红外线心率计实验报告

篇一：电子技术课程设计——红外线心率计

电子技术课程设计

报告

专业: xxxx

班级： xxxxx

姓名： xxx

学号： xxxxxxxx

指导教师： xxx

完成日期： xxxx年x月x日

目录

一、 设计目的------------------------------3

二、 设计要求------------------------------3

三、 设计指标------------------------------3

四、 设计框图及整机概述--------------------3

五、各单元电路的设计及仿真-----------------4

1、

2、

3、

4、

5、

6、

7、

8、

9、 检测电路-----------------------------4 放大电路-----------------------------5 滤波电路-----------------------------5 整形电路-----------------------------6 倍频电路-----------------------------6 定时电路-----------------------------7 计数电路-----------------------------7 译码电路-----------------------------8 显示电路-----------------------------9

六、 电路装配、调试与结果分析---------------9

七、设计、装配及调试中的体会---------------10

八、附录（包括整机逻辑电路图和元器件清单）-10

九、参考资源-------------------------------11

一、设计目的

电子技术综合设计是综合应用模技术拟电子技术、数字电子技术、电子设计自动化技术进行电子系统的综合设计。本课程设计通过电子脉搏测试仪的设计，要求学生对红外线心率计的电路布局、安装、调试，让学生了解电子产品的生产工艺流程，掌握常用元器件的识别和测试及电子产品生产基本操作技能，培养学生的动手能力。

二、设计要求

脉搏测试仪是用来测量一个人心脏跳动次数的电子仪器，也是心电图测量的组要部分。本次课程设计要求用红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。

三、设计指标

1、设计一个脉搏测试仪，要求实现在30s内测量1min的脉搏数，并且显示其数字。正常人脉搏数为60-80次/min,婴儿为90-100次/min，老人为100-150次/min。可自行设计所需的直流电源。

2、设置指示电路指示直流电源的正常与否。

3、放大电路之后设置指示电路指示放大电路的正常与否。

4、放大电路放大倍数可调。

5、整形电路输出的方波占空比可调。

四、设计框图及整机概述

设计方案为:采用传感器，量脉搏的跳动，出微弱的信号，入放大器中放大；后通过滤波器滤除干扰信号后，将形整形为方波或脉冲信号；后经过倍频器增加信号的频率，输入计数器中计数，时通过定时器控制计数的时间，后得出一分钟内脉搏次数即为心率。计数器计数值输入到显示器中显示。

设计流程图

五、 各单元电路的设计及仿真

5.1检测电路

血液波动检测电路

血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。

+12V

血液波动检测电路

TCRT5000红外光电传感器的检测方法：

首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，则显示1.05V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若

两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档NPN型的C、E插孔，再将模拟万用表打到R×1kΩ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15kΩ左右，则黑表笔所接管脚为C，红表笔所接管脚为E。此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至1kΩ

以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。

血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。

5.2放大电路

传感器输出为微弱信号，需进行放大后才便于后续电路的处理。考虑到后续电路中滤波器电路也具有信号放大的功能，所以放大器的放大倍数不宜过大，放大电路采用LM741芯片，输入峰峰值为20mv，频率为20HZ的电源信号，经放大电路进行放大，我们的电路放大倍数为505倍。

设计电路的原理如下：

5.3滤波电路

干扰信号对测量结果带来很大的误差，对信号进行分析与处理时, 常常会遇到有用信号叠加上无用噪声的问题, 这些噪声有的是与信号同时产生的, 有的是传输过程中混入的。因此, 从接收的信号中消除或减弱干扰噪声, 就成为信号传输与处理中十分重要的问题。

人体的心率一般在60-150次/分钟，计算可得其最高频率为2.5HZ，所以我们可以选择低通滤波器滤掉高频信号的干扰。根据实际情况，我们组选择了10千欧的电阻和470nF的电容连接成二阶滤波电路。我们组设计的低通滤波环节如下图所示：

低通滤波器电路图如下：

篇二：红外线心率计

数字电子技术课程设计报告

指导老师：严国红、夏海霞

姓名： 学号： 班级：

1 产品简介

红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。

2 红外线心率计工作原理

2.1 红外线心率计的原理框图

整机电路由-10V电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。

图1 红外线心率计的原理框图

2.2 单元电路的工作原理

⑴ 负电源变换电路

为简化实验的步骤，实验中直接用+12V、和-10V的电源代替负电源变换电路。 ⑵ 血液波动检测电路

实验中采用信号源发生器直接产生正弦波代替原来的血液波动检测电路。 ⑶ 放大、整形、滤波电路

放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。IC2、IC3、IC4都为LM741。

1

图5 信号放大、整形电路

因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。

A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：

Auf?

