双波长频分光电脉搏波测量电路培训资料

备选方案： 采用一个减法器
输出预期波形
后续拓展：
wk.baidu.com
输出波形
进入与非门与时钟信和 控制信号运算
时钟信号
计数 显示
清零信号
输出波整形： 信号的整形是由六施密特触发器40106 实现的。整形后
双波长频分光电脉搏波测量电路 （用双踪示波器2V以上量程显示）
要求：
（1）保证每个波长的脉搏波信号 > 1 VP-P； （2）通道窜扰：< -20 dB； （3）脉搏波信号的频率：0.25--20 Hz； （4）信噪比：> 20 dB。
设计思路
调制
正弦波的产生 发光二极管的驱动
光电传感器接收
解调
光谱响应率
带通滤波器
这里选取了美信的滤 波器集成芯片MAX274它是 由互相独立的可以级联的 四个二阶单元组成的有源 滤波器。可以构成巴特沃 斯，切比雪夫以及贝塞尔 低通以及带通滤波器。滤 波器的参数有四个电阻决 定，因此稳定性较分立元 件搭出来的跟稳定。
外接电阻的阻值计算方法如下: 步骤1:计算电阻R2,电阻R2、R4决定中心频率FO。
The OPT101 operates from +2.7V to +36V supplies and quiescent current is only 120mA. It is available in clear plastic 8-pin DIP, 5-pin SIP and J-formed DIP for surface mounting. Temperature range is 0°C to 70°C.
R2 = 2 ×109 /F0 步骤2:计算电阻R4, R4 =R2 - 5kΩ 步骤3:计算电阻R3,电阻R3决定中心频率FO 、品质因数Q
R3 = (Q ×109 /F0 ) ×(Rx/Ry) Rx/Ry的比值由FC所连接的电平决定 步骤4:计算电阻R1,电阻R1决定其增益。 低通滤波器: R1 =(2 ×109)/(F0 ×HOLP)×(Rx/Ry) HOLP为低通输出LPO在直流输入下的增益。 带通滤波器: R1 =R3/HOBP HOBP为带通输出BPO在中心频率处的增益。
The integrated combination of photodiode and transimpedance amplifier on a single chip eliminates the problems commonly encountered in discrete designs such as leakage current errors, noise pick-up and gain peaking due to stray capacitance. The 0.09 x 0.09 inch photodiode is operated in the photoconductive mode for excellent linearity and low dark current.
ATmega16是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8 位CMOS微控 制器。由于其先进的指令集以及单 时钟周期指令执行时间，ATmega16 的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从 而可以缓减系统在功耗和处理速度 之间的矛盾。
由于脉搏波信号的频率 范围在0.1Hz~60Hz，因 此，采样频率在100Hz 较为合适。为了得到这 个频率，先通过设置 ADCSRA 寄存器的 ADPS 位得到128 的预 分频系数，然后通过在 中断服务程序中写延时 来延长采样周期。
机输出一个方波，然后再用一个低通滤波器，就得到了正 弦波。
8253单片机
光电传感器接收
这里采用TI的OPT101。
DESCRIPTION The OPT101 is a monolithic photodiode
with on-chip transimpedance amplifier. Output voltage increases linearly with light intensity. The amplifier is designed for single or dual power supply operation, making it ideal for battery operated equipment.
放大电压变换
信号放大电路主要利用运算放大器的级联放 大功能实现。将输入的微小交流信号送入第一级 进行8.5 倍的放大，再进入第二级相似的放大电 路放大100 倍
单片机（带A/D转换）
在软件方面，利用 AVR 单片机 ATMEGA16所具有的AD 转换功能， 边采样边存储有用数据，依托核心 理论的算法实现信号处理。
基本电路
解调
上面一步的带通滤波器已经将两个500HZ和 5500HZ的已调信号分离了，解调就是要从这个已调信 号中恢复原信号。
方案1： 包络检波法 ：
方案2： 相干检波法，它要求用一个与调制严格相同的时序信号
和已调信号相乘，再通过一个低通滤波器，即可得到原信号。
交直流分离
这里采用一个高通滤波器。
l SINGLE SUPPLY: +2.7 to +36V l PHOTODIODE SIZE: 0.090 x 0.090 inch l INTERNAL 1MW FEEDBACK RESISTOR l HIGH RESPONSIVITY: 0.45A/W (650nm) l BANDWIDTH: 14kHz at RF = 1MW l LOW QUIESCENT CURRENT: 120mA l AVAILABLE IN 8-PIN DIP, 5-PIN SIP, AND 8-LEAD SURFACE MOUNT PACKAGES
带通滤波器
解调
交直流分离 放大电压变换
单片机计算
交直流分离 放大电压变换
输出
各部分电路及原理分析
基本电路
备选方案1： 用定时器来产生500HZ和5500HZ的方波,然后用一个低
通滤波器（可改为带通）滤出基波分量，就得到了正弦波。
555定时器电路图如下：
备选方案2： 用单片机配合低通滤波器实现输出正弦波。首先用单片