【文章內(nèi)容簡介】 。而壓電陶瓷是人工制造的壓電材料。優(yōu)點是壓電系數(shù)大、靈敏度高、價格便宜，只是溫度穩(wěn)定性和強(qiáng)度不如石英晶體。 電子脈搏計電路原理 圖中所用壓電陶瓷片 BC 是一脈搏傳感器，將它緊貼在人身部位時，它便把人體的脈搏信號轉(zhuǎn)換為電信號。由于該電信號很弱，故先通過運放進(jìn)行放大，然后通過 與 非門進(jìn)行整形，然后送入 IC2 進(jìn)行計數(shù) 。 方案二： 壓電薄膜傳感器的設(shè)計 PVDF 壓電薄膜是一種新型的高分子壓電 材料，在醫(yī)用傳感器中應(yīng)用很普遍。它既具有壓電性又有薄膜柔軟的機(jī)械性能，用它制作壓力傳感器，具有設(shè)計精巧、使用方便、靈敏度高、頻帶寬、與人體接觸安全舒適，能緊貼體壁，以及聲阻抗與人體組織聲阻抗十分接近等一系列特點，可用于脈搏心音等人體信號的檢測。脈搏心音信號攜帶有人體重要的生理參數(shù)信息，通過對該信號的有效處理，可準(zhǔn)確得到波形、心率次數(shù)等可為醫(yī)生提供可靠的診斷依據(jù)。 圖 33為傳感器的阻抗變換器和阻抗曲線 ： 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 12 圖 33 傳感器的阻抗變換器和阻抗曲線 通過比較兩種方案 方案二 壓電薄膜傳感器 雖然精度高 使用方便、靈敏度高、頻帶寬、與人體接觸安全舒適 ， 但是成本很高；方案一目前應(yīng)用更多的是壓電陶瓷片。它在性能上能滿足電子脈搏計的設(shè)計要求，而且成本低是一個重要因素，所以選擇壓電陶 瓷片 。 放大與整形電路 方案一 如圖 34所示，其中非門 G1和 G2構(gòu)成兩級放大器， G3和 G4構(gòu)成施密特觸發(fā)器，完成整形功能。 圖 34 放大整形電路 為了使 G1和 G2非門處于傳輸特性的線性區(qū)，應(yīng)適當(dāng)選取反饋電阻 R1的組值。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 R1 值應(yīng)比非門的輸出電阻R0大兩個數(shù)量級（非門 R0=8～ 15KΩ ),但 R1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)，為此 ,R1值應(yīng)比非門的輸出電阻 Ri小 1～ 2 個數(shù)量級 (非門Ri=1010Ω ),所以 R1=1～ 10МΩ ,可選為 、 。 由非門 構(gòu)成的放大電路，其放大倍數(shù)約為 20倍。一般是不可調(diào)的，如放大倍數(shù)不夠，可采取多級放大器級聯(lián)起來增大放大倍數(shù)。 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 13 G3和 G4門通過正反饋構(gòu)成施密特觸發(fā)器，電阻比值 R2/R3影響其回差值，一般先確定電阻 R3，可根據(jù) R3UOHUTH/IOH(max) 選 R3，式中 UOH為門電路的輸出高電平（≈ VDD）， UTH 為門電路的閾值電壓（≈ VDD/2），IOH(max)為所選門電路的高電平輸出電流最大允許值。由于這里的施密特觸發(fā)器主要用來對輸入電壓進(jìn)行整形并提高抗干擾能力，通?？砂?R2=（ ～ ） R3的關(guān)系來選取電阻R2的阻值。 方案二 如圖 35所示 , 用與非門 D1組成的線性放大器進(jìn)行放大，放大了的信號再由與非門D2進(jìn)整形 , 將電脈沖信號送到 CD40110 的 9 引腳， 元器件 參數(shù)計算和方案一相同。 電路簡單， 能夠滿足設(shè)計要求。 圖 35 放大整形電路 方案比較 經(jīng)過比較， 在能滿足設(shè)計要求的前提下，選方案二。 計數(shù)譯碼顯示電路 方案一 ： 采用集成芯片 CD40110 CD40110 為十進(jìn)制可逆計數(shù)器 /鎖存器 /譯碼器 /驅(qū)動器，具有加減計數(shù) ，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能 ，其詳細(xì)資料見后面核心芯片介紹 。 參數(shù)計算： 數(shù)碼管限流電阻值根據(jù)數(shù)碼管電流的允許值進(jìn)行計算。 