基于单片机红外线心率计装调实训.ppt
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主要思考及解决的问题主要思考及解决的问题采用什么电路把人体采用什么电路把人体心率脉动心率脉动变成变成电信号电信号?
怎样把微弱的怎样把微弱的模拟电信号模拟电信号转换成幅度足够大转换成幅度足够大的的数字信号数字信号？
怎样测量与心率对应的数字信号怎样测量与心率对应的数字信号,并在数码并在数码管上管上显示出来？
显示出来？
心率测量时间怎样进行设置心率测量时间怎样进行设置?
基于单片机心率计基于单片机心率计基本要求基本要求掌握常用元器件在电路中应用掌握常用元器件在电路中应用掌握整机电路工作原理掌握整机电路工作原理掌握电路布局规范、整机电路安装调试掌握电路布局规范、整机电路安装调试运用电路原理，分析、解决电路调试过程中运用电路原理，分析、解决电路调试过程中所遇到的问题所遇到的问题主要教学内容主要教学内容l整机原理框图组成整机原理框图组成l直流电源电路原理及安装调试直流电源电路原理及安装调试l光电转换电路原理及安装调试光电转换电路原理及安装调试l放大滤波整形电路原理及安装调试放大滤波整形电路原理及安装调试l单片机控制电路原理及安装调试单片机控制电路原理及安装调试整机电路原理及调试分整机电路原理及调试分66个单元个单元介绍介绍（参见教材参见教材206-209206-209页页）基于单片机心率计基于单片机心率计l单片机软件的设计单片机软件的设计光电转换光电转换电路电路放大滤波放大滤波整形电路整形电路单片机单片机输入输入+8-13V+8-13V电压电压输出输出+5V+5V电压电压电源电源电路电路223344驱动电路驱动电路11基于单片机心率计基于单片机心率计原理框图原理框图单片机单片机控制电路控制电路直流电源电路直流电源电路当当JKJK之间加入之间加入+（8+（813）V13）V电压，电压，UUABAB=5V5V当当JKJK之间加入之间加入-（8-（813V）13V）电压，电压，UUABAB=0V0V78XX78XX稳压条件稳压条件：
输入：
输入11脚与输出脚与输出33脚的电压压差脚的电压压差大于大于2V2V以上以上,但不要超过但不要超过20V20V。
普通的塑料封装输出电流为普通的塑料封装输出电流为1.5A1.5A,金属封装的金属封装的为为5A5A。
工作原理工作原理12312378XX78XX引脚引脚排列图排列图直流电源电路直流电源电路安装调试安装调试电路装配完成后电路装配完成后,根据电路检查安装是否正确根据电路检查安装是否正确;如正确，电路通电如正确，电路通电,发光管发光。
调节发光管发光。
调节JJ、KK之间的电之间的电压（压（8-13V8-13V变化），用数字表变化），用数字表DC20VDC20V测量测量AA、BB之间的电压之间的电压应为应为+5V+5V不变。
不变。
返回返回链接链接光电转换电路光电转换电路通过红外光电传感器，把手指血液脉动转变成微通过红外光电传感器，把手指血液脉动转变成微弱的电信号弱的电信号（信号幅度为信号幅度为2mV,2mV,频率为频率为0.70.73Hz3Hz）,并并将此信号送到放大电路进行放大。
将此信号送到放大电路进行放大。
工作原理工作原理红外发光二极管红外发光二极管（发射管）（发射管）光敏三极管光敏三极管（接收管）（接收管）当发光二极管加上正向电压，红处发光二极管发光，当发光二极管加上正向电压，红处发光二极管发光，光敏三极管接收到光线，光敏三极管接收到光线，CC、EE间电流增大而导通。
间电流增大而导通。
光敏三极管接收到的光敏三极管接收到的光线光线越强，越强，IcIc电流越大电流越大组组成成红外发光二极管的正向导通压降红外发光二极管的正向导通压降UU正正=1.0V1.0V左右左右发发射射管管接接收收管管光电传感器光电传感器反射型光电传感器反射型光电传感器光电转换电路光电转换电路接收管接收管CC、EE极判别极判别若表头有若表头有几十几十kk或几百或几百k的的阻值显示，红表捧接阻值显示，红表捧接的为的为CC极极，黑表捧接的为，黑表捧接的为EE极极。
