数字电路课程设计红外线心率计
数字人体心率检测仪的设计
数字人体心率检测仪的设计1.设计思路本课题研究的是数字人体心率监测仪的设计，我所设计的检测仪，它使用方便，只需将手指端轻轻放在传感器上，即可实时显示出你的每分钟脉搏次数，特别适合体育训练和外出旅游等场合使用。
采用红外光学检测法，摒弃了不便于运动状态下测量脉搏的听诊器和吸附在人体上的电极等老式测量方法。
检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变：当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小：当血液流回心脏，组织则半透明度增大。
这种现象在人体组织较薄的手指尖，耳垂等部位最为明显。
因此，本心率检测仪将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位，并用装在该部位的另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。
由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转换成脉冲并进行整形，计数和显示，即可实时的测出脉搏的次数。
心率与脉搏的联系：心率与脉搏在身体正常的时候是相等的。
在房颤等心脏疾病时候可出现不等。
因此心率测量问题可以转化为脉搏的测量，而脉搏的测量有更容易实现的特点，在实际应用中得到更广泛的运用。
本检测仪的有效测量范围为50次—199次/分钟。
2 方案设计2.1 心率采集处理电路心率采集处理电路如图1-1所示。
该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形电路模块等三个主要的电路模块组成。
其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路：R2与C1、C2与C3、R4与C4和ICA共同工程了信号抗干扰电路组，他们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光线的光电隔离、参与高频干扰的滤除等任务。
另外，I CB、C5与R10、ICC则共同组成了信号整形电路模块。
图1光电式脉搏波传感器的原理其原理是利用光电信号来测量脉搏容量的变化。
当血管内容量变化时，组织对光的吸收程度相对发生变化，利用光电传感器可测出这种变化，该变化反映出血液动脉的基本参数情况。
浙江理工大学本科课程设计任务书(心率计) (1)
3.了解影响脉搏测试仪指标的基本因素。
主要技术指标
1.电压放大电路的放大倍数可调，经整形、滤波后得到方波信号；
2.门控电路的暂稳态时间为30秒；
3.译码显示记录被测心率。
工作内容
1.根据红外传感器输出信号特点，设计放大电路、滤波电路及整形电路各元件参数，要求输出方波信号。
用555芯片设计半分钟定时器同时设计三位计数电路对方波信号进行计数并设计译码电路将bcd码翻译成数码管的七段码
浙江理工大学本科课程设计任务书
设计题目
电子脉搏测试仪的设计
设计要求
1.通过基于红外线传感器的脉搏测试仪的实现，熟悉数字系统的一般设计、制作和调试方法，初步掌握大规模集成电路的应用方法和注意事项；
2.电子脉搏测试仪的原理（框图）；
3.各部分单元电路的工作原理，包括重要芯片的介绍等；
4.电子脉搏测试仪的设计思路及原理图；调试的步骤和注意事项；
5.测量数据记录；
6.课程设计过程问题总结与心得体会。
指导教师
签名
年月日
系主任签名：
年月日
2.用555芯片设计半分钟定时器，同时设计三位计数电路对方波信号进行计数，并设计译码电路将BCD码翻译成数码管的七段码。
3.设计驱动电路驱动三位数码管显示半分钟心跳次数。
4.装配硬件电路并进行硬件测试、记录结果。
5.整理数据，撰写设计报告并上交。
工作计划
2013.12.30介绍设计题目、工作原理、设计要求、注意事项等；
2013.12.31熟悉设计题目，查找资料，初步设计电路原理图；
2013.12.31元器件测试、组装并焊接；
课程设计---数字式红外测速仪
电子技术课程设计题目：数字式红外测速仪系别：电气与电子工程系专业：电子信息工程姓名：学号：指导教师：年月日成绩评定·一、评语（根据学生答辩情况及其论文质量综合评定）。
二、成绩指导教师签字：年月日目录一设计目的 (1)二技术要求与指标 (1)三设计原理及步骤 (1)1、测速仪原理框图 (1)2、数字式红外测速仪原理 (1)3、各部分电路图 (6)四电路原理图及模拟仿真结果 (7)1、电路原理图 (7)2、仿真结果 (8)五、所用器件 (9)六、设计总结 (9)1、设计前的难点 (9)2、仿真实验遇到的问题 (9)3、不足之处 (10)七、心得体会 (10)八、参考文献 (11)数字式红外测速仪(一 ) 设计目的1、 在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
2、利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，逐步积累掌握实际电子制作经验。
3、巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
（二）技术要求与指标1、用红外线发光二极管，光敏三极管作为速度转换装置2、测速范围：10-990转/分。
3、两位数字显示，显示不允许闪烁（三）设计原理及步骤1、测速仪原理框图图一、原理总框图2、数字式红外线测速仪的原理本设计要求使用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置，可以测定10到990转每分钟的转速，并在无闪烁的情况下数字显示。