R4R8

??66?66?4000 R3R6

由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经过V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。

⑷ 门控电路

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。

555定时器内部电路及其电路功能如图6(a)、(b)所示。555内部电路由基本RS触发器FF、比较器COMP1、COMP2和场效应管V1组成（参见图6(a）)。当555内部的COMP1反相输入端（-）的输入信号VR小于其同相输入端（+）的比较电压VCO（Vco?VDD）时，COMP1输出3高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当COMP2同相输入端（+）的输入信号VS大于其反相输入端（-）的比较电压VCO/2(1/3VDD)时，COMP2输出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=1。RD是直接复位端，RD?0，Q=0；MOS管V1是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电

2

作用。

注意：电压VCO可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP2的比较电压为VDD/3，不用时常接0.01μF电容到地以防干扰。

VDDVC0VR

放电DISC

RD放电

VS

输出

(a) 555定时器内部电路 (b) 555简化符号

图6 555定时器内部电路及其功能符号

由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。

u2

2VDD3

ICuC6u3u

(a) 电路 (b) 工作波形

图7 由555组成的门控电路

① 当接通电源的时候，+12V电源电压通过R15对电容C4进行充电，2脚的电压马上变成12V（“1”电平），触发器FF被置“0”， 即555的3脚输出“0”电平（参见图7(a)）。V6截止，V6的C极为高电位，所以计数器MC14553不计数，此时V5不亮。

② 当按下S1按钮时，2脚电压为0V，低于1/3电源电压。555内部CMP2输出高电平（参见图6(a)）,触发器FF被置“1”，即3脚输出“1”电平，V6饱和导通，V5发光，V6集电极输

3

出低电平，使计数器MC14553清零，开始计数。同时555内场效应管截止，12V电压通过R17给C6充电，C6的电压逐渐增高，如图7(b)uC6波形。

③ 当C6的电压充到2/3电源电压的时候，555内CMP1输出高电平，触发器置“0”，3脚输出低电平，V6集电极输出高电平，因此计数器MC14553的11脚变为高电平，计数器停止计数；同时555内场效应管导通，电容C6通过场效应管迅速放电到低电平，返回稳定的状态，定时结束。

脉宽TW可根据下式计算：

TW?R17C6ln

VDD

?R17C6ln3?1.1R17C6 式1-1

2VDD?VDD

3

⑸ 3位计数电路

由MC14553组成的3位计数电路对输入的方波进行计数，并把计数结果以BCD码的形式输出。

MC14553为十六引脚扁平封装集成电路，其引脚功能如图8（a）所示，有四个BCD码输出端Q1～Q3，可分时输出三组BCD码；有三个分时同步控制信号DS1～DS3，为计数器的输出提供分时同步输出控制信号，形成动态扫描工作方式，该控制端低电平有效。计数电路包含了计数和输出驱动电路。

1615VDDDS3

14O.F

13R

12CP

11DIS

10LE

9Q0

16VDD

15f

1413e

12dCD4543

Q26

Q17

VSS 8

LD1

C2

B3

D4

A5

PH6

BI7

VSS 8

11c

10b

9MC14553

DSDS12

CB

3

CA4

Q35

(a) MC14553 (b) CD4543

图8 集成电路引脚功能图

计数器MC14553真值表如下：

表2.1 MC14553真值表

4

篇三：红外心率计电子实习报告

基于单片机的红外心率计

目录

摘要———————————————————————————————3 一、项目的设计意义————————————————————————4

1.1设计背景---------------------------------------------------4 1.2设计意义---------------------------------------------------4 1.3设计方案---------------------------------------------------4 二、项目的设计内容————————————————————————5

2.1硬件的设计-------------------------------------------------5

2.1.1放大电路----------------------------------------------5

2.1.1.1原理---------------------------------------------5 2.1.1.2电路图-------------------------------------------5 2.1.2单片机电路--------------------------------------------6

2.1.2.1原理---------------------------------------------6 2.1.2.2电路图-------------------------------------------6

2.2软件的设计-------------------------------------------------6

2.2.1定时器的中断服务程序----------------------------------7

2.2.1.1流程图-------------------------------------------7 2.2.1.2源程序-------------------------------------------7 2.2.2 主程序------------------------------------------------8

2.2.2.1流程图-------------------------------------------8 2.2.2.2源程序-------------------------------------------9