若表头显示为若表头显示为0.90.91.1V1.1V,红笔接的是红笔接的是正极正极，黑笔接的是黑笔接的是负极负极。
发射管正负极判别发射管正负极判别若表头显示为若表头显示为“1”1”红笔接的是红笔接的是负极负极光电转换电路光电转换电路传感器检测传感器检测光电转换电路光电转换电路在实验板上完成元器件及短路线的安装在实验板上完成元器件及短路线的安装;如正确，加入如正确，加入5V5V电压，用示波器测量光电传感器接收电压，用示波器测量光电传感器接收管管cc极的波形，应为幅度为极的波形，应为幅度为5V5V左右的一条直线，用手指触左右的一条直线，用手指触摸传感器，这条直线会明显向下移动。
摸传感器，这条直线会明显向下移动。
根据电路图检查电路是否安装正确根据电路图检查电路是否安装正确;安装调试安装调试光电转换电路光电转换电路用数字万用表测量用数字万用表测量AA点电压为点电压为5V5V（正常为（正常为1V1V）电路故障分析电路故障分析断电，先检查发射管的负极与直流地是否接通，如接断电，先检查发射管的负极与直流地是否接通，如接通，则发射管开路，更换发射二极管。
通，则发射管开路，更换发射二极管。
用数字万用表测量用数字万用表测量AA点电压为点电压为0V0V（正常为（正常为1V1V）。
断电，先检查断电，先检查发射管的正极与发射管的正极与RR22、RR22与与5V5V是否接通，如是否接通，如接通，则发射管击穿，更换发射二极管。
接通，则发射管击穿，更换发射二极管。
把手放在传感器上，把手放在传感器上，用数字万用表测量用数字万用表测量AA点电点电压为压为1V1V，BB点电压点电压5V5V不变不变断电，先检查接收管的断电，先检查接收管的EE极与直流地是否接通，如接极与直流地是否接通，如接通，则接收管损坏。
通，则接收管损坏。
返回返回放大滤波整形电路放大滤波整形电路来自光电转换电路的信号很微弱（频率为来自光电转换电路的信号很微弱（频率为0.7Hz0.7Hz3Hz3Hz，幅度为幅度为2mV2mV左右左右），必须对微弱信号进行放大，因），必须对微弱信号进行放大，因此需先考虑此需先考虑放大电路放大电路。
而放大后的信号有招很多干扰信号，因此需要低而放大后的信号有招很多干扰信号，因此需要低通滤波电路：
既可采用无源滤波器，也可采用有源滤通滤波电路：
既可采用无源滤波器，也可采用有源滤波器。
波器。
放大滤波后的信号为模拟信号，而单片机处理的信放大滤波后的信号为模拟信号，而单片机处理的信号为数字信号，因此还需号为数字信号，因此还需模数转换电路。
模数转换电路。
？
放大滤波整形电路放大滤波整形电路放大滤波整形电路由两级放大电路放大滤波整形电路由两级放大电路,二阶二阶RCRC低通滤波电路低通滤波电路及整形及整形（A/D转换）转换）电路组成，如下图所示。
电路组成，如下图所示。
电路组成电路组成由虚短可以得出由虚短可以得出:
放大滤波整形电路放大滤波整形电路放大电路放大电路两级放大电路采用单电源供电两级放大电路采用单电源供电下面根据运算放大器的特点推下面根据运算放大器的特点推导放大电路的放大倍数：
导放大电路的放大倍数：
741内部结构图内部结构图741外形外形放大滤波整形电路放大滤波整形电路其中其中XXC1C1为电容为电容CC11的容抗的容抗,对于交流对于交流信号信号UUii，XXC1C1较小，而对于直流信较小，而对于直流信号号VVCCCC，XXC1C1为无穷大，因此为无穷大，因此II11为为由虚断可以得出由虚断可以得出:
II11=I=I22放大电路放大电路放大滤波整形电路放大滤波整形电路滤波电路滤波电路由于来自光电转换电路的心率信号频率很低由于来自光电转换电路的心率信号频率很低（0.70.73Hz3Hz左右）左右）,通过放大电路后通过放大电路后,叠加了叠加了各种频率的干扰信号各种频率的干扰信号，应设法对不必要的成份衰减到足够小应设法对不必要的成份衰减到足够小,将需要的将需要的信号提取信号提取出来出来,低通滤波器是解决前述问题的方法之一。