在经过商讨之后，我们可以将其划分为光电转化部分，控制电路部分，计数部分，显示部分。
其中光电转化部分是将红外发光二极管和光敏三极管所产生的物理信号将其转化为整个系统可以处理的电脉冲信号。
控制电路则是将光电转化部分的得到的电信号被测量光电转换装置计数器锁存译码显示 60s 时钟控制电路计数器在有效时间内控制性的输入到计数部分。
计数部分将在有效时间段内接收到的有效信号进行累加计数，并且在每次计数结束时自动完成清零。
电子信息工程专业毕业论文--基于51单片机的数字心率计的设计
数字心率计的设计摘要：本文是基于51单片机数字心率计的设计，采用了红外对管传感器和光电转换原理进一步实现对心率的检测。
心率计通过感知手指内的微弱波动来接收信号，可以避免人工听诊器所带来不必要的麻烦。
心率传感器采样脉搏信号，采用AT89S51单片机作为控制器，心率传感器输出方波传入单片机，单片机每接收一个脉冲波形，数码管就计数一次。
心率次数超限时用蜂鸣器报警。
三极管加大功率，驱动器件工作。
这样就实现了心率计数的功能，进一步达到了检测疾病的目的。
关键词：AT89S51单片机、心率计数器、LM358PDESING OF DIGITAL HEARAT RATE METERAbstract:This paper is the design of 51 single-chip digital rate meter based on the infrared tube, sensor and photoelectric conversion principle to detect heart rate. Heart rate meter to receive signals through the weak fluctuation in the finger of perception, so as to avoid unnecessary trouble caused by the artificial stethoscope. A heart rate sensor sampling pulse signal, uses AT89S51 as the MCU, a heart rate sensor output Fang Bo incoming MCU, MCU each receives a pulse waveform, digital tube counting time. The number of beats overrun with buzzer alarm. Increase power triode, drive to work. So as to realize the heart rate counting functions, further can detect diseases purpose.Key words:Heart counter、AT89S51、LM358P目录1、引言 (1)2、系统方案选择与论证 (1)2.1、任务 (1)2.2、心率计的选用 (1)2.3、各个电路的选择 (2)2.3.1、脉搏传感器部分 (2)2.3.2、单片机选择 (2)2.3.3、显示部分 (3)2.3.4、系统各模块的最终方案 (3)3、系统简述 (3)4、本系统核心器件简介 (4)4.1、 AT89S51单片机 (4)4.1.1、电源引脚 (5)4.1.2、外接晶体引脚 (5)4.1.3、控制信号或与其它电源复用引脚 (6)4.2、复位电路 (7)4.2.1、单片机复位电路 (7)4.2.2、按键电路 (7)4.2.3、振荡电路 (7)4.2.4、液晶电路 (8)4.3、 LM358P放大器 (10)5、程序设计 (12)6、软件的调试 (14)7、结束语 (15)参考文献 (16)谢辞 (17)附录1 程序清单 (18)附录2 系统原理图 (26)附录3 PCB图 (28)1引言随着社会的发展，人们的生活节奏越来越快了，面对越来越繁忙的工作，人们并不能像以前那样去做定期的体检啦。
数电课程设计心率计
数电课程设计心率计一、课程目标知识目标：1. 理解数字电路基础知识，掌握心率计中数字电路的设计原理；2. 学习并掌握心率计的硬件组成、工作原理及各部分功能；3. 了解心率计在医疗、运动等领域的应用及其重要性。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计并搭建一个简单的心率计数字电路；2. 学会使用相关仪器、工具进行电路调试，解决实际问题；3. 提高分析问题、解决问题的能力，培养动手实践和团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对数字电路的兴趣，激发学习热情；2. 培养学生的创新意识，鼓励他们勇于尝试、不断探索；3. 增强学生的责任感，使他们认识到技术发展对人类生活的影响，关注健康问题。
本课程旨在结合数字电路相关知识，通过设计心率计的实践活动，使学生在掌握基本原理的同时，提高实际操作能力。
课程针对学生的年级特点，注重理论与实践相结合，培养学生的动手能力、创新能力和团队协作能力。
通过课程学习，让学生了解心率计在实际生活中的应用，提升他们对健康问题的关注程度，从而达到学以致用的目的。
二、教学内容1. 数字电路基础知识回顾：逻辑门电路、组合逻辑电路、时序逻辑电路等；2. 心率计工作原理介绍：光电传感器原理、模拟信号处理、数字信号处理；3. 心率计硬件组成：传感器、信号放大器、滤波器、模数转换器、微处理器；4. 数字电路设计：组合逻辑电路设计、时序逻辑电路设计、微控制器编程；5. 心率计电路搭建与调试：选用合适元器件，搭建心率计电路，进行实际测试；6. 心率计应用案例分析：分析心率计在医疗、运动等领域的实际应用案例；7. 教学实践：分组进行电路设计、搭建与调试，每组展示成果，相互交流经验。
