图3.6 信号低通放大电路
根据一阶有源滤波电路的传递函数，可得： A(s)?V0(s)?V(s)iA0s1?wc (3.1)
放大倍数为：
R1 M24 () (3.2) A?1??1? ? 2140R224.7K 截止频率为：
1?3.39Hz2πC6R24 (3.3)
f0?按人体心率跳动为200次/分钟时的频率是3.3 Hz考虑，低频特性是令人满意的。经过低通放大后输出的信号是叠加有噪声的脉动正弦波。波形如图3.7所示。
图3.7 脉动正弦波
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3.4 波形整形电路
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单片机系统，可以采用反向滞回电压比较器进一步提高电路抗干扰能力。经过对强弱心率信号的测试和统计分析可以将其阈值确定。整形电路如图3.8所示，U3B是一个电压比较器，C7、R27构成一个微分器，U3C和C15、R31组成单稳态多谐振荡器，其脉宽由C15、R31决定。U3B的输出信号(波形如图3.9)经C7、R27的微分后总是将正、负相间的尖脉冲(波形如图3.10)加到单稳态多谐振荡器U3C的反向输入端，不会造成很大的触发误差，因此稍微调节下R28即可将该比较器的阀值电压控制在正弦波的幅值范围内。
当检测到输入信号时，U3B在比较器输入信号的每个后沿到来时输出高电平，使C15通过R31充电。大约持续20ms之后，因C15充电电流减小而使U3B同相输入端的电位降低到低于反相输入端的电位，于是U3B改变状态并再次输出低电平。脉冲高电平与心跳同步，并由红色发光二极管DS3的闪亮指示出来，即发光二极管作心跳状态显示，心脏每跳动一次发光二极管就亮一次。同时，该脉冲电平通过R29送到单片机/INTO脚，进行对心率的计算和显示。输出波形如图3.11所示。
图3.8 波形整形电路
经过比较器U3C产生的输出波形：
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图3.9 输出波形
经过微分器产生的输出波形：
图3.10 比较后的输出波形
单片机接收到的信号：
图3.11 接收信号
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3.5 单片机控制电路
本设计采用单片机最小系统作为信号的处理电路，如图3.12所示，来自取样和整形输出电路的脉冲电平输入单片机AT89C51的/INTO脚，单片机设为负跳变中断触发模式，每次脉冲下降沿到达时触发单片机产生中断并进行计时，来一个脉冲心跳次数就加一；定时器中断主要完成一分钟的定时功能 [13]。
图3.12 单片机处理电路
3.6 LED显示电路
本设计采用LED数码管动态扫描来显示数据。两个4位的共阳极LED数码管组成8位显示，其中0、1两位显示测量中的时间，3、4两位显示测量中的心跳次数，6、7两位用来显示上次测量的数据，如图3.13所示。单片机P0口控制显示字型，P2口控制显示字位。
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图3.13 单片机处理电路
3.6.1 LED的结构及工作原理
LED数码管是由发光二极管显示字段组成的。在单片机应用系统中使用最多的就是七段LED数码管，有共阴极和共阳极两种。共阴极LED数码管显示器的公共端为发光二极管阴极，通常接地，当发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮。共阳极的LED数码管显示器的公共端为发光二极管的阳极，通常接+5V电源，当发光二极管的阴极为低电平时，发光二极管点亮。
本设计中采用的是4位七段共阳极数码管显示器，一共具有12个引脚，4个位选端，8个字选端。图3.14中所示，1、2、3、4是位选端；a~g、Dp是字选端。内部结构如图3.15所示。
图3.14 4位数码管引脚分布图
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