2.3创新点-----------------------------------------------------11 三、项目验收结果与测试——————————————————————11 四、元器件清单与成本———————————————————————11

摘要

在社会飞速发展的今天，人们的物质文化生活得到了极大的提高，但同时多种疾病威胁着人们的生命；而心脏病的发作又是人们难以预防的突发致命疾病，所以健康也被越来越多的人所重视。本设计要解决的问题就是可以测量心率、预防心脏病等心脏方面疾病的数字心率计。本设计采用以AT89S52单片机为核心的低成本、高精度、微型化数字显示心率计的硬件电路和软件设计方法。整个电路采用模块化设计，由主程序、中断程序等模块组成。各探头的信号经单片机综合分析处理，实现心率测量的各种功能。在此基础上设计了系统的总体方案，最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分附有硬件电路图、程序流程图。该心率计的原理是用红外光电传感器OPT101接收到人体信号，因人体信号很微弱，所以在电路中设置了双重放大电路。该信号经放大整形处理后传给单片机AT89S52计算，计算完后由LCD显示出来。该心率计可以简单的测量出人的心跳，基本实现了预定的目标，这将大大减少病人测量心跳的时间。 关键字：心率；测量；单片机；AT89S52；转换器

一、 项目的设计意义

1.1设计背景

伴随着全球科技与经济的飞速发展，关注生命与健康已成为人类的共同追求。心脑血管疾病是危害人类生命和健康最主要的疾病。每年因心脑血管疾病致死的人数位居人类死亡总数首位，耗费的医疗费用居高不下，给家庭与社会照成巨大负担。如何科学的降低心脑血管疾病的发病率和死亡率，有效的减轻心脑血管疾病带来的家庭和社会负担，已成为全社会面临的一个十分严峻的问题。今天，越来越多的人已认识到健康生活方式和疾病预防的重要性，对拥有日常家庭化和个性化的健康监测和疾病预防手段的需求也日益增大。在脉搏波研究方面，国内外已经出现了众多的技术与理论，基于现代医学技术，脉搏波对人体心血管健康进行无创检测的方法与仪器不断涌现。 1.2设计意义

在医学上，通过测量人的心率，便可初步判断人的健康状况。因此，心率计很快产生，并得到发展。随着单片机技术的发展、人们的生活节奏加快，设计一种以使用方便为前提，能够快速测出人心率的心率计，不仅是临床这的欲求，也是体育训练者和外出旅游者的需求，因此，基于单片机的红外心率计有着广阔的市场前景。 1.3设计方案

方案设计：随着心脏的拨动，人体组织半透明度随之改变，当血液送到人体组织时，组织的半透明度减少；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。因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的手指尖部位，并用装在该部位另外一侧的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转化为电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比，故只要把它转化成脉冲信号并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的。

图1 基于单片机的红外线心率计原理框图

二、 项目的设计内容

2.1硬件设计

2.1.1放大电路 2.1.1.1原理

（1）电源电路工作原理：

利用7805芯片将外部输入的电压稳定在5V，为后续的电路提供电源。 （2）红外光电转换电路工作原理：

利用红外线原理采集人体的血液脉动，将人体的心率通过光电转换器转换成微弱的电模拟信号。

（3）两级线性放大电路工作原理：

利用LM358双运放将微弱的电信号进行两次放大，放大倍率的计算如下： 一级放大倍率A1=100/3，二级放大倍率A2=300/3=100，所以总的放大倍率A=A1*A2=3300

（4）整形滤波电路工作原理：

将放大后的电压信号进行滤波整形。 （5）模数转换电路工作原理：

将滤波整形后的放大模拟电压转换成数字信号，输出标准的方波。 （6）单稳态电路工作原理：

将模数转换电路输出的方波进行稳定，输出稳定的标准方波，为单片机电路提供稳定的信号。 2.1.1.2电路图

图1 放大电路

图2 由555组成的门控电路

篇四：红外线心率计

课程设计指导书

1 产品简介

红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。

2 红外线心率计工作原理

2.1 红外线心率计的原理框图

整机电路由-10V电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。

图1 红外线心率计的原理框图

2.2 单元电路的工作原理

⑴ 负电源变换电路

负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成-10V左右的直流电压，-10V 电压与+12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图2所示，其中IC1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。