教学内容参考教材相关章节，以理论与实践相结合的方式进行。
教学进度安排如下：1. 数字电路基础知识回顾（1课时）2. 心率计工作原理介绍（1课时）3. 心率计硬件组成（1课时）4. 数字电路设计（2课时）5. 心率计电路搭建与调试（2课时）6. 心率计应用案例分析（1课时）7. 教学实践（3课时）三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：通过教师对数字电路基础知识、心率计工作原理及硬件组成的系统讲解，为学生奠定扎实的理论基础。
基于红外技术的简易心率计的设计
VCC P0.0(AD0) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7)
EA/VPP ALE(PROG)
PSEN P2.7(A15) P2.6(A14) P2.5(A13) P2.4(A12) P2.3(A11) P2.2(A10)
红外技术是一种视距无线通信技术，具有非接触式、抗 干扰能力强、工作功耗低利、数据通信可靠等优点。红外光 电式检测方法测量心率，是利用光信号对血液流动的透射率 或反射率不同，将光信号变换成电信号进而进行测量的方法。 一般对光信号的采集有两种方法，一种是对射式采集，即在 对人体如手指测量时，在手指两侧各放一个光电二极管，一个 用于发射信号，一个用于接收信号。当通过手指的血流量变化 时，光信号的透射率发生变化，光电接收管中的电流量也将发 生变化，从而测量心率值 ；另一种是反射式采集，即用于发射 信号和接收信号的光电二极管都朝向一端，利用血流变化时， 光的反射率发生变化，从而利用光电管中的电流量的变化来测 ————————————————
全面感知 Comprehensive Perception
基于红外技术的简易心率计的设计
雷文礼，袁君丽，任新成
（延安大学 物理与电子信息学院，陕西 延安 716000）
摘 要：心脑血管疾病是人类健康的直接威胁者，简单有效地监测心率是降低人类心脑血管疾病发病率的迫切需求。文
章基于红外技术设计了一种简易心率计，该心率计采用红外对管发射和接收红外信号，采集人体的心率信号，并经过主控芯片
P2.1(A9) P2.0(A8)
40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21
数字心率计
西南交通大学年短学期电子课程设计报告目录一、课题要求二、方案论证与设计三、系统原理框图四、主要电路以及参数计算五、调试步骤六、测试数据及实验结果七、结论八、学习心得九、本作品使用说明十、附录一、课题要求基本要求：实时数字显示心率值（两位半）能够有报警信号显示1）正常2）过快3）过慢提高要求：可显示平均心率心率不齐时有报警信号二、方案论证与设计（1）模拟部分●采集信号用红外反射ST188传感器采集血液流动信号，当血液流动时，由于血液的各项参数指标变化，那么传感器接收到的电流信号就会发生变化，从而从传感器输出的电信号也会发生不同的变化，由于接收到的信号很微弱，数量级在毫伏级别，且同时信号具有低频率，低幅值和干扰性非常强的特点，所以我们对采集到的信号进行放大才能被检测到，从而实现心率的测量与计算。
因此模拟部分电路分为三个模块，放大，滤波，整形。
●放大据资料显示，ST188采集到的人体的心率信号所能转化的电流大概在0.05mV-5mV左右，由于采集到的信号是毫伏级别的，而后面要进行整形的输入信号要达到3V以上，所以对电路的放大倍数的设置是非常重要的。
那么在开始阶段我们借助模拟电子技术的一些资料来设计电路，然后通过软件进行仿真，但是由于实验室无法满足每个电路元件参数的要求，所以我们在实际电路中统一使用了老师给定的电路。
用两个放大电路来实现需要的放大，，每个子电路的放大10，采用的电子电路元件参数为：①680K和2.7K；②680K和2.7倍数都约为2Ｋ。
滤波电源供电时会对电路产生50HZ的工频，且我们采用的是红外线传感器，易受外界影响，这些都会会影响模拟信号的采集和计算，所以需要把这50HZ的工频滤掉且尽量减小外界信号的干扰。
由于人的心率频率大概为3HZ左右，所以我们设置的滤波电路的截止频率为0.23-2.3Hz，由此计算得到高通滤波电路的设计为:①10uF和68K（0.23Hz）；低通滤波电路的设计为：①0.1uF和680K （2.3Hz）；。
课程设计————电子心率计的设计
课程设计说明书正文1：任务分析与方案设计心率计是用来测量一个人心脏单位时间内跳动次数的电子仪器，由于人体各部位心率一致，所以通常测量人手臂处的脉搏即可测出人体心率。
任务要求测出的心率为一分钟内心跳的次数，并显示，测量结果要与标准范围作比较，不在标准范围内则报警。
设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；将其作为计数控制信号，用基准时间一定的方波作为计数脉冲在一个心跳周期内计数，计数值N 与基准时间T 的乘积就是一次心跳的时间。
再对“60/基准时间T ”个脉冲进行N 分频，对分频后的信号计数，其计数值则为本次心率数值。
之后计数器计数值输入到显示器中显示，同时，将其输入的频率进行F/V 转换后与标准电压值作比较，若，测量值不在标准值范围内则报警，即LED 灯亮。
流程图如下。
2：电路设计，元器件参数计算及选择2.1：传感器的选择:红外线检测原理：随着心脏的博动，人体组织半透度随之改变，当血液流回心脏，组织半透度增大，这种现象在人体组织较薄的指尖、耳垂等部位最明显。
