取R=1k,f=1000 则C=160n
幅频特性:
相频特性:
3.2.3 带阻滤波器带阻滤波器,用于抑制某一段的信号,而让该频段以外的所有信号通过。由于心率信号极其微弱,故采用带阻滤波器抑制50Hz的工频干扰。
1)选择C、R,计算KF。
a. 选择C,取C=0.068uF。
b. 选择R。
R=1/(2*pi*f0*C)=1/(2*PI*50*0.068*10^(-6))=46.81K,取R=47.0K
c. 求KF。
KF=2-[1/(2*Q)]=2-[1/(2*5)]=1.9 2)选择RF、Rf。
RF=(KF-1)*Rf=(1.9-1)*Rf=0.9Rf
为了削弱偏执电流及漂移的影响,集成运放两输入端直流参数应对称,故RF//Rf=R+R=2*R,即 0.9*Rf*Rf//(0.9*Rf+Rf)=2*R
Rf=4.22*R=4.22*47.0=198.4K
RF=0.9*Rf=0.9*198.4=178.2k 3)求2*C、R/2。
2*C取两个0.068uF的电容并联。R/2=47/2=23.5K
4)验算。 F0=1/(2*pi*R*C)=1/(2*PI*47*10^3*0.068*10^(-6))=49.8Hz。
5)计算Fh、fL。
FH={[(2-KF)^2+1]^(1/2)+(2-KF)}*f0=55.028Hz FL={[(2-KF)^2+1]^(1/2)-(2-KF)}*f0=45.068Hz
3.2.4 buffer隔离缓冲论对于放大器的高输入阻抗、低输出阻抗要求,还是对于滤波网络的隔离,我们都必须考虑电路级连时阻抗匹配问题。因此,在放大器前级以及滤波器后级,我们放置缓冲器buf601,其具有高输入阻抗,低输出阻抗特性,同时驱动能力增强。
3.3 脉冲整形电路3.3.1 脉冲整形电路的设计
LM311电压比较器
LM311是一款具有低输入漂移电压的电压比较器,其设计运行在更宽的电源电压:从标准的±15V运算放大器到单5V电源用于逻辑集成电路。其输出兼容RTL,DTL和TTL以MOS电路。可以驱动继电器,开关电压高达50V,电流高达50mA。响应时间:200ns 。
经放大滤波后的信号为峰值5V的模拟信号,同时叠加250mV的噪声信号,为了便于后级计数器对脉冲计数,需要将模拟脉冲整形成方波信号。
电路图如下图所示:
3.4 定时信号3.4.1 555定时60s555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图如图 6-1所示。它内部包括两个电压比较器,三个等值串联电阻,一个 RS 触发器,一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。
555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压,当 5 脚悬空时,则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3,C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3,则比较器 C2 的输出为 0,可使 RS 触发器置 1,使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3,同时 TR 端的电压大于VCC /3,则 C1 的输出为 0,C2 的输出为 1,可将 RS 触发器置 0,使输出为 0 电平。
3.4.2 参数计算
实现60s定时的电路如图所示。
定时器定时总时间为(R5+2R6)C2ln2
选取R5=51k,R6=47k,C2=580uF,
则定时总时间约等于60s.
3.6 计数及显示电路3.6.1 计数芯片TC 进位输出端
CEP 计数控制端
Q0-Q3 输出端
CET 计数控制端
CP 时钟输入端(上升沿有效)
/MR 异步清除输入端(低电平有效)
/PE 同步并行置入控制端(低电平有效)
160 为可预置的十进制同步计数器。
(1)其清除端是异步的。当清除端/MR 为低电平时,不管时钟端CP 状态如何,即可完成清除功能。
(2)160 的预置是同步的。当置入控制器/PE 为低电平时,在CP 上升沿作用下,输出端Q0-Q3 与数据输入端P0-P3 一致。
(3)160 的计数是同步的,靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。当CEP、CET 为高电平时,在CP 上升沿作用下Q0-Q3 同时变化,从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
(4)160 有超前进位功能。当计数溢出时,进位输出端(TC)输出一个高电平脉冲,其宽度为Q0 的高电平部分。在不外加门电路的情况下,可级联成N 位同步计数器
3.6.2 译码芯片译码芯片74LS48
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
为8421BCD码输入端,a~g7段译码输出端。
74LS48功能表
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| 1 1 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x 1 x | 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 | | 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 | |
注:
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:
:灯测试输入使能端。当
=0时,译码器各段输出均为高电平,显示器各段全亮,因此,=0可用来检查
74LS48和显示器的好坏。
:动态灭零输入使能端。在
=1的前提下,当
=0且输入
=0000时,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。
:静态灭灯输入使能端,只要
=0,不论输入为何种电平,译码器各段输出全为低电平,显示器灭灯(此时
为输入使能)。
RBO:动态灭零输出端。在不使用功能时,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,实现对无意义的零进行消隐。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。
3.6.3 计数电路及工作原理
由74LS160构成的三位十进制计数器电路图如图所示。其低位的进位信号接高位的ENT、ENP,清零信号接/CLR、/LOAD 。
由计数器输出信号送至译码驱动电路74LS48,继而通过共阴极数码管显示结果。
3.8 整体电路
4 心率检测电路的仿真与调试4.1 信号放大电路信号放大倍数为100倍.
4.2 低通滤波器
4.3 陷波器
4.5 脉冲整形
4.4 定时器电路
4.6 显示电路
4.7 完整电路
5 PCB
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