【文章內容簡介】 由于只需要4mv5mv左右的電壓輸出，就可以實現設計要求。由本次試驗，可以得知壓電陶瓷片可以實現我們所要達到的目標。信號調理電路包括對信號的放大和整形部分。由于傳感器輸出的電壓比較小，在幾毫伏左右，且頻率較低，需要低噪聲，低漂移，高輸入阻抗的放大器，所以選擇使用儀表放大器。如美國AD公司的專用放大器AD6系列，其具有輸入阻抗高和輸出阻抗低以及調節(jié)電壓放大倍數方便等優(yōu)點，微伏級的信號一般采用調制、解調方式作前級放大，就是一個乘法器一（類似于收音機的解調電路）。但在數字電路系統中，也常用非門來構成線性放大器。門電路的轉換特性如圖329所示，如果使它工作在線性區(qū)，它就有電壓放大能力。通過改變門電路的輸出端、輸入端所連接的反饋電阻，可使其工作在線性區(qū)。肌電干擾可能會導致放大器的靜態(tài)工作點偏移，甚至使放大器達到飽和，所以第一級放大器的放大倍數不能太高。因此還需要另一個放大器。同時完成放大工作后還需對信號進行整形，這里運用施密特觸發(fā)器，完成整形功能。 信號調理單元框圖下面，將分別介紹這兩個部分。放大與電路是整個系統設計的重點,脈搏測量儀要求在脈搏信號頻率范圍內，不失真的放大所采集的微弱信號,這要求所用的放大器必須具有低噪聲,低漂移,低失調參數,高共模抑制比,高輸入阻抗,線形度小等特點。為了達到上述要求,。 放大電路圖 其中非門D4A和D4B構成兩級放大器，為了使D4A和D4C兩個非門處于傳輸特性的線性區(qū)，應適當選取反饋電阻R1R17的阻值。其阻值不能太小，否則非門的輸出與輸入之間的信號直接饋通。一般R1R17的阻值應比非門的輸出電阻RO大兩個數量級(非門R。=8～15 kfl,)，但R1R17的阻值也不能太大，否則將使工作點穩(wěn)定性變差，甚至有可能偏離出線性區(qū)，在這里取R16 =R17=20 k?。由非門構成的放大電路，其放大倍數約為20倍，且一般是不可調的。如放大倍數不夠，可采取多級放大器級聯來增大放大倍數。D4C和D4D門通過正反饋構成施密特觸發(fā)器，電阻比值R14 /R15影響其回差值，一般先確定電阻R15，可根據公式求得R15的值。R15≥(UOHUTH) /IOHmax 式中，UOH為門電路的輸出高電平(UOH≈VDD)；UTH為門電路的閾值電壓(UTH一VDD/2)。 IOHma。為所選門電路的高電平輸出電流最大允許值。 當R15選定后，即可確定電阻R14的阻值，由于這里的施密特觸發(fā)器主要用來對輸入電壓進行整形，以提高抗干擾能力，通?？砂碦14一(0. 01～)Ris的關系來選取電阻R14的阻值。 在這里選取R14 =22 k?．R15=220k?。 由門電路構成的放大電路具有功耗小、穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點，缺點是輸出阻抗高和上限頻率較低。 整形電路由于芯片只能檢測到數字信號，因此，經過信號調理電路后得到的模擬信號必須轉換為數字信號。這里有兩個方案可以選擇。方案一: 使用三極管進行整形. 三極管整形電路方案二：使用施密特觸發(fā)器來實現整形。只要使用一個施密特觸發(fā)器，就可以實現對于信號的整流作用。由于三極管的調試較為復雜，且工作性能不如施密特觸發(fā)器穩(wěn)定，所以我們選用施密特觸發(fā)器。D4C和D4D門通過正反饋構成施密特觸發(fā)器，結構簡單，使用方便，因此選用555芯片來完成該項任務。 D4C和D4D門通過正反饋構成施密特觸發(fā)器使用施密特觸發(fā)器后。 施密特觸發(fā)器工作波形電阻比值R14 /R15影響其回差值，一般先確定電阻R15，可根據公式求得R15的值。R15≥(UOHUTH) /IOHmax 式中，UOH為門電路的輸出高電平(UOH≈VDD)；UTH為門電路的閾值電壓(UTH一VDD/2)。 