用红外发光二极管产生红外线照射到人体上述部位，并用装在一旁的红外光电管来检测机体组织的透明度并转换成电信号，其信号频率与脉搏频率相对应并且其为低频近似的正弦信号。
TCRT5000(L)具有紧凑的结构发光灯和检测器安排在同一方向上，利用红外光谱反射对象电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。
输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。
在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。
因为，电压放大器的输入阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输出阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。
在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。
起到承上启下的作用。
应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证]1[。
红外线心率计解析
放放
R13 30k
A
放放 放放
V3 IC3 7+12V R6 R12 2 ∞ 1N4148 3k 30k C 6 3 + A2 + B R9 4 + C2 390 -10V R7 放放 0.47μ 2k V4
R10 10k
D
+ C3 0.47μ
+12V IC4 7 3 ∞ + 6 2 A3 + E 4 R11 3k
计数、译码、驱动、显示电路
百
a f
十
个
b 放放放放
电路功能：
对来自整形电路的反映心跳 频率的矩形脉冲进行计数，
R10 10k 3
放放
IC4
+ 6 2 - A3 + + 4 R11 3k
放放 放放
R9 390 V4
放放 放放
放放 放放
C2 0.47μ
+
C3 0.47μ
在两级放大电路分别调试完成后， 把手指放在传感器上，V4能按心 跳频率闪烁。
放大、滤波、整形电路仿真结果
门控电路
+12V 放放放 放放放
R14
红外线心率计
教学内容
整机原理框图组成 血液波动检测电路 放大滤波整形电路 门控电路 计数、译码 显示电路 负电源转换电路
基本要求
掌握整机电路组成及工作 原理,并能运用所学过的电
路知识分析、解决电路制
作过程中所遇到的问题。
红外线心率计原理框图
1
血液波动 检测电路
2
放大滤波 整形电路
I2
R3 +12V
I1 I 2
ui uo R1 R3
数字电路课程设计红外线心率计
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：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、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
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。
IC 2、IC 3、IC 4都为LM741。
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A 1、A 2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V 、-10V 。
A 1、A 2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数A uf 为：40006666R R R R A 6834uf ≈⨯=⨯=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V 3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到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。
电类课程设计心率计
电类课程设计心率计一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解心率计的工作原理和基本使用方法，通过学习让学生掌握一定的电子电路知识，提高学生的实践操作能力，培养学生的创新意识和科学精神。
具体分为以下三个维度：1.知识目标：使学生了解心率计的基本结构、工作原理和功能，理解电子电路在生物医学领域的应用，掌握心率信号的检测和处理方法。
2.技能目标：培养学生运用电子电路知识分析和解决实际问题的能力，学会使用心率计进行基本操作，能够进行心率信号的采集、处理和分析。
3.情感态度价值观目标：激发学生对生物医学工程领域的兴趣，培养学生的社会责任感，增强学生运用科学知识服务社会的意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括以下几个部分：1.心率计的基本原理：介绍心率计的工作原理，使学生了解心率信号的产生和检测方法。
2.心率计的结构与功能：讲解心率计的各个组成部分及其功能，让学生掌握心率计的基本使用方法。
3.电子电路在生物医学领域的应用：分析电子电路在生物医学领域的应用实例，让学生了解心率计在医疗保健中的重要性。
4.心率信号的检测与处理：介绍心率信号的检测方法，讲解心率信号的处理技巧，培养学生分析和处理心率信号的能力。
