快速测心率计基本原理

本电路只要采样两次心跳，就可以“推算”出1分钟的心跳次数，迅速直观、观察方便，耗电少，成本低、体积小。

基本原理：

本电路把心跳脉冲输入给计器之前，作了100倍频处理，组成方框图，如图16-1所示。假设心跳每分钟为n次，相当频率n/60Hz，则100倍频后为5/3nHz，这时，只要计数闸门设置为0.6秒，则能准确显示出心率来。如n=76，100倍频后频率为127Hz，通过脉冲为127×0.6=76，正好与实际心率相符。

图16-1

电路工作原理：

(1)传感、放大部分：压电陶瓷片与CMOS反相器配合完成脉搏采样，如图16-2所示。

图16-2

第二级反相器工作在开关状态，对前一级的心跳脉冲进行整形，当有脉冲输入时，输出高电平“1”，静态时输出低电平“0”。

(2)倍频器电路：采用带锁相环的100倍频器CD4046。调整其⑥、⑦脚间的VCO振荡电容C及环路滤波器，可使环路频率工作在0.1～100Hz上。电阻R3决定最低工作频率fmin；R4决定VCO控制电压，它们的取值为(R3为11脚对地电阻；R4为12脚对地电阻)。

若N=100，VCO：1～100Hz，△f=100-1=99Hz取C=0.047μF，R3≤1/△f(C3-33pF)=200kΩ。

则R4≥1/fmin(C3+33pF)-21.3MΩ。

R1、R2和C5构成的环路滤波网络决定着锁相环的倾响。与锁相环一起构成倍频器的另一个重要部件是100分频器，它实际上是一个串接的双十进制计数器电路。

(3)译码、驱动及显示电路

如图16-3，电路核心为一片CD4553三位BCD计数器。

图16-3

其内部三个负沿触发的BCD计数器以同步工作方式级联在一起，每位BCD计数器输出端都有一个四位锁存器，可将任意时刻的计数值加以储存，并与多路转换器配合，完成三组BCD计数器值的分时输出。数字选择器输出(DS1～DS3)提供输出同步信号，完成动态显示方式，低电平有效。由于循环扫描周期(本电路为0.83ms)远小于人眼的视觉暂留时间，所以可以得到稳定的数字显示。

此电路实现了三位显示而只需用一位译码器的简化。其中CD4511为一片BCD一锁存/7段译码/驱动器。

元件选择：传感器用压电陶瓷片代替，其型号为HTD-20。三只数码管选用红色共阴极的。

调试：共有三处：一是调整传感器放大级的偏置电阻，以提供合适的线性偏置。二是倍频器锁相环路，调整R1、R2和C4、C5，使倍频器稳定地工作在所需频段上。最后一处是调整闸门形成电路的振荡电阻和电容，使显示器正确显示出测量数值来。