基于单片机的心率计的设计(3)

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P3口 8位准双向I/O口线, P3.0~P3.5

图3-1 AT89S52的引脚

单片机最小系统，是指用最少的原件组成的单片机可以工作的系统。

AT89S52是片内有EPROM的单片机。因此，用这种芯片构成的最小系统简单、可靠。用AT89S52单片机构成最小应用系统时，只要将单片机接上时钟电路和复位电路以及扩展的简单I/O口即可，如图4-1所示。由于受集成度、片内功能的限制，最小应用系统只能用作一些小型的控制单元。其应用特点为：

有可供用户使用的较多的I/O口线。由于不需要扩展外部存储器，EA应接高电平，P0、P1、P2、P3均作为用户I/O口使用。

内部存储器容量有限。

应用系统开发具有特殊性。如AT89S52的应用软件须依靠半导体厂家用半导体掩膜技术置入，故AT89S52应用系统一般用作大批量生产的应用系统。另外，P0、P2口的应用与开发环境差别较大。

单片机最小系统由CPU主器件，，数据地址锁存器，译码器，TTL或非门，TTL与非门，3位8段共阳极数码管，三极管，开关二极管，单片机时钟晶振。

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图3-2 单片机最小系统原理图

3.2 -12V电源

-12V电源由555定时器生成，原理图如图3-3 所示：

图3-3 -12V电源电压原理图

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-12V电源电压仿真图如图3-4 所示：

图 3-4 -12V电源电压仿真图

3.2 信号采集电路

3.2.1 OPT101的技术性能

OPT101型传感器是美国B-B公司研制的集光敏器件（光敏二极管）与信号放大于一体的器件.采用单电源供电，压电输出。输出电压随照射到光敏器件的光强度呈线性变化。可用于医疗仪器、实验室仪表、位置与接近探测、图像分析、条线码扫描器、温室的光照度控制等。OPT101型传感器内部电路结构如图3-2所示。

OPT101型传感器的性能、特点： （1）单电源供电 +2.7V~~+36V （2）光敏二极管的尺寸：0.09*0.09in （3）片内放大器反馈电阻：Rf=1MΩ （4）光敏二极管响应：0.45A/W(650nm时) （5）响应带宽：14K Hz（Rf=1MΩ） （6）静态电流：120?mA

(7) 采用8引脚DIP，5引脚SIP，与8引脚表面贴装封装

（8）工作温度： 0~ 70℃ （9）输出电压: 0~~50mV

信号经过光电管采集后，输入电路中，电路将会将背景噪声滤除，4 5连接

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后即构成了一个基本应用网络。

红外接收二极管在红外光的照射下能产生电能，单个二极管能产生O.4 V电压，0.5 mA电流。由此看来，所谓脉搏信号的拾取实际上是通过红外接收二极管，在有脉和无脉时暗电流的微弱变化，再经过电路的处理后而得到的。从5端口输出的信号为0mV--50mV的电压信号。由于比较电路的设计为0V—5V的方波，所以该信号不符合要求，需要经过100倍放大后才能作为输入信号。所以设计了放大电路对输出信号进行处理。

图 3-5 OPT101型传感器内部电路结构

信号采集电路如图4-2所示。D1与Vb组成光电传感器。因光电传感器输出的点脉冲信号时非常微弱的信号，而且频率很低（如脉搏50次/分钟为0.78Hz，200次/分钟为3.33Hz），并且还伴有各种噪声干扰，故该信号要经过R3、C1低通滤波，去除高频干扰。当传感器检测到较强的干扰光线时，其输出端的直流电压信号会有很大变化。

为了便于后续电路对信号的处理，其中发光二极管位传感器提供探测光源，C.R2 组成高通滤波网络，，其传输函数位

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频带截止频率为

f =1/(2πRC)

经电路处理后，信号从5号端口输出，信号为0mV—50mV的电压信号。

信号经过光电管采集后，输入电路中，电路将会将背景噪声滤除，4 5连接后即构成了一个基本应用网络。信号经处理后由3端口输出到下一级的放大电路中进行信号的整形与放大。经处理后，信号经由6号管脚输出。

图3-6 信号采集电路

3.3 信号放大线路 3. 3.1 一级放大电路

这些低成本JFET输入运算放大器整合在一个单片集成电路上，是目前国家最先进的线性技术。每个内部补偿运算放大器具有良好的匹配低输入高电压JFET输入设备的偏移电压。该技术提供广泛的BIFET带宽和快速的低输入偏置电流的转换速率，输入失调电流和电源电流。这些器件在单、双和四引脚与业界标准运算放大器MC1741兼容。集成运放TL184CN的最大额定值如表3-1所示。 OP07的性能特点：

（1）输入失调6.0 mV和15 mV的最大电压选项 （2）低输入偏置电流：30pA

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