5.心率计的操作与实践：指导学生进行心率计的操作实践，培养学生的动手能力，提高学生运用心率计解决实际问题的能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本节课将采用以下几种教学方法：1.讲授法：讲解心率计的基本原理、结构和功能，使学生掌握心率计的相关知识。
2.案例分析法：分析实际案例，让学生了解心率计在医疗保健领域的应用，提高学生的实际操作能力。
3.实验法：指导学生进行心率计的操作实践，培养学生的动手能力，使学生能够运用心率计解决实际问题。
4.小组讨论法：分组讨论心率计的使用方法和心率信号的处理技巧，培养学生的团队合作意识和沟通能力。
四、教学资源为了保证教学效果，本节课将充分利用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供系统、科学的心率计知识。
(整理)红外线心率计 2
胡雁山资料第三次讨论结果2011150103111 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、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
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 负电源变换电路负电源变换电路的作用是把+12V 直流电变成-10V 左右的直流电压，-10V 电压与+12V 作为运算放大器的电源。
负电源变换电路如图2所示，其中IC 1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。
负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A 点是低电位，则B 点是高电位，C 点是低电位，D 点是高电位。
B 点的高电位通过R 19给C 7充电，当F 点的电压高于IC 1（CD4049）的电平转换电压时，B 点输出低电位，C 点（C 7一端）输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C 7两端的电压通过R 19放电。
当F 点电压低于IC 1的转换电压时，B 点输出高电位，此高电位通过R 19对C 7充电，如此循环。
C 点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D 点得到方波。
当D 点是高电平的时候，V 1导通C 8被充电，大约充到11V 左右，当D 点变成低电平的时候，由于C 8两端电压不能突变，G 点电压被拉到-11V 左右，此时V 2导通， C 9反方向进行充电，使E 点电压达到-10V 左右。
由于带负载的能力不强，当带上负载后，E 点电压大约降到9V 左右。
基于单片机红外线心率计装调实训
第4脚
-
21
放大滤波整形电路 ➢工作原理
对来自光电转换电路的信号进行放大（第一、二级放大 倍数=？），再通过二阶低通滤波电路滤取干扰信号，在 IC3的1脚输出与心率对应的方波信号，各级测试点电压波 形参见下图。
+5V 放 放 放 放 放 放 放
放放放放放放放
放放放放放放放放
C1 10uF R4 + 3k
C1
12
放大滤波整形电路
放放放放 放放放放
？ 放 放 放 放 放
① 来自光电转换电路的信号很微弱（频率为0.7Hz～ 3Hz，幅度为2mV左右），必须对微弱信号进行放大， 因此需先考虑放大电路。
② 而放大后的信号有招很多干扰信号，因此需要低通 滤波电路：既可采用无源滤波器，也可采用有源滤波 器。
③ 放大滤波后的信号为模拟信号，而单片机处理的信号
➢滤波电路
由于来自光电转换电路的心率信号频率很低（0.7—3Hz 左右）,通过放大电路后,叠加了各种频率的干扰信号，应 设法对不必要的成份衰减到足够小,将需要的信号提取出 来,低通滤波器是解决前述问题的方法之一。
低通滤波器可分为有源、无源等，下面主要介绍无源
二阶低通滤波器（如下图）
R
R
+
u1 C
+
C
⑷
R取值范围为一般几k～几十kΩ
如R取10k，C的容量为0.47μF
fc≈12.7Hz
20
放大滤波整形电路
➢整形电路
电路功能：将通过放大、滤除干扰后的模拟信号 转换成数字信号提供单片机进行处理。
+5V
2k
1k 8
10k +
0.47uF
10k 0.47uF +
基于单片机的红外线心率计
基于单片机的红外线心率计结题报告项目负责人：唐建祥部门：星火训练中心开放实验项目名称：基于单片机的红外线心率计参加学生及班级：05电气2班宋人权2007 年 9月 27日项目总结报告摘要:正文:1 系统设计基本原理图如下：其中单片机系统部分框架图如下：2 单元电路设计5V电源电路的原理图检测与放大电路部分原理图：单片机部分原理图：3 软件设计软件流程图如下：中断流程图如下：（1）中断TR0：TR1中断流程图：原代码如下：data1 EQU R7data2 EQU R6data3 EQU R5 ;初始化ORG 00HJMP MAIN ;跳转到主程序ORG 000BHJMP time0ORG 001BHJMP time1ORG 0050HMAIN: ;主程序SETB P1.6MOV TMOD,#11HMOV TL0,#30HMOV TH0,#0F8HMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHMOV IE,#11001010BMOV IP,#08HMOV P2,#0FFHSETB TR0PANGDUAN: ;判断开关JB P1.7,XUEHAOJMP CESHIXUEHAO: ;显示学号mov R7,#04Hmov R6,#00Hmov R5,#02HJMP PANGDUANCESHI: ; 清O所有mov