数字脉搏计数器毕业设计

数字脉搏计数器毕业设计内容摘要：

于零，则为高通 滤波器；若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数均趋于零，则为带通滤波器；反之，若信号频率趋于零和无穷大时电压放大倍数具有相同的确定值，且在某一频率范围内电压放大倍数趋于零，则为带阻滤波器。 （ 4）电路作用 滤波电路尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。 滤波电路的选择 由于有 50 赫兹的工频干扰和传感器在测量时有震动带来的干扰 , 必须对所取信号进行滤波处理。 考虑到脉搏的频谱特性以及滤波 50 赫兹工频干扰可以采用截止频率为 赫兹的 低通滤波器滤除。 因为压控电压源型二阶低通滤波器电路结构简单，调整方便，且使用电路多采用运算放大器做有源器件，几乎没有负载效应，故选择压控电压源型滤波电路。 电路如图 7所示。 压控电压源型二阶低通滤波器电路参数的计算 因为脉搏的正常跳动为 60～ 150 次 /分钟，所以容易算得其最高频率为：f=150/60=, 为了便于计算，设该低通滤波器的截止频率 f0= ∵ f0=w0/2π = ∴ w02=( 2π )2=1/R1fR2fC1fC2f= 为了计算的简便，取： R1f=2020K， R2f=4000K， C1f=， C2f= 把 R1fR2fC1fC2f的值带入验证得 : R1fR2fC1fC2f=1 106*4 106*5 108*1 108= ∴ w0= ∴ f0=≈ 故取 R1f=2020K， R2f=4000K， C1f=， C2f=，见图 7。 数字心率计 12 VEE R 161kC50. 05U V415VdcR 142020kOU TC60. 01UU2uA7413274615+V+VOU TOS1OS20V515Vdc0V31Vac0VdcVVEER 134000kVC CR 1510kVC C0 图七 滤波电路 Frequency 10Hz 30Hz 100HzV(V0)0V 图八 滤波电路 AC 分析结果 整形电路的设计与参数计算 （ 1） 整形电路的选择 本电路的功能是将模拟电压信号转化为高低电平信号输出到倍频电路。 采用反相滞回电压比较器完成电路整形。 方案一：本电路也可由常用 TTL 和 CMOS 集成电路中的施密特触发器实现，如 74LS14 和CC40106. 74LS14 的典型数值 U_=,U+=。 CC40106d 阈值电压范围是 U+, U_(VDD=5V).已知放大后的信号峰值电压为 U,这与上述芯片的参数有些差值，虽然可经过适当的 电路加以调整，但这样会使电路复杂化，因而不予采取。 方案二 ：这部分电路如图 8所示，输入电压 V7 加在集成运放的反相输入端，参考电压V2 经电阻 R1c接在同相输入端，此外从输出端通过电阻 Rfc引回同相输入端。 电阻 Rc和稳压管 D1的作用是限幅，将输出电压的幅度限制在 0～ 5V之间。 在本电路中，当集成运放反相输入端与同相输入端的电位相等，即 u=u+时，输出端的状态将发生跳变。 其中 u+由参考电压 V3及输出电压 u（ out）二者共同决定，而 u（ out）有两种可能的状态： +Uz（ +5V）或 0。 由此可见，是输出电压由 +Uz 跳变为 0。 以及由 0 跳变数字心率计 13 为 +Uz所需的输入电压值是不同的。 也就是说，这种比较器有两个不同的门限电平，故传输特性呈滞回形状，如图 9所示。 由图中可以看出， u（ out）的两种电压值不等于 +5V 和 0V，分析原因是由于稳压管 D1的反向电流并不为零（其值很小，通常情况下不予考虑），所以它两端的电压值并不严格等于 D1的稳压电压，而是有一定的偏移。 R2100kVEE V C C0R111kV23VdcV415VdcV C C0V51 5 V d cR31kV7F R E Q = 2 . 