基于单片机的心率计的设计(4)

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（3）低输入失调电流：5.0pA （4）增益带宽：40 MHz （5）高压摆率：13V/us

（6）低电源电流：每个放大器1.4mA （7）高输入阻抗：1012 ?

表3-1 TL184CN的最大额定值

类别

电源电压

符号 VCC VEE

大小 18 -18

±30 ±15 连续，没中断 0~~+70 -65~~150

单位 V

差分输入电压 输入电压范围 输出短路持续时间 操作环境温度范围 储藏温度范围

Vid Vidr Tsc TA Tstg

V V ℃ ℃

心率计的主要原理是随着心脏的搏动，人体组织半透明度随之改变。当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小;当血液流回心脏，组织的半透明度增大。这种现象在人体组织较薄的手指尖、耳垂等部位最为明显。当用光电红外传感器接收到该变化后，但由于该变化很微弱，这就需要放大器对其进行放大，这就是一级放大电路。放大电路如图4-3所示。

Ad?UoR??2 UiR1R3?R1//R2

对此部分电路进行分析如下:

首先,有理想放大器的虚短和虚断的性质有:

I1?I2 U1?U2?0

因此：

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IR1?IR2

放大倍数为：

Ad?Uo Ui由以上式可以得出:

Ad??R2 R1为了抑制温漂，所以选择

R3?R1//R2

因此配置的电阻为：

R1?6K?，R2?60K?，R3?5.4K?

Ad??R2?10 R1由于上一级OPT101的输出电压为0mV—50mV,经次一级放大后为0mV—500mV，未能符合电压比较器的输入要求，故信号传输进下一级放大电路。

图 3-7 放大电路

C2为电解电容，开始使用的电容为0.1u，此时发现通过的交变电流很少，当改成10u之后，几乎所有的交变电流都可以传输到放大器U1A放大，电解电容C3的原理和C2一样。R5为接在放大器两端的电阻，它的值直接影响着放大器的放大倍数。经计算当R5的值为125K时，放大器的状态最好，不失真。此时放大

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器的放大倍数为5倍，信号的放大不足。所以把R5的值改为1M，此时的仿真图为6-3所示，虽然信号放大失真，但放大倍数提高到100倍，因为在设计中只需要最大幅值，经过试验，该放大值很适合试验，所以R5采用1M值。

3.3.2 二级放大电路

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。其最大额定值如表3-2所示，与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有显著的有点：该四放大器可以工作在低到3.0伏或高到32伏的电压下，静态电流大致为MC1741的五分之一（对每个放大器而言），共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，输出电压范围也包括负电源电压。其特点为：

（1）短路保护输出 （2）真差动输入级

（3）单电源工作，3.0V~~32V （4）低输入偏置电流，最大100nA[LM324A] （5）每一个封装四个放大器 （6）内部补偿 （7）共模范围扩展到负电源 （8）行业标准引脚输出 （9）在输入端的静电放电位增加可靠性而不影响器件的工作

表3-2 LM324的最大额定值

额定值

符号

LM324, LM324A

电源电压 单电压 分离电压 输入差动电压范围 输入共模电压范围 输出短路持续时间 结温 保存温度范围 工作环境温度范围

Vidr Vicr Tsc Tj Tstg TA

±32 -0.3至32

±26 -0.3至26

Vdc Vdc ℃ ℃ ℃

VCC VCC,VEE

32 ±16

LM2902 LM2902V 26 ±13

Vdc 单位

连续 150 -65~+150 -25~+85 0~70

-40~+105 -40~+125

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如图3-8 所示，R5与R1、R2、R3的电阻和之比为放大器的放大倍数，经

过计算所得改放大器的理论值为200倍，但由于11号接口上-5V供压不足再加上材料限制和人为的因素，该放大倍数只有20倍左右。

图中C2为耦合电容，作用为隔直流通交流，之所以使用10u的电容，是为了让所有的信号通过。C3同C2一样。信号放大电路仿真图如图4-3所示。

电路见附图。此放大器可代替晶体管进行交流放大,可用于扩音机前置放大等。电路无需调试。放大器采用单电源供电, 由R1、R2组成1/2V+偏置,C1是消振电容。

放大器电压放大倍数Av仅由外接电阻Ri、Rf决定：Av=-Rf/Ri。负号表示

输出信号与输入信号相位相反。按图中所给数值, Av=-10。此电路输入电阻为Ri。一般情况下先取Ri与信号源内阻相等,然后根据要求的放大倍数在选定Rf。C3和Ci为耦合电容。

图 4-3 信号放大电路

3.4 比较电路

信号从上级放大器C3口输出，放大倍数为100倍,这就使得传输到比较电

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路2口的电压值达到了整形的要求，约0~~5V，设计需要0、5V的方波，所以此信号符合电路要求。当2口接到的信号电压小于该值时显示0V，当大于该值时显示5V。这就形成了0和5V的方波。

图 3-8 电压比较器

3.5 显示电路

LED采用3位8段加提示符的液晶显示模块LCM046，3-4线串行接口，低功耗特性；显示状态功耗为50Ua;省电模式下<1uA;工作电压2.7V—5.2V。视角对比度可调，显示清晰，稳定可靠，可加背光。AT89S52通过P1.0~P1.3与LED连接.显示电路如下；

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