R7,#00Hmov R6,#00Hmov R5,#00HMOV R4,#00HMOV R3,#00HCLR 20H.0SETB TR1;开始计数JISHU:JB P1.4,PANGDUANWAIT:JB 20H.0,STOPSETB P1.6JNB P1.4,CESHIJB P1.7,XUEHAOJNB P1.1,WAITJB P1.1,$CLR P1.6call delay1INC R7CJNE R7,#10,WAITMOV R7,#0INC R6CJNE R6,#10,WAITMOV R6,#0INC R5CJNE R5,#10,WAITMOV R5,#0JMP WAITSTOP: ; 停止程序SETB P1.6JB P1.7,XUEHAOJNB P1.4,CESHIJMP STOPtime0: ；TR0中断PUSH ACCPUSH PSWMOV TL0,#30HMOV TH0,#0F8HMOV DPTR,#TABLE ;input table address MOV A,data1 ;geweimovc A,@A+DPTRmov P0,Aclr P2.3SETB P2.4CALL DELAYMOV A,data2 ;shiweimovc A,@A+DPTRmov P0,ASETB P2.3clr P2.4CALL DELAYMOV A,data3 ;baiweimovc A,@A+DPTRmov P0,ASETB P2.4clr P2.5CALL DELAYSETB P2.5POP PSWPOP ACCRETItime1: ；TR1中断PUSH ACCPUSH PSWMOV TL1,#0B0HMOV TH1,#3CHINC R4CJNE R4,#100,OUTMOV R4,#0INC R3CJNE R3,#6,OUTSETB 20H.0CLR TR1OUT:POP PSWPOP ACCRETITABLE: ；数字表0-9DB 40H,5EH,22H,12H,1CH,11H,01H,5AH,00H,10HDELAY: ；延时程序0MOV R0,#250DJNZ R0,$RETDELAY1: ；延时程序1MOV R1,#100CC:MOV R2,#250AA:DJNZ R2,AADJNZ R1,CCOUT2:RETEND4 系统测试经过对系统的测试，基本达到设计目的系统首先通过红外感应器对人的血液波动做测试，将感应信号转变为电信号。
数字式红外测速仪 课程设计
数字式红外测速仪一、设计技术指标与要求1、用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。
2、测速范围：10 – 990转/分。
3、三位数字显示，显示不允许闪烁。
二、设计目的和要求1、设计目的本课程设计是在前导性验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。
培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。
2、设计要求1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD 进行电路设计和印刷电路板的设计制作；4.学习电子系统电路的安装调试技术；5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。
三、实验原理构思1、转速概念转速是旋转物体的转数与时间之比的物理量,是描述各种旋转机械运转技术性能的一个重要参量。
转速和频率有共同的量纲,都是单位时间内某一量值(脉冲个数、转数) 出现的次数,从理论上讲,转速值可以直接和频率值进行比对。
测时计数是转速计量的基本方法。
测定一定单位时间内旋转物体转过的圈数即频率，可等价为所测旋转物体此时的转速。
2、光电式红外测速仪经查阅资料知道目前在光电式转速表方面使用的检测装置有两种:a. 采用转速标准装置,将定向反射纸贴于装置的测速盘上,由转速标准装置通过测速盘输出标准转速,进行检测。
采用脉冲光源测b. 速装置来检测光电式转速表。
这类检测设备通常由频率信号发生器、频率计数计及一个发光二极管组成。
两种检测装置的工作原理有质的差别。
脉冲光源测速装置能否做为标准,在转速界争议较大。
在电子实习中引入红外线心率计教学实践(1)
1542010年第19期(总第107期)et在电子实习中引入红外线心率计教学实践朱朝霞 唐建祥 詹 雯中国计量学院 浙江杭州 310018摘 要：结合电子实习教学及培养学生工程实践能力的要求，引入红外线心率计作为电子实习制作产品，并介绍了红外线心率计的实践教学流程、教学思路及达到的教学效果。
关键词：电子实习；红外线心率计；实践教学收稿日期：2010-05-24作者简介：朱朝霞，硕士，高级实验师，教学部主任。
电子实习是我校工科专业重要的实践教学环节，学校每年都安排60个班左右学生到工程训练中心参加电子实习。
通过电子实习，使不同专业学生初步获得电子产品生产工艺的基本知识和基本操作技能，为电子技术基础课及专业课程学习建立初步的感性认识并提高学生的工程实践能力即具备：1.手工焊接及常用电子仪器操作技能；2.常用元器件的识别、测试、选用能力；3.电子产品装配、调试能力；4.印刷线路板设计制作能力；5.电路读图能力并利用电路知识，解决实际问题的能力；6.电子产品检验能力；7.编写实训报告能力；8.初步具备设计、开发电子产品的能力。
为了达到上述实践教学目的，需要选择合适的电子实习产品，使学生从产品制作中了解尽可能多的电子相关知识。