5V A M P L = 1 5 vV O F F = 100VEED1D 1 N 7 5 0U2L F 3 5 6 / L T3274651+V+VO U TB2B1 图 九 整形电路 图十 整形电路软件分析 （ 2） 相关参数计算 利用叠加原理求得： u+=Rf/(R1c+Rfc)*V3+R1c/( R1c+Rfc)*u(out) UT+=Rfc/( R1c+Rfc)*V3+R1c/( R1c+Rfc)*Uz 数字心率计 14 UT－ = Rfc/( R1c+Rfc)*V3－ R1c/( R1c+Rfc)*0 ∴△ UT=UT+－ UT－ = R1c/( R1c+Rfc)*Uz 由上式可见，门限宽度△ UT的值取决于稳压管的稳定电压 Uz以及电阻 R2和 Rf的值，但与参考电压 V3无关。 调节参考电压滞回比较器的传输特性将平行地左移或右移，滞回曲线的宽度不 改变。 由于经传感器送出的电压是毫伏级，放大一千倍以后为伏级，所以，门限宽度不宜过宽，可取△ UT= R1c/( R1c+Rfc)*Uz= ∵查询稳压管 D1N750的稳压值为 Uz=5V ∴初略计算得： R1c=11k， Rfc=100k 整形电路的瞬态分析结果图 11所示。 图十 一 整形电路模拟分析 倍频电路 倍频器是使输出信号频率等于输入信号频率整数倍的电路。 利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成它。 输入频率为 f1,则输出频率为 f0=nf1,系数 n 为任意正整数，称倍频次数。 （ 1）功能。 倍频器实质上就是一种输出信号等于输入信号频率整数倍的电路，常用的是二倍频和三倍频器。 在手持移动电话中倍频器的主要作用是为了提升载波信号的频率，使之工作于对应的信道；同时经倍频处理后，调频信号的频偏也可成倍提高，即提高了调频调制的灵敏度，这样可降低对调制信号的放大要求。 采作倍频器的另一个好处是：可以使载波主振荡器与高频放大器隔离，减小高频寄生耦合，有得于减少高频自激现象的产生，提高整机工数字心率计 15 作稳定性。 （ 2）倍频原理。 由晶体三极管组成的倍频电路如下图所法，它的基本原理是：三极管 VT1的基极不设置或设置很低的静态工作点，三极管工作于非线性状态，于是输入信号经管子放大，其集电极电流会产生截止切割失睦，输出信号信号丰富的谐波分量，利用选频网络选通所需的倍频信号，而滤除基波和其他谐波分量后，这就实现了对输入信号的倍频功能。 利用非线性电路产生高次谐波或者利用频率控制回路都可以构成倍频器。 倍频器也可由一个压控振荡器和控制环路构成。 它的控制电路产生一控制电压，使压控振荡器的振荡频 率严格地锁定在输入频率 f1的倍乘值 f0＝ nf1上。 倍频器有晶体管倍频器、变容二极管倍频器、阶跃恢复二极管倍频器等。 用其他非线性电阻、电感和电容也能构成倍频器，如铁氧体倍频器等。 非线性电阻构成的倍频器，倍频噪声较大。 这是因为非线性变换过程中产生的大量谐波使输出信号相位不稳定而引起的。 倍频次数越高，倍频噪声就越大，使倍频器的应用受到限制。 在要求倍频噪声较小的设备中，可采用根据锁相环原理构成的锁相环倍频器和同步倍频器。 但是，这类倍频器线路比较复杂，倍频次数一般不太高，而且还可能出现相位失锁等问题。 微波振荡器的频率稳定度不太高，在几十兆赫至百兆赫的晶体振荡器后面加上一级高次倍频器，可以获得具有晶振频率稳定度的微波振荡。 另外，多级倍频器级联起来，可以使倍频次数大大提高。 例如，二倍频器和三倍频器级联可产生六次倍频， m级 N倍频器级联，总倍频次数为 Nm。 不过，倍频级数增加，倍频噪声也加大，故倍频 上限仍受到限制。 （ 1）晶体管倍频器 这种倍频器的电路与调谐放大器相似，但晶体管工作点通常置于伏安特性的截止区，输出回路则调谐在输入频率的 n次谐波上。 由于晶体管仅在输入电压正半周的部分时间内导通，其集电极电流为 一含有输入信号基频和各次谐波的脉动电流。 利用调谐于 f0＝ nf1的回路的选频作用，倍频器即可输出所需频率。 为使输出信号幅度足够大，这种倍频器的倍频次数较低，一般 n＝ 3～ 5。 n增大输出幅度将显著减小。 这种倍频器的优点具有一定功率增益。 （ 2）变容二极管倍频。