷片。该传感器价格较低,而且输出电压变化较为明显,可以实现我们的实验目的。。压电片包括三个部分,镀银层,压电陶瓷,以及铜片。外部压力作用于铜片时,压电陶瓷就可以感受压力而产生电信号,并最终通过镀银层将该信号输出。在使用时,压电陶瓷片要通过导线与电路板连接,注意在焊接压电陶瓷片时,时间不能太长以免烫坏压电陶瓷片的镀银层。,为了确定使用该传感器能够实现本次设计的目的,先要对其进行实验,来确定它的输出电压是否符合要求。使用实验室砝码来测试,。(N)输出电压(mV):..,就可以实现设计要求。由本次试验,可以得知压电陶瓷片可以实现我们所要达到的目标。信号调理电路包括对信号的放大和整形部分。由于传感器输出的电压比较小,在几毫伏左右,且频率较低,需要低噪声,低漂移,高输入阻抗的放大器,所以选择使用仪表放大器。如美国AD公司的专用放大器AD6××系列,其具有输入阻抗高和输出阻抗低以及调节电压放大倍数方便等优点,微伏级的信号一般采用调制、解调方式作前级放大,就是一个乘法器一(类似于收音机的解调电路)。但在数字电路系统中,也常用非门来构成线性放大器。门电路的转换特性如图3-29所示,如果使它工作在线性区,它就有电压放大能力。通过改变门电路的输出端、输入端所连接的反馈电阻,可使其工作在线性区。肌电干扰可能会导致放大器的静态工作点偏移,甚至使放大器达到饱和,所以第一级放大器的放大倍数不能太高。因此还需要另一个放大器。同时完成放大工作后还需对信号进行整形,这里运用施密特触发器,完成整形功能。,将分别介绍这两个部分。放大与电路是整个系统设计的重点,脉搏测量仪要求在脉搏信号频率范围内,不失真的放大所采集的微弱信号,这要求所用的放大器必须具有低噪声,低漂移,低失调参数,高共模抑制比,高输入阻抗,线形度小等特点。为了达到上述要求,。:..,为了使D4A和D4C两个非门处于传输特性的线性区,应适当选取反馈电阻R16、R17的阻值。其阻值不能太小,否则非门的输出与输入之间的信号直接馈通。一般R16、R17的阻值应比非门的输出电阻RO大两个数量级(非门R。=8~15kfl,),但R16、R17的阻值也不能太大,否则将使工作点稳定性变差,甚至有可能偏离出线性区,在这里取R16=R17=20k。由非门构成的放大电路,其放大倍数约为20倍,且一般是不可调的。如放大倍数不够,可采取多级放大器级联来增大放大倍数。D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器,电阻比值R14/R15影响其回差值,一般先确定电阻R15,可根据公式求得R15的值。R15≥(UOH-UTH)/IOHmax式中,UOH为门电路的输出高电平(UOH≈VDD);UTH为门电路的阈值电压(UTH一VDD/2);IOHma。为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。当R15选定后,即可确定电阻R14的阻值,由于这里的施密特触发器主要用来对输入电压进行整形,以提高抗干扰能力,通常可按R14一(~)Ris的关系来选取电阻R14的阻值。在这里选取R14=22k?.R15=220k?。由门电路构成的放大电路具有功耗小、稳定性高和成本低等优点,缺点是输出阻抗高和上限频率较低。由于芯片只能检测到数字信号,因此,经过信号调理电路后得到的模拟信号必须转换为数字信号。这里有两个方案可以选择。方案一:使用三极管进行整形.:..:使用施密特触发器来实现整形。只要使用一个施密特触发器,就可以实现对于信号的整流作用。由于三极管的调试较为复杂,且工作性能不如施密特触发器稳定,所以我们选用施密特触发器。D4C和D4D门通过正反馈构成施密特触发器,结构简单,使用方便,因此选用555芯片来完成该项任务。。,。:..,一般先确定电阻R15,可根据公式求得R15的值。R15≥(UOH-UTH)/IOHmax式中,UOH为门电路的输出高电平(UOH≈VDD);UTH为门电路的阈值电压(UTH一VDD/2);IOHma。为所选门电路的高电平输出电流最大允许值。当R15选定后,即可确定电阻R14的阻值,由于这里的施密特触发器主要用来对输入电压进行整形,以提高抗干扰能力,通常可按R14一(~)Ris的关系来选取电阻R14的阻值。在这里选取R14==220k?。由门电路构成的放大电路具有功耗小、稳定性高和成本低等优点,缺点是输出阻抗高和上限频率较低。=5V,所以,当输入电压大于2/,,电路就可以输出高电平,然后一直持续到1/,,电路开始输出低电平。在前面的电路中,脉搏信号被转化为5V左右的信号,经过实验验证,脉搏信号在本级可以被转化为能被单片机识别的数字信号。:..()方波脉冲的控制信号,使计数器在定时脉冲宽度固定的时间内对脉搏电脉冲进行计数。为了得到频率较低、脉冲宽度一定的定时信号(计数器的门控信号),通常采用“振荡加分频”的方法。先用振荡器产生高频脉冲,然后经数次分频得到所要求的时基信号,这种方法能获得十分精确的脉冲宽度。现在有一些集成电路,其内部同时包含振荡和分频两部分电路,使用起来十分方便,例如CD4060和CD4040。CD4060是一个14位二进制串行计数器(分频器),它内部除了有14个T触发器(组成14位计数器)外,还包含一个振荡器,只要在CPi、CPo和CPo端外接电阻和电容,就可以构成RC振荡器。CD4060的典型应用电路如图3-31所示。当CD4060接成RC振荡器时,其振荡频率fo与Rr、CT之间有以下近似关系:Fo=1/()电阻RT的值应>1kfl,电容CT应≥100pF,一般可先选定电容CT的容量,再根据上式估算出电阻值。图3-31CD4060的典型应用电路时信号注意电阻Rs是为了改善振荡器的稳定性,减少由于器件参数差异而引起的振荡周期的变化而接入的。Rs的阻值应尽量大于Rr,一般可取Rs一10R,r,此时振荡周期的变化可大为减小。为了得到准确的振荡频率值,实际上RT和Rs均应采用电位器,以便于调整。