IOHma。為所選門電路的高電平輸出電流最大允許值。 當R15選定后，即可確定電阻R14的阻值，由于這里的施密特觸發(fā)器主要用來對輸入電壓進行整形，以提高抗干擾能力，通?？砂碦14一(0. 01～)Ris的關系來選取電阻R14的阻值。 在這里選取R14 =22 k?．R15=220k?。 由門電路構成的放大電路具有功耗小、穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點，缺點是輸出阻抗高和上限頻率較低。由于VCC=5V，所以，當輸入電壓大于2/3VCC，電路就可以輸出高電平，然后一直持續(xù)到1/3VCC，電路開始輸出低電平。在前面的電路中，脈搏信號被轉化為5V左右的信號，經過實驗驗證，脈搏信號在本級可以被轉化為能被單片機識別的數字信號。 整形電路時基信號產生電路應產生一個定時(1 min)方波脈沖的控制信號，使計數器在定時脈沖寬度固定的時間內對脈搏電脈沖進行計數。為了得到頻率較低、脈沖寬度一定的定時信號（計數器的門控信號），通常采用“振蕩加分頻”的方法。先用振蕩器產生高頻脈沖，然后經數次分頻得到所要求的時基信號，這種方法能獲得十分精確的脈沖寬度?，F在有一些集成電路，其內部同時包含振蕩和分頻兩部分電路，使用起來十分方便，例如CD4060和CD4040。 CD4060是一個14位二進制串行計數器（分頻器），它內部除了有14個T觸發(fā)器（組成14位計數器）外，還包含一個振蕩器，只要在CPi、CPo和CPo端外接電阻和電容，就可以構成RC振蕩器。CD4060的典型應用電路如圖331所示。當CD4060接成RC振蕩器時，其振蕩頻率fo與Rr、CT之間有以下近似關系： Fo=1／(2. 2RrCT)電阻RT的值應1 kfl，電容CT應≥100 pF，一般可先選定電容CT的容量，再根據上式估算出電阻值。圖331 CD4060的典型應用電路時信號注意電阻Rs是為了改善振蕩器的穩(wěn)定性，減少由于器件參數差異而引起的振蕩周期的變化而接入的。Rs的阻值應盡量大于Rr，一般可取Rs一10R，r，此時振蕩周期的變化可大為減小。為了得到準確的振蕩頻率值，實際上RT和Rs均應采用電位器，以便于調整。為了產生60 s的定時脈沖，根據CD4060的典型應用電路，修改外圍電阻、電容的參數，很容易得到所需要的時鐘脈沖。時基信號產生電路如圖332所示。圖332 時基信號產生電路 芯片CD4060由一振蕩器和14級二進制串行計數器位組成，振蕩器的結構可以是RC或晶振電路，CR為高電平時，計數器清零且振蕩器使用無效。所有的計數器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計數器以二進制進行計數。在時鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對時鐘上升和下降時間無限制。CD4060引腳功能圖 CD4060內部方框圖Absolute Maximum Ratings 絕對最大額定值： 注意：本電路中CD4060的集成電路是采用飛思卡爾半導體公司生產的MC54HC4060J，它的功能與CD4060完全一致。世界上許多著名的芯片公司均生產同一功能和類型的芯片，但各個公司均有自己的一套命名方法表示型號，以期能夠識別。計數譯碼顯示電路是脈搏測試儀的重要組成部分，計數器的類型很多，選擇余地較大，如十進制計數器74LS16十進制計數器／脈沖分配器CD401雙十進制計教器74LS390、異步二一五一十進制計數器74LS290、CMOS雙十進制同步計數器CC451CD4553三位BCD計數器等，但最好選用有選通脈沖輸出控制的計數器，以便采取動態(tài)掃描顯示方式，這樣可大大簡化電路，節(jié)省元器件。這