【正文】 也叫做濾波器電路的幅頻特性。二階有源低通濾波器電路圖如下圖所示：圖36 二階有源低通濾波器因?yàn)楸粶y(cè)信號(hào)混有1000Hz的干擾尖脈沖，所以設(shè)計(jì)的有源濾波的截止頻率為1000Hz左右。此外，集成電壓比較器的輸出電平一般可與TTL等數(shù)字邏輯電平直接兼容，而無(wú)需外加限幅電路。當(dāng)VI由 繼續(xù)上升，Vo1保持不變。 利用CD4046鎖相環(huán)及計(jì)數(shù)器構(gòu)成的倍頻電路CD4046是通用的CMOS鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為3V－18V），輸入阻抗高(約100MΩ)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0為10kHz下功耗僅為600μW，屬微功耗器件。 　　9腳壓控振蕩器的控制端。在上升到Uth前，電路輸出為高電平1。這個(gè)任務(wù)由本部分電路實(shí)現(xiàn)。 圖318 用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器其工作原理為：起始狀態(tài)：接通電源前電容C上無(wú)負(fù)荷，所以接通電源瞬間，C來(lái)不及充電，故Uc等于0，比較器C1輸出為1，C2輸出為0，基本RS觸發(fā)器Q=1，~Q=0，Uo=Uoh，Td截止。 啟動(dòng)清零的控制整個(gè)電路的啟動(dòng)、清零的控制將由這部分電路來(lái)完成，方案有可自啟動(dòng)及自動(dòng)清零、手動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)清零和手動(dòng)啟動(dòng)手動(dòng)清零等電路，比較之下，手動(dòng)啟動(dòng)手動(dòng)清零電路最簡(jiǎn)單，且易于實(shí)現(xiàn)，因此此次設(shè)計(jì)選用手動(dòng)啟動(dòng)手動(dòng)清零電路來(lái)控制電路的啟動(dòng)和清零。MR：復(fù)位端，高電平有效。2001是電子線路仿真軟件EWB(ElectronicsMultisimMultisimMultisimMultisim圖45 濾波電路圖46 被測(cè)信號(hào)經(jīng)放大后再濾波的波形說(shuō)明：幅度小的為被測(cè)信號(hào)放大后的波形，幅度較大的為濾波電路。圖411 閘門時(shí)間電路圖412 閘門信號(hào)波形 控制電路控制電路用來(lái)控制電路的啟動(dòng)、清零等，具體仿真電路如圖413所示，圖中開(kāi)關(guān)K1為單刀單擲開(kāi)關(guān)，控制555電路的啟動(dòng)，同時(shí)，當(dāng)開(kāi)關(guān)K1接高電平時(shí)，6線接4024的清零端，使4024清零，不致影響下次的測(cè)量。通過(guò)對(duì)放大電路以后的電路仿真，基本可以達(dá)到要求，但在計(jì)數(shù)數(shù)值上與給定的計(jì)數(shù)脈沖還存在差距，通過(guò)檢測(cè)，查出了是閘門電路的時(shí)間信號(hào)不夠準(zhǔn)確的原因，由于定時(shí)時(shí)間由電阻與電容的參數(shù)決定，所以解決的方法是與電阻R1串聯(lián)一個(gè)可以進(jìn)行微調(diào)的電位器即可，通過(guò)反復(fù)測(cè)試，完全可以達(dá)到精確定時(shí)的目的，同時(shí)倍頻電路也是產(chǎn)生誤差的一個(gè)原因，應(yīng)該盡量做到倍頻后的信號(hào)對(duì)稱，這樣才能更精確。我們此次設(shè)計(jì)用到的仿真測(cè)試，根據(jù)方案的正確選擇得以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)成功進(jìn)行了仿真結(jié)果分析。再次，我還要向四年來(lái)學(xué)校內(nèi)幫助過(guò)我，教授給我知識(shí)，做人的道理，做事的態(tài)度的老師們表示最真誠(chéng)的感謝和祝福，是他們的辛勤和汗水培育了我，是他們的精神鼓舞了我，使我能夠不懈努力和拼搏。41參 考 文 獻(xiàn)參考文獻(xiàn) [1] [2] [3] 蔡建新,[4] [5] 荀殿棟, [6] [7] [8] [9] [10] —基于Multisim 7amp。心率計(jì)的工作過(guò)程主要分為：通過(guò)壓電傳感器，采集信號(hào)將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑷醯碾娦盘?hào)；然后將得到的電信號(hào)通過(guò)放大電路、濾波整形電路進(jìn)行放大、濾波、整形；由閘門電路產(chǎn)生閘門時(shí)間信號(hào)控制信號(hào)的計(jì)數(shù)時(shí)間，同時(shí)由控制電路進(jìn)行啟動(dòng)控制、清零計(jì)數(shù)控制；將測(cè)量結(jié)果由4511BD譯碼鎖存；最終的結(jié)果由三位數(shù)碼管顯示電路顯示出來(lái)。它的清零、計(jì)數(shù)由控制電路控制。 倍頻電路倍頻電路由最基本的二倍頻電路級(jí)聯(lián)而成，其工作原理在上一章中已論述，這里不再贅述，下圖是由兩個(gè)實(shí)用二倍頻電路和一個(gè)快速二倍頻電路組成的8倍頻電路。 