數(shù)字計步器設計

數(shù)字計步器設計數(shù)字電子技術課程設計報告數(shù)字計步器設計山科大日期:2014年1月6日指導教師評語一、設計任務(一)、系統(tǒng)功能本課程設計是設計數(shù)字計步器，要求采用4位數(shù)字顯示步數(shù)，傳感器采用水銀開關，主人走一步的時候，開關閉合一次，同時還應具備清零的功能。為了實現(xiàn)對移動步數(shù)的累計，在人體移動時水平位置發(fā)生變化從而觸動水銀開關使電路實現(xiàn)間斷性的接觸，從而產(chǎn)生脈沖信號使計數(shù)電路實現(xiàn)累計，達到記錄人體移動步數(shù)的目的。具體具有功能如下：(1)采用4位顯示數(shù)碼管記錄步數(shù)，(2)采用水銀開關，人行走一步，開關閉合一次，計數(shù)加一，加法計數(shù)器，(3)有清零，重啟，暫停功能。(二)數(shù)字計步器設計數(shù)字電路設計任務1(系統(tǒng)框圖與原理圖設計2(系統(tǒng)電路原理EDA設計與仿真3(硬件調(diào)試(m)EDA仿真實驗條件要求大部分仿真用計算機軟件QuartusII9.0來完成，進行仿真要求能夠?qū)崿F(xiàn)主體功能，實驗結(jié)果存在的問題，要在報告中分析其原因。二、設計內(nèi)容1、系統(tǒng)框圖與原理圖設計芯片選擇及系統(tǒng)框圖7n5390是雙十進制的，相當于兩個單十進制的計數(shù)器。并且74LS160的清除端是異步的，異步計數(shù)器中容易出現(xiàn)的計數(shù)尖峰從而影響實驗結(jié)果。故選用74LS390O用74LS390就可以實現(xiàn)0-99的進位為實現(xiàn)0-9999的進位可用兩片74LS390再加上四片74LS247譯碼器和四個LED數(shù)碼管就可以很好的將74LS390輸出的數(shù)字顯示出來。電路的結(jié)構(gòu)大致可分為4部分:輸入部分，計數(shù)部分，譯碼部分，顯示部分。系統(tǒng)大致框圖如下：系統(tǒng)原理74LS390是下降沿觸發(fā)的計數(shù)器，當開關J2開合時瞬間會產(chǎn)生一個下降沿脈沖，計數(shù)器開始工作。輸出端將數(shù)以二進制的形式輸入到譯碼器的輸入端,譯碼器將數(shù)譯碼后輸入到數(shù)碼管使其顯示計數(shù)器所計的數(shù)。由于74LS390是一個雙十計數(shù)芯片，下一級的計數(shù)器的脈沖輸入端INA的信號是由上一級的74LS390的輸出端QA和QD相與后的輸出提供的。當?shù)谝患売嫈?shù)計到9以前，QA和QD相與的結(jié)果都是低電平，下一級的INA端始終為低電平。當計數(shù)到9時，二進制1001,QA和QD相與的結(jié)果由低電平變?yōu)楦唠娖?，?4LS390是下降沿觸發(fā)的故下級計數(shù)器此時不計數(shù),當此級再來一個脈沖時，由于芯片計數(shù)性質(zhì)，此級計數(shù)器由9變?yōu)?,二進制對應0000，此刻下級的INA端由高電平變?yōu)榈碗娖?對于74LS390而言接收到一個下降沿，下一級的計數(shù)器開始計數(shù)，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)為0010，依次類推，可以實現(xiàn)從0000到9999的計數(shù)。74LS390的CLR端高電平有效，當J1開關打到地端實現(xiàn)清零。2、軟件設計輸入部分輸入部分可分為兩個部分:輸入信號和清零電路。其中的輸入信號可由脈沖信號提供也可由下降沿觸發(fā)。由于這個數(shù)字記步器的傳感器是采用水銀開關，主人走一步的時候，開關閉合一次，用下降沿觸發(fā)才可使其模擬主人走一步的時候，開關閉合一次，即完成暫停功能。記數(shù)脈沖電路在開關J1處用了積分電路，它的作用是防止開關的抖動造成計數(shù)器計數(shù)不準確而且電容可以用來濾波對信號進行整形。當開關K1打開時電路處于低電平狀態(tài),當開關K1打下來時電路處于高電平,從而能實現(xiàn)目的.記數(shù)脈沖產(chǎn)生電路用于控制計數(shù)狀態(tài),當打下開關時系統(tǒng)將處于工作狀態(tài)即進行數(shù)值累加.由于工作電路計數(shù)芯片74390是下降沿觸發(fā)的計數(shù)器,所以要使電路工作就必須輸入下降沿脈沖即由電壓瞬時由高電平變?yōu)榈碾娖絹硖峁┯行а?如圖3.1.圖中電阻和電容的組合是為了防止干擾,使電路有一定的時間常數(shù),在閉合開關時,不至于同時產(chǎn)生幾個脈沖而影響電路計數(shù)。清零電路：清零電路我們采用的是用單刀雙擲開關來控制74LS390的清零端如圖將74LS390的清零端CLR短接后接到單刀雙置開關的一個管腳開關的另兩個角一個接電源一個接地。74LS390的清零端CLR高電平有效。當將開關接地端接通時清零端CLR無效當接電源端接通時清零端CLR有效將計數(shù)器清零數(shù)碼管顯示為零從而實現(xiàn)了清零功能計數(shù)部分74LS390是雙十進制計數(shù)器，它相當于兩個十進制計數(shù)器。當74LS390的QA端和INB端短接，QA作為輸出，INA作為脈沖的輸入端時該計數(shù)器實現(xiàn)的是8421碼計數(shù)如果將QD端和INA端短接，QD作為輸出INB作為脈沖的輸入端實現(xiàn)的是BCD5421碼計數(shù)。我們采用的是BCD8421碼計數(shù)故將QA端和INB端短接。當按下開關K1時對于74LS390而言有一個下降沿的脈沖,計數(shù)器工作并通過它的輸出端將數(shù)以二進制的形式輸入到譯碼器的輸入端,譯碼器將數(shù)譯碼后輸入到數(shù)碼管的管腳使其顯示計數(shù)器所計的數(shù)。由于下一級的計數(shù)器的脈沖輸入端INA的信號是由此級的74LS390的輸出端QA和QD相與后的輸出提供的。當此級計數(shù)計到9以前，QA和QD相與的結(jié)果都是低電平故下級的INA端始終為低電平當計數(shù)到9時QA和QD相與的結(jié)果由低電平變?yōu)楦唠娖降?4LS390是下降沿觸發(fā)的故下級計數(shù)器此時不計數(shù),當此級再來一個脈沖時,此級計數(shù)器由9變?yōu)?,此刻下級的INA端由高電平變?yōu)榈碗娖?對于74LS390而言來了個下降沿,下級的計數(shù)器計數(shù)，此時數(shù)碼管顯示的數(shù)為10依次類推重復計數(shù)?？梢詮?計數(shù)到9999如此重復。譯碼部分由于計數(shù)器輸出的是二進制碼，無法用數(shù)碼管直接輸出，要想正常的輸出就必須使用七段譯碼器來驅(qū)動數(shù)碼管。74LS247是用來驅(qū)動共陽數(shù)碼管的。