限流電阻 R1～ R7可按下式進(jìn)行估算： R1～ 7=UOHUDUCE/IS 式中 UOH 為 CD4511 輸出高電平（≈ VDD）， UD 為 LED 正向工作電壓（約為 ～ 2V），IS為數(shù)碼管的筆段電流（約為 5～ 10mA),UCE 是三極管 T的管壓降（約為 1V），則可求得R1～ R7 約為 ,通常取 510Ω。 若把電路中的某位顯示電路單獨 畫出來，如圖 36所示。 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 14 圖 36 計數(shù)譯碼顯示電路 方案二： 采用 74HC161 十 六 進(jìn)制加減計數(shù)器 ， 譯碼器 CD4511 構(gòu)成計數(shù)譯碼電路 74HC161 是十 六 進(jìn)制計數(shù)器 ，采用兩片 74LS161 芯片設(shè)計一個 100 進(jìn)制計數(shù)器，電路圖 37如下： 圖 37 100 進(jìn)制計數(shù)器 譯碼器的功能是把計數(shù)器 74LS161 輸出的計數(shù)結(jié)果 (BCD 碼 )轉(zhuǎn)換成七段字形碼，以驅(qū)動數(shù)碼管，實現(xiàn)數(shù)字或符號的顯示。 CD4511 是常用的 BCD 碼 —— 七段顯示譯碼器，它本身由譯碼器有輸出緩沖器組成，具有鎖存、譯碼、和驅(qū)動等功能，其輸出最大電流可達(dá) 25mA，可直接驅(qū)動共陰極 LED數(shù)碼管。本設(shè)計 采用 CD4511 作為譯碼器。 CD4511 有四個輸入端 A， B， C， D和七個輸出端 a～ g,它還具有輸入 BCD 碼鎖存、燈測試和熄滅顯示控制功能，它們分別由鎖存端 LE、燈測試端 /LT、熄滅控制端 /BI 來控制。 方案比較 通過比較，選擇方案一，集成度高 ，可以簡化電路，使得電路更簡單，而且 CD40110陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 15 這一芯片價格不是很貴。 時基信號產(chǎn)生電路 時基電路應(yīng)產(chǎn)生一個方波定時脈沖，用來控制計數(shù)器 CD40110 的計數(shù)允許端，以便使計數(shù)器在定時脈沖寬度所固定的時間內(nèi)進(jìn)行對脈搏電脈沖計數(shù)，固定時間為一分鐘。 時基信號產(chǎn)生 有兩種方案： 方案一： CD4060 為了得到精確的定時信號（計數(shù)器的門控信號），采用振蕩，分頻的方法。 CD4060 是一個 14 位二進(jìn)制竄行計數(shù)器（分頻器），但是它內(nèi)部除了有 14 個 T 觸發(fā)器（組成 14 位計數(shù)器）外，還包含一個振蕩器，只要在 CP1， CP0 和 /CP0 端外接電阻和電容，就可以構(gòu)成 RC 振蕩器 . 圖 38 基準(zhǔn)信號電路 為了得到 60 秒脈寬的定時信號， RC 振蕩器的輸出脈沖需經(jīng) 214次分頻得到 ,該單元電路 圖 38 所示 ,則 RC 振蕩脈沖的頻率 f0應(yīng)為 f0=214/60 2=136HZ 電阻 RT的值應(yīng)大于 1KΩ ,電容 CT應(yīng)大于或等于 100PF,一般可先選定電容 CT容量 ,再根據(jù)上式可估算出電阻 RT之值。 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)的差異而引起振蕩周期的變化而接入的， RS的阻值應(yīng)盡量大于 RT，一般可取 RS=10RT，此時 振蕩周期的變化大為減小。 為了得到準(zhǔn)確的振蕩頻率值，實際上 RT和 RS 均應(yīng)采用電位器，以便調(diào)整。 方案二： 采用 5G7555 實現(xiàn) 60 秒脈沖產(chǎn)生電路由 555 定時器和外接元件 R C2構(gòu)成多諧振蕩器。 輸出脈沖的頻率為： 經(jīng)過計算得到 f≈ ，即 60 秒。 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 16 電路原理圖 39 圖 39 經(jīng)過方案比較 選擇方案二 ，方案二簡單，應(yīng)用到的元器件少，成本低。 電子脈搏計整機(jī) 電路原理圖 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 17 陜西國防學(xué)院電子工程系畢業(yè)論文 18 第四章 核 心芯片 介紹 核心芯片 CD40110介紹 CD40110簡