圖42 放大電路 圖43 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)置參數(shù)圖44 放大電路的波形說(shuō)明：波形圖中幅度較小的波形為放大前信號(hào)，幅度較大的為放大后信號(hào)，注意兩個(gè)波形的縱坐標(biāo)每格代表的幅值不同。2001還提供了與國(guó)內(nèi)外流行的印刷電路板設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件Protel及電路仿真軟件PSpice之間的文件接口，也能通過(guò)Windows的剪貼板把電路圖送往文字處理系統(tǒng)中進(jìn)行編輯排版，同時(shí)還支持VHDI和Verilog MultisimMultisimA3,A2,A1,A0為8421BCD碼輸入端，高位到低位依次為A3~A0。但在計(jì)數(shù)、譯碼、鎖存以及驅(qū)動(dòng)等芯片的選擇上有所區(qū)別，不同的芯片功能有所差別，相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)也有差別。自動(dòng)翻轉(zhuǎn)Ⅱ：當(dāng)電容C放電、Uc下降到時(shí)，比較器C2輸出跳變?yōu)?，基本RS觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)為1狀態(tài)，Q=~Q=0、Uo=Uoh,Td截止，即暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ。其優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)生的時(shí)間基準(zhǔn)十分精確，誤差小，電路穩(wěn)定，缺點(diǎn)是只能產(chǎn)生頻率為2n的方波信號(hào)，因而需要將上述基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行42分頻得到周期為1s的方波信號(hào)，然后再通過(guò)5進(jìn)制及15進(jìn)制的計(jì)數(shù)器得到相應(yīng)的時(shí)間控制信號(hào)，這樣電路接線極其復(fù)雜，成本高，不易調(diào)試。在Multisim中不存在CD4046元件，且創(chuàng)建新元件是一項(xiàng)浩大的工程，而用門電路組成的倍頻電路簡(jiǎn)單易行，可實(shí)現(xiàn)2的N次方倍頻。 14腳信號(hào)輸入端。 　　4腳壓控振蕩器輸出端。方案三：用集成施密特觸發(fā)器圖311 74LS14D圖形符號(hào)由于集成施密特觸發(fā)器電路簡(jiǎn)單，工作可靠，故此次設(shè)計(jì)的整形電路選用集成施密特觸發(fā)器74LS14D。因此，電壓傳輸特性如圖38。方案一：利用集成運(yùn)放組成的電壓比較器根據(jù)比較器的閾值電壓和傳輸特性來(lái)分類，常用的比較器有過(guò)零比較器、單限比較器、滯回比較器和雙限比較器等。心率信號(hào)是低頻信號(hào)，為防止中高頻信號(hào)對(duì)測(cè)量的影響，應(yīng)該用低通濾波器濾除中高頻信號(hào)，只讓低頻信號(hào)通過(guò)電路，同時(shí)把被測(cè)信號(hào)放大。但是此方案的電路的元件較多，集成運(yùn)放簡(jiǎn)單可靠，且同相比例放大電路輸入電阻高，所以此次設(shè)計(jì)選用LM324組成的同相比例放大電路來(lái)放大被測(cè)信號(hào)。 圖32 恒流源原理圖運(yùn)放的正輸入端其電位為： （32）其中要求27kΩ和3kΩ電阻的阻值極為精確，其溫度系數(shù)要小，應(yīng)選用金屬膜電阻。作為家庭生活保健用品，選擇一款質(zhì)量、體積都比較小，性能穩(wěn)定的，價(jià)格適中的壓電傳感器為妙。這兩種傳感器均只能用于專業(yè)的醫(yī)用領(lǐng)域和其他特殊領(lǐng)域，而不適用于家庭保健，因此不作為本次設(shè)計(jì)選用的傳感器。根據(jù)前面的方案論證，滿足心率計(jì)要求的傳感器有：光電式傳感器和壓電式傳感器。 采用直流電源供電方式便攜式心率計(jì)一般采用三節(jié)5V直流干電池直接對(duì)電路進(jìn)行供電，這種供電方式方便、實(shí)用?？紤]到每個(gè)模塊都可以有多種實(shí)現(xiàn)方案，下面通過(guò)比較各種方案，來(lái)選擇最優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方案。提高整形后脈沖信號(hào)的頻率，以此在短時(shí)間內(nèi)測(cè)得心率的數(shù)值。選用合適的傳感器，將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。周期測(cè)量法：采用單片機(jī)內(nèi)的一個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以單片機(jī)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器周期作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號(hào)Ts。本次設(shè)計(jì)采用半導(dǎo)體壓力傳感器2S5M，其敏感元件為半導(dǎo)體應(yīng)變片。因此不適用于本課題的設(shè)計(jì)。所謂光電效應(yīng)即是由于物體吸收了能量為E的光后產(chǎn)生的電效應(yīng)。壓電式傳感器用于測(cè)量力和能變換為力的非電物理量，如壓力、加速度等(見(jiàn)壓電式壓力傳感器、加速度計(jì))。