而选择合适的电子产品具备以下条件：1.趣味性较强，能引起学生的制作及学习电路知识的兴趣；2.综合性较强，电路能够涵盖常用的模拟电路、数字电路，或以单片机作为控制核心，且硬件内容应多于软件内容；3.具备一定数量的电子元器件作为焊接技术及装配、调试实践，并且能够涉及更多的技术领域。
这样既能锻炼学生硬件电路装配调试能力，又能锻炼学生软件编程技巧、芯片开发能力，提高学生系统级电路的设计水平。
而通常电子实习产品采用购买配套的元件和电路板装配,更多注重产品的焊接、装配过程而不重视产品的调试和检验,忽略对相关领域知识的了解,特别在产品的设计和开发能力上缺乏锻炼。
因此选择合适的实习制作产品就成为提高电子实习教学效果的关键。
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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: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、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。
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、IC3、IC4都为LM741。
+ 12V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A i、A的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。
A i、A与周围元件组成二级放大电路，放大倍数A uf为：R 4 R8A uf 4一= 66 66 4000R 3 R 6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V s检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到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。
R、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A s的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A s是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。
当A的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A s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COMP COMP和场效应管V1组成（参见图6（a））。
当555内部的COMP反相输入端（-）的输入信号V R小于其同相输入端（+）的比较电压V CO（VCO二"IV DD）时，COMP俞出高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0;当COMP同相输入端（+）的输入信号V S大于其反相输入端（-）的比较电压VCd2（1/3V DD）时，COMP俞出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=1。
R D是直接复位端，R D=0 , Q=0 MOSf V是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电(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 R 5对电容C 4进行充电，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) )。
V 6截 止，V 6的C 极为高电位，所以计数器 MC14553不计数，此时 V 5不亮。
② 当按下S 按钮时，2脚电压为0V,低于1/3电源电压。
555内部CMP 俞出高电平(参 见图6(a)),触发器FF 被置“ 1”，即3脚输出“ 1”电平，V 6饱和导通，V 5发光，V 6集电极输作用。
注意：电压V CO 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, 不用时常接0.01卩F 电容到地以防干扰。
这时COMP 勺比较电压为 V D D 3 , 放电7 DISCVD D置“ 0” 6U R Q输入置“1” 2U S输入GNDVCC(b) 555图6 555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。
IC 5 11脚(a) 555 简化符号+12VR 17 200kC5 100VD DR DV coQV S定时器内部电路 放电 DISC1 复位电源45 ' 控制地3输出V5- 计数指示立£76S 11R 141k R 16 8k2RI 5 10kR 31 100k IC 5 NE555V 6 8050 *l 下01U CTw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 缶 给C 6充电，C 6的电压逐渐增高，如图 7（b ）u C6波形。
③ 当C 6的电压充到2/3电源电压的时候，555内CMP 输出高电平，触发器置“ 0”，3脚 输出低电平，V 6集电极输出高电平，因此计数器MC14553的11脚变为高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容 C 6通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的状态， 定时结束。