为了产生60s的定时脉冲,根据CD4060的典型应用电路,修改外围电阻、电容的参数,很容易得到所需要的时钟脉冲。时基信号产生电路如图3-32所示。:..时基信号产生电路芯片CD4060由一振荡器和14级二进制串行计数器位组成,振荡器的结构可以是RC或晶振电路,CR为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效。所有的计数器位均为主从触发器。在CP(和CP)的下降沿计数器以二进制进行计数。在10时钟脉冲线上使用斯密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060引脚功能图:..AbsoluteMaximumRatings绝对最大额定值::..CD4060的集成电路是采用飞思卡尔半导体公司生产的MC54HC4060J,它的功能与CD4060完全一致。世界上许多著名的芯片公司均生产同一功能和类型的芯片,但各个公司均有自己的一套命名方法表示型号,以期能够识别。:..,如十进制计数器74LS161、十进制计数器/脉冲分配器CD4017、双十进制计教器74LS390、异步二一五一十进制计数器74LS290、CMOS双十进制同步4518、CD4553三位BCD计数器等,但最好选用有选通脉冲输出控制的计数器,以便采取动态扫描显示方式,这样可大大简化电路,节省元器件。这种类型的计数器中最典型的是CD4553,它是3位十进制计数器。但它只有1位输出端(输出BCD码),要完成3位输出,采用扫描输出方式,通过其选通脉冲信号依次控制3位十进制数的输出,从而实现扫描显示方式。因为人体脉搏每分钟的跳动次数不会超过3位数,用一块CD4553就可完成计数,电路十分简单。计数译码显示电路采用CD4553(MC14553BCP)作为计数器,因为CD4553(MC14553BCP)具有以下功能:(1)计数输出为BCD码,便于译码显示。(2)具有显示驱动扫描脉冲信号输出,可实现动态显示。(3)具有锁存控制、清零、计数允许(DIS)和溢出(OF)控制端,可实现其他功能的要求。CD4553(MC14553BCP)的组成框图及其管脚排列如图3-33所示,其功能见表3-5。CD4553(MC14553BCP)的组成框图及其管脚排列a)组成框图b)管脚排列:..3-5CD4553(MC14553BCP)的功能表┏━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━┓┃输入┃输出┃┣━━━━┳━━━━━┳━━━━┳━━━━╋━━━━━━━━━┫┃MR┃CI_K┃DIS┃LE┃┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃┃O┃O┃不变┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃┃j┃┃┃计数┃┃O┃┃O┃O┃┃┃┃1┃┃┃┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃×┃1┃×┃不变┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃1┃┃O┃计数┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃┃┃f┃┃┃┃O┃l┃┃O┃不变┃┃┃┃l┃┃┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃O┃×┃×┃不变┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃×┃×┃工┃锁存┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃O┃×┃×┃l┃锁存┃┣━━━━╋━━━━━╋━━━━╋━━━━╋━━━━━━━━━┫┃1┃×┃×┃O┃QO=QI=Q2=Q3=O┃┗━━━━┻━━━━━┻━━━━┻━━━━┻━━━━━━━━━┛下面简要说明某些管脚的功能。CLK(引脚⑥):计数脉冲输入端。DIS(引脚⑨):计数允许控制端,当DIS为“o”时,计数脉冲由CLK端进入计数器;而当DIS为“1”时,禁止计数脉冲输入计数器,计数器保持禁止前的最后计数状态。LE(引脚⑩):锁存允许端,当LE为“1”时,锁存器呈锁存状态而保持原有锁存器内的信息。MR(引脚⑩):清零端,MR=1时,计数器输出QO~Q3皆为0。溢出OF(引脚⑩):当CD4553(MC14553BCP)每计满1000个脉冲时,溢出端输出一个脉冲,然后重新开始计数。输出哪一位的计数值由选通脉冲DS1~DS3进行控制(低电平有效)。译码器的功能是把计数器CD4533(MC14553BCP)输出的计数结果(BCD码)转换成七段字形码,以驱动数码管,实现数字或符号的显示。CD4511是常用的BCD码七段显示译码器,它本身由译码器和输出缓冲器组成,具有锁存、译码和驱动等功能,其最大输出电流可达25mA,可直接驱动:..数码管。CD4511()的逻辑电路框图和引脚功能图如图3-34所示。图3-34CD4511()昀逻辑电路框图和引脚功能脚图CD4511()的功能表见表3-6。CD4511()的功能表:..显示位数字只需一片CD4511()译码器,这种显示方式可简化电路,节省元件,降低功耗。扫描显示方式的电路原理图如图3-35所示,其为3位LED显示,所有位的七段码线都并联在一起,而各位数码管的共阴极(对于共阴LED数码管)K1、K2、K3分别被计数器MC14553BCP输出的扫描时序脉冲DSi、DS2、DS3拉制(本设计电路中DSi~DS3经三极管V1~V3控制DI~D3),从而实现各位的分时选通显示。注意:为了使显示稳定,应使扫描时序脉冲的频率合适,频率过低将会使显示产生闪烁,而频率过高将会使显示产生余辉。扫描频率与显示数码管的位数有关,位数越多,扫描频率越高,通常扫描频率取几百赫兹,可通过调整