優(yōu)點(diǎn)是溫度穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，可以實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，具有平均效應(yīng)。電感式傳感器：是利用線圈自感或互感的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的一種裝置，可以用來(lái)測(cè)量位移、振動(dòng)、壓力、流量、重量、力矩、應(yīng)變等多種物理量。利用單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、抗干擾能力強(qiáng)、穩(wěn)定性能好、電路成本低、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，其功能可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，并且實(shí)現(xiàn)的方式比較靈活，適合實(shí)際應(yīng)用，是一種很理想的設(shè)計(jì)方案，但是不宜通過(guò)軟件進(jìn)行仿真。心率的數(shù)值根據(jù)個(gè)人的年齡、性別及其他生理情況而不同。如：液態(tài)傳感器，將單位長(zhǎng)度管段動(dòng)脈內(nèi)血液體積隨時(shí)間變化量轉(zhuǎn)換成導(dǎo)電液柱體電阻的改變參量來(lái)測(cè)量脈搏波形。英國(guó)人Marey最早設(shè)計(jì)了以彈簧為動(dòng)力的杠桿式脈搏傳感器，并記錄了橈動(dòng)脈脈搏波。 主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù) 計(jì)數(shù)范圍：1～999。完成對(duì)設(shè)計(jì)的電子線路和系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)。新技術(shù)和新工藝使傳感器和實(shí)驗(yàn)室儀表兩者成為同一個(gè)芯片，這是全新的提高。心率是一種重要的生理參數(shù)，它反應(yīng)了人體心臟工作的頻率。本次設(shè)計(jì)任務(wù)詳細(xì)分析了壓電傳感器應(yīng)用于心率測(cè)量上的原理及優(yōu)點(diǎn)，闡述了其他各配合電路的組成與工作特點(diǎn)，得出了在不同測(cè)量數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)條件下的仿真結(jié)果，使得本次課題的預(yù)期結(jié)果得以實(shí)現(xiàn)。目錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)基于壓電傳感器的心率計(jì)的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與仿真學(xué) 院： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2010 年 6 月摘 要脈搏波所呈現(xiàn)出來(lái)的形態(tài)、強(qiáng)度、速率和節(jié)律等方面的綜合信息，能反映出人體心血管系統(tǒng)中許多生理疾病的血流特征。關(guān)鍵詞：壓電傳感器，控制電路，計(jì)數(shù)器， Multisim2001仿真軟件AbstractThe shape, intensity, speed, and rhythm of pulse signals mostly reflect the physical and pathological characters of heartblood system in human bodies. According to the characteristics of the human pulse signals, a pulse fluctuation frequency measurement system is designed. The design of piezoelectric sensors on the basis of heart rate, the main principle behind the structure from the six ponents, including: measuring circuit, amplifier, filter plastic circuit, counts show circuit, control circuits, power supply circuits. The selection of these sensors is the primary task in the design, followed by the signal is enlarged and the number of circuit design, the key point is counting circuit in the counting method choice. Show circuit can use the traditional design module as a reference. Use of piezoelectric sensors, will feel the pulse of the human body through the piezoelectric ceramics can handle the conver