脉宽TW 可根据下式计算：⑸3位计数电路由MC14553组成的3位计数电路对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD 码的形式输出。
MC14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图 8（a ）所示，有四个 BCD 码输 出端Q 〜Q,可分时输出三组 BCD 码；有三个分时同步控制信号DS 〜DS ,为计数器的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控制端低电平有效。
计数电路包含了 计数和输出驱动电路。
16 15 1413 12 11 10 9 1615 14 13 12 11 10 9 V DD DS 3O.F RCP DISLEQ)V DDfge d cbaMC14553)CD4543DS 2 DS ,CB CA Q 3 C 2 Q1 V SSZ LD C B D A PH BI V SS 123456781 2345678(a) MC14553(b) CD4543图8 集成电路引脚功能图计数器 MC14553真值表如下:表MC14553真值表-R 仃C 6 lnVDDVDD— |V DD=R 17C 6 In 3 =1.1Ri 7C 6式1-1x=任意计数器MC14553的DS i〜DS输出为方波，波形如图8所示。
当按下S i时(参见图7(a )), V5饱和导通，V的C极为低电平，MC14553的11脚变为低电平，计数器开始对送到12脚的从整形电路过来的方波个数进行计数，最大计数为999，计数结果以BCD码的形式从Q0〜Q3输出。
11脚不管是高电平还是低电平，DS〜DS始终是输出图9的方波。
当DS是低电平的时候，个位显示器被选中，Q0〜Q3输出个位要显示的数值；当DS是低电平的时候，十位显示器被选中，Q0〜Q3输出十位要显示的数值；当DS是低电平的时候，百位显示器被选中，Q〜Q输出百位要显示的数值。
DS1图9 DS 1〜DS输出波形图⑹译码、驱动、显示电路3位计数电路、译码、驱动、显示电路如图10所示，它的作用是把计数器输出的计数结果显示在3位数码管上。
译码器CD4543的引脚功能如图8 ( b)所示。
它有了四个输入端： A B、C、D,与计数器的输出端相连；有七个数码笔段输出驱动端：a〜g。
译码器CD4543可以驱动共阴、共阳两种数码管，使用时，只要将PH引脚接高电平，即可驱动共阳极的LED数码管；将PH引脚接低电平，即可驱动共阴极的LED数码管。
显示采取动态扫描的方法，即每一时刻只有一个数码管被点亮，但是交替的频率非常快，由于人眼的视觉残留效应，人眼看到的就是静止的数字显示结果。
计数器送来的数据，经过CD4543翻译成7段字码后，接到数码管的7个笔画端，点亮相应的笔画段。
数码管采用共阳极的。
CD4543的真值表如下：1010 0 1 10 0 0 0 1 1 031010 1 0 0 1 0 0 1 1 0 041010 1 0 10 1 0 0 1 0 051010 1 1 00 1 0 0 0 0 061010 1 1 10 0 0 1 1 1 17101 1 0 0 00 0 0 0 0 0 08101 1 0 0 10 0 0 0 1 0 09101 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 1黑屏101 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1黑屏101 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1黑屏101 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1「黑屏「101 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1黑屏101 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1黑屏IC 46脚输出V6C极个85508550+ 12V16R20 1210k 1110C71000Pb「个百if 十CIAV DD DS1CIB"DS3CLKIC 6QDISQ1Q2MR Q34131~R21 —R 232 4.7k 38550百16 6bcdDD PH LD aAB 395736254CD• fBI V SS g7R24—R30e149 1k 711128图10 3位计数、译码、驱动、显示电路上图IC6 为MC14553 IC7 为CD4543V SS8 :H理原机整图CM寸8S导至O一5,STIE魅攜雋即B泊娜肆—域^§HJ LST豈eD二 詈吝二汴 鱼37S7亠之°1%一rtfEt-55'S 一 臺只宀胃一 斋+•年g frj y ->甫J£ _博羸强—離為+3红外线心率计调试3.1 红外线心率计的调试过程⑴放大、整形、滤波电路的调试电路连接完毕后通电。
测量IC2、IC3的7脚、4脚对直流地的电压（即运放的供电电压），应该为+12V、-10V左右。
测量IC4的7脚、4脚之间的电压，应该为+12V左右。
把食指放在传感器（ON2152的探头上，适当调节压力。
V4应该会有节律的闪烁，闪烁的频率跟心跳的频率吻合。
此时，用示波器测量IC2的6脚波形，应该是放大了R/R3倍的波动信号。
用示波器测量IC3的6脚波形，应该是比IC2的6脚波形放大了R/R6倍的波形（因为放大倍数很大，波形有削顶现象）。