负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A点是低电位，则B点是高电位，C点是低电位，D点是高电位。B点的高电位通过R19给C7充电，当F点的电压高于IC1（CD4049）的电平转换电压时，B点输出低电位，C点（C7一端）输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C7两端的电压通过R19放电。当F点电压低于IC1的转换电压时，B点输出高电位，此高电位通过R19对C7充电，如此循环。C点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D点得到方波。

当D点是高电平的时候，V1导通C8被充电，大约充到11V左右，当D点变成低电平的时候，由于C8两端电压不能突变，G点电压被拉到-11V左右，此时V2导通， C9反方向进行充电，使E点电压达到-10V左右。由于带负载的能力不强，当带上负载后，E点电压大约降到9V左右。

8

1N4148V2

R1868k

V+

图2 电源电路

V-

(a) CD4049 (b) LM741

图3 集成电路的结构图

⑵ 血液波动检测电路

血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。

图4 血液波动检测电路

TCRT5000红外光电传感器的检测方法：

首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将

红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次显示溢出值“-1”，则显示1.05V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档NPN型的C、E插孔，再将模拟万用表打到R×1kΩ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15kΩ左右，则黑表笔所接管脚为C，红表笔所接管脚为E。此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至1kΩ以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。

血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。

⑶ 放大、整形、滤波电路

放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。IC2、IC3、IC4都为LM741。

图5 信号放大、整形电路

因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。

A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：

Auf?

R4R8

??66?66?4000 R3R6

由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经

过V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路的作用是滤除放大后的干扰信号。R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A

3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。

⑷ 门控电路

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。

555定时器内部电路及其电路功能如图6(a)、(b)所示。555内部电路由基本RS触发器FF、比较器COMP1、COMP2和场效应管V1组成（参见图6(a）)。当555内部的COMP1反相输入

VDD）时，COMP1输出端（-）的输入信号VR小于其同相输入端（+）的比较电压VCO（Vco?2

3

高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当COMP2同相输入端（+）的输入信号VS大于其反相输入端（-）的比较电压VCO/2(1/3VDD)时，COMP2输出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=1。

RD是直接复位端，RD?0，Q=0；MOS管V1是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电

作用。

注意：电压VCO可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP2的比较电压为VDD/3，不用时常接0.01μF电容到地以防干扰。

VDD

VC0VR

放电DISC

RD放电

VS

输出

(a) 555定时器内部电路 (b) 555简化符号

图6 555定时器内部电路及其功能符号

由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。

篇五：红外线心率计

课程设计指导书

1 产品简介

红外线心率计就是通过红外线传感器检测出手指中动脉血管的微弱波动，由计数器计算出每分钟波动的次数。但手指中的毛细血管的波动是很微弱的，因此需要一个高放大倍数且低噪声的放大器，这是红外线心率计的设计关键所在。通过本产品的制作，可以使学生掌握常用模拟、数字集成电路（运算放大器、非门、555定时器、计数器、译码器等）的应用。

2 红外线心率计工作原理

2.1 红外线心率计的原理框图

整机电路由-10V电源变换电路、血液波动检测电路、放大整形滤波电路、3位计数器电路、门控电路、译码驱动显示电路组成，如图1所示。

图1 红外线心率计的原理框图

2.2 单元电路的工作原理

⑴ 负电源变换电路

负电源变换电路的作用是把+12V直流电变成-10V左右的直流电压，-10V 电压与+12V作为运算放大器的电源。负电源变换电路如图2所示，其中IC1（CD4069）为六非门集成电路，它的内部结构图如图3(a)所示。

负电源变换电路工作原理：通电的瞬间，假设A点是低电位，则B点是高电位，C点是低电位，D点是高电位。B点的高电位通过R19给C7充电，当F点的电压高于IC1（CD4049）的电平转换电压时，B点输出低电位，C点（C7一端）输出高电位，由于电容两端的电压不能突变，所以C7两端的电压通过R19放电。当F点电压低于IC1的转换电压时，B点输出高电位，此高电位通过R19对C7充电，如此循环。C点得到方波，经过后面四个反相器反相、扩流后，在D点得到方波。

当D点是高电平的时候，V1导通C8被充电，大约充到11V左右，当D点变成低电平的时候，由于C8两端电压不能突变，G点电压被拉到-11V左右，此时V2导通， C9反方向进行充电，使E点电压达到-10V左右。由于带负载的能力不强，当带上负载后，E点电压大约降到9V左右。