低通滤波器是解决前述问题的方法之一。
低通滤波器可分为有源、无源等，下面主要介绍无源低通滤波器可分为有源、无源等，下面主要介绍无源二阶低通滤波器（如下图）二阶低通滤波器（如下图）放大滤波整形电路放大滤波整形电路滤波电路滤波电路放大滤波整形电路放大滤波整形电路滤波电路滤波电路由公式由公式11、22可画出电路的幅频和相频特性曲线，参可画出电路的幅频和相频特性曲线，参见下图。
见下图。
幅频特性幅频特性相频特性相频特性放大滤波整形电路放大滤波整形电路滤波电路滤波电路幅频曲线表明该网络具有低通滤波特性，其转折频率幅频曲线表明该网络具有低通滤波特性，其转折频率ffcc可令可令求得求得即即RR取值范围为一般取值范围为一般几几kk几十几十kk如如RR取取10k10k，CC的容量为的容量为0.470.47FFfc12.7Hzfc12.7Hz电路功能：
将通过放大、滤除干扰后的模拟信号电路功能：
将通过放大、滤除干扰后的模拟信号转换成数字信号提供单片机进行处理。
转换成数字信号提供单片机进行处理。
放大滤波整形电路放大滤波整形电路整形电路整形电路对来自光电转换电路的信号进行放大（第一、二级放大对来自光电转换电路的信号进行放大（第一、二级放大倍数倍数=？
），再通过二阶低通滤波电路滤取干扰信号，在？
），再通过二阶低通滤波电路滤取干扰信号，在ICIC33的的11脚输出与心率对应的方波信号，各级测试点电压波脚输出与心率对应的方波信号，各级测试点电压波形参见下图。
形参见下图。
放大滤波整形电路放大滤波整形电路工作原理工作原理在实验板上完成元器件及短路线的安装。
在实验板上完成元器件及短路线的安装。
如正确，加入如正确，加入8-10V8-10V电压，用数字万用表电压，用数字万用表DC20VDC20V挡测挡测量量ICIC11、ICIC22集成电路插座的第集成电路插座的第77脚与第脚与第44脚之间的电压为脚之间的电压为5V5V，第，第33脚电压为脚电压为2.52.5VV左右，左右，ICIC33集成电路插座的第集成电路插座的第88脚、脚、44脚脚电压为电压为5V5V，22脚电压为脚电压为3V3V左右，把以上左右，把以上66个数据记录在教材个数据记录在教材250250页表页表BB88的中。
的中。
根据电路图检查电路是否安装正确。
根据电路图检查电路是否安装正确。
安装调试安装调试放大滤波整形电路放大滤波整形电路断电，将两片断电，将两片LM741LM741及一片及一片LM358LM358按照正确的方向插按照正确的方向插到芯片插座上。
通入到芯片插座上。
通入8-10V8-10V电压电压,把手指放在传感器上，正把手指放在传感器上，正常情况下发光管常情况下发光管VV77会随着心率变化而闪烁。
会随着心率变化而闪烁。
把手指放在传感器上把手指放在传感器上,发光管发光管VV77会闪烁。
用会闪烁。
用LCDLCD示波示波器器2V/500ms2V/500ms挡位测量挡位测量ICIC11的第的第66脚、脚、ICIC22第第66脚、脚、ICIC33第第33脚、脚、第第11脚电压波形脚电压波形,并把测量波形画在教材并把测量波形画在教材250250页表页表B8B8中。
中。
将将CPUCPU、存储器、定时、存储器、定时/计数器、输入计数器、输入/输出接口输出接口电路等计算机的主要功能部件集成在一个半导电路等计算机的主要功能部件集成在一个半导体芯片上体芯片上,形成了芯片级计算机形成了芯片级计算机即单芯片即单芯片微型计算机，简称单片机微型计算机，简称单片机单片机（单片机（SingleChipMicrocomputerSingleChipMicrocomputer）单片机控制电路单片机控制电路5151单片机单片机目前市场上的单片机目前市场上的单片机种类较多种类较多，但主流产品仍，但主流
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