【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 由于只需要4mv5mv左右的電壓輸出，就可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。由本次試驗(yàn)，可以得知壓電陶瓷片可以實(shí)現(xiàn)我們所要達(dá)到的目標(biāo)。信號(hào)調(diào)理電路包括對(duì)信號(hào)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(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)方便等優(yōu)點(diǎn)，微伏級(jí)的信號(hào)一般采用調(diào)制、解調(diào)方式作前級(jí)放大，就是一個(gè)乘法器一（類似于收音機(jī)的解調(diào)電路）。但在數(shù)字電路系統(tǒng)中，也常用非門來構(gòu)成線性放大器。門電路的轉(zhuǎn)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(huì)導(dǎo)致放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，甚至使放大器達(dá)到飽和，所以第一級(jí)放大器的放大倍數(shù)不能太高。因此還需要另一個(gè)放大器。同時(shí)完成放大工作后還需對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形，這里運(yùn)用施密特觸發(fā)器，完成整形功能。 信號(hào)調(diào)理單元框圖下面，將分別介紹這兩個(gè)部分。放大與電路是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn),脈搏測(cè)量?jī)x要求在脈搏信號(hào)頻率范圍內(nèi)，不失真的放大所采集的微弱信號(hào),這要求所用的放大器必須具有低噪聲,低漂移,低失調(diào)參數(shù),高共模抑制比,高輸入阻抗,線形度小等特點(diǎn)。為了達(dá)到上述要求,。 放大電路圖 其中非門D4A和D4B構(gòu)成兩級(jí)放大器，為了使D4A和D4C兩個(gè)非門處于傳輸特性的線性區(qū)，應(yīng)適當(dāng)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(hào)直接饋通。一般R1R17的阻值應(yīng)比非門的輸出電阻RO大兩個(gè)數(shù)量級(jí)(非門R。=8～15 kfl,)，但R1R17的阻值也不能太大，否則將使工作點(diǎn)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(gòu)成的放大電路，其放大倍數(shù)約為20倍，且一般是不可調(diào)的。如放大倍數(shù)不夠，可采取多級(jí)放大器級(jí)聯(lián)來增大放大倍數(shù)。D4C和D4D門通過正反饋構(gòu)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(jù)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(dāng)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(duì)輸入電壓進(jìn)行整形，以提高抗干擾能力，通?？砂碦14一(0. 01～)Ris的關(guān)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(gòu)成的放大電路具有功耗小、穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)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(cè)到數(shù)字信號(hào)，因此，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路后得到的模擬信號(hào)必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。這里有兩個(gè)方案可以選擇。方案一: 使用三極管進(jìn)行整形. 三極管整形電路方案二：使用施密特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)整形。只要使用一個(gè)施密特觸發(fā)器，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于信號(hào)的整流作用。由于三極管的調(diào)試較為復(fù)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(gòu)成施密特觸發(fā)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，因此選用555芯片來完成該項(xiàng)任務(wù)。 D4C和D4D門通過正反饋構(gòu)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(jù)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(dāng)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(duì)輸入電壓進(jìn)行整形，以提高抗干擾能力，通常可按R14一(0. 01～)Ris的關(guān)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(gòu)成的放大電路具有功耗小、穩(wěn)定性高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是輸出阻抗高和上限頻率較低。由于VCC=5V，所以，當(dāng)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(hào)被轉(zhuǎn)化為5V左右的信號(hào)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，脈搏信號(hào)在本級(jí)可以被轉(zhuǎn)化為能被單片機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。 整形電路時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)定時(shí)(1 min)方波脈沖的控制信號(hào)，使計(jì)數(shù)器在定時(shí)脈沖寬度固定的時(shí)間內(nèi)對(duì)脈搏電脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了得到頻率較低、脈沖寬度一定的定時(shí)信號(hào)（計(jì)數(shù)器的門控信號(hào)），通常采用“振蕩加分頻”的方法。先用振蕩器產(chǎn)生高頻脈沖，然后經(jīng)數(shù)次分頻得到所要求的時(shí)基信號(hào)，這種方法能獲得十分精確的脈沖寬度。現(xiàn)在有一些集成電路，其內(nèi)部同時(shí)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(gè)14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器（分頻器），它內(nèi)部除了有14個(gè)T觸發(fā)器（組成14位計(jì)數(shù)器）外，還包含一個(gè)振蕩器，只要在CPi、CPo和CPo端外接電阻和電容，就可以構(gòu)成RC振蕩器。CD4060的典型應(yīng)用電路如圖331所示。當(dāng)CD4060接成RC振蕩器時(shí)，其振蕩頻率fo與Rr、CT之間有以下近似關(guān)系： Fo=1／(2. 2RrCT)電阻RT的值應(yīng)1 kfl，電容CT應(yīng)≥100 pF，一般可先選定電容CT的容量，再根據(jù)上式估算出電阻值。圖331 CD4060的典型應(yīng)用電路時(shí)信號(hào)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(shù)差異而引起的振蕩周期的變化而接入的。Rs的阻值應(yīng)盡量大于Rr，一般可取Rs一10R，r，此時(shí)振蕩周期的變化可大為減小。為了得到準(zhǔn)確的振蕩頻率值，實(shí)際上RT和Rs均應(yīng)采用電位器，以便于調(diào)整。為了產(chǎn)生60 s的定時(shí)脈沖，根據(jù)CD4060的典型應(yīng)用電路，修改外圍電阻、電容的參數(shù)，很容易得到所需要的時(shí)鐘脈沖。時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路如圖332所示。圖332 時(shí)基信號(hào)產(chǎn)生電路 芯片CD4060由一振蕩器和14級(jí)二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器位組成，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路，CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效。所有的計(jì)數(shù)器位均為主從觸發(fā)器。在CP1(和CP0)的下降沿計(jì)數(shù)器以二進(jìn)制進(jìn)行計(jì)數(shù)。在時(shí)鐘脈沖線上使用斯密特觸發(fā)器對(duì)時(shí)鐘上升和下降時(shí)間無限制。CD4060引腳功能圖 CD4060內(nèi)部方框圖Absolute Maximum Ratings 絕對(duì)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(dǎo)體公司生產(chǎn)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(chǎn)同一功能和類型的芯片，但各個(gè)公司均有自己的一套命名方法表示型號(hào)，以期能夠識(shí)別。計(jì)數(shù)譯碼顯示電路是脈搏測(cè)試儀的重要組成部分，計(jì)數(shù)器的類型很多，選擇余地較大，如十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS16十進(jìn)制計(jì)數(shù)器／脈沖分配器CD401雙十進(jìn)制計(jì)教器74LS390、異步二一五一十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS290、CMOS雙十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器CC451CD4553三位BCD計(jì)數(shù)器等，但最好選用有選通脈沖輸出控制的計(jì)數(shù)器，以便采取動(dòng)態(tài)掃描顯示方式，這樣可大大簡(jiǎn)化電路，節(jié)省元器件。這