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1N4148V2

R1868k

V+

图2 电源电路

V-

(a) CD4049 (b) LM741

图3 集成电路的结构图

⑵ 血液波动检测电路

血液波动检测电路首先通过红外光电传感器把血液中波动的成分检测出来，然后通过电容器耦合到放大器的输入端。如图4所示。

图4 血液波动检测电路

TCRT5000红外光电传感器的检测方法：

首先用数字万用表的二极管档位正向压降测试控制端发射管（浅蓝色）的正、负极，将红黑表笔分别接发射管的两个引脚，正反各测一次，表头一次显示“1.05（0.9-1.1）”，一次

显示溢出值“-1”，则显示1.05V的那次正确，红表笔接的是正极，黑表笔接的是负极。若两次都显示“1”，说明发射管内部开路，若两次都显示“0”发射管内不短路。然后再判断接收管的C、E极和光电转换效率，方法如下：将发射管的正负极分别插入数字万用表hFE档NPN型的C、E插孔，再将模拟万用表打到R×1kΩ档。红黑表笔分别接接收管的两个引脚，若表针不动，则红黑表笔对调，若表针向右偏转到15kΩ左右，则黑表笔所接管脚为C，红表笔所接管脚为E。此时，再用手指或白纸贴近两管上方，表针继续向右偏转至1kΩ以内，说明该红外光电断续器的光电转换效率高。

血液波动检测电路工作原理：TCRT5000是集红外线发射管、接收管为一体的器件，工作时把探头贴在手指上，力度要适中。红外线发射管发出的红外线穿过动脉血管经手指指骨反射回来，反射回来的信号强度随着血液流动的变化而变化，接收管把反射回来的光信号变成微弱的电信号，并通过C1耦合到放大器。

⑶ 放大、整形、滤波电路

放大、整形、滤波电路是把传感起检测到的微弱电信号进行放大、整形、滤波，最后输出反映心跳频率的方波，如图5所示。其中LM741为高精度单运放电路，它们的引脚功能如图3 (b)所示。IC2、IC3、IC4都为LM741。

图5 信号放大、整形电路

因为传感器送来的信号幅度只有2～5毫伏，要放大到10V左右才能作为计数器的输入脉冲。因此放大倍数设计在4000倍左右。两级放大器都接成反相比例放大器的电路，经过两级放大、反相后的波形是跟输入波形同相、且放大了的波形。放大后的波形是一个交流信号。其中A1、A2的供电方式是正负电源供电，电源为+12V、-10V。

A1、A2与周围元件组成二级放大电路，放大倍数Auf为：

Auf?

R4R8

??66?66?4000 R3R6

由于放大后的波形是一个交流信号，而计数器需要的是单方向的直流脉冲信号。所以经过V3检波后变成单方向的直流脉冲信号，并把检波后的信号送到RC两阶滤波电路，滤波电路

的作用是滤除放大后的干扰信号。R9、V4组成传感器工作指示电路，当传感器接收到心跳信号时，V4就会按心跳的强度而改变亮度，因此V4正常工作时是按心跳的频率闪烁。直流脉冲信号滤波后送入A3的同相输入端，反相输入端接一个固定的电平，A3是作为一个电压比较器来工作的，是单电源供电。当A3的3脚电压高于2脚电压的时候，6脚输出高电平；当A3的3脚电压低于2脚电压的时候，6脚输出低电平，所以A3输出一个反应心跳频率的方波信号。

⑷ 门控电路

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件，用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。

555定时器内部电路及其电路功能如图6(a)、(b)所示。555内部电路由基本RS触发器FF、比较器COMP1、COMP2和场效应管V1组成（参见图6(a）)。当555内部的COMP1反相输入

VDD）时，COMP1输出端（-）的输入信号VR小于其同相输入端（+）的比较电压VCO（Vco?2高电位，置触发器FF为低电平，即Q=0；当COMP2同相输入端（+）的输入信号VS大于其反相输入端（-）的比较电压VCO/2(1/3VDD)时，COMP2输出高电位，置触发器FF为高电平，即Q=1。

RD是直接复位端，RD?0，Q=0；MOS管V1是单稳态等定时电路时，供定时电容C对地放电

作用。

注意：电压VCO可以外部提供，故称外加控制电压，也可以使用内部分压器产生的电压，这时COMP2的比较电压为VDD/3，不用时常接0.01μF电容到地以防干扰。

VDD

VC0VR

放电DISC

RD放电

VS

输出

(a) 555定时器内部电路 (b) 555简化符号

图6 555定时器内部电路及其功能符号

由555接成单稳态触发器来完成门控电路的作用是控制计数器的启停，并控制每次测量的时间，电路如图7(a)所示。

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