口世五基32EH__c-d-e.ff1&7 1TiLSSdg口世五基32EH__c-d-e.ff1&7 1TiLSSdgf1fi ,1312工U-口巨14顯示部分數(shù)碼管是一種以發(fā)光二極管為基本單元的半導體發(fā)光器件。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，比如電子秤、電子?shù)碼鐘等的顯示都是利用數(shù)碼管實現(xiàn)，數(shù)碼管現(xiàn)今已得到廣泛的應用。它是段式數(shù)碼顯示器件，它有7個字段，每段為一個半導體發(fā)光二極管。發(fā)光二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。當外加反向電壓時，發(fā)光二極管截止;當外加正向電壓且數(shù)值足夠大時，發(fā)光二極管導通，發(fā)光二極管能發(fā)出清晰的光線。選擇不同字段發(fā)光，可顯示出不同的字形，例如上圖當b，c段亮時，顯示1.3、系統(tǒng)EDA設計與仿真EDA軟件和硬件環(huán)境Multisim10、ProtelDXP2004EDA設計仿真

3.3PCB版圖設計三、調(diào)試與結(jié)果分析在課程設計中調(diào)試時一個非常重要的環(huán)節(jié)，它可以讓設計者認真檢查自己的設計思路以及提高判斷錯誤的能力。由于線路非常多，所以每一步驟都要反復調(diào)試，否則出一點小毛病則難以排查，本課設主要從以下幾個方面加以試。(1)當接入第一個邏輯元件74LS390時，將其單個連接成一個計數(shù)部件，看其是否在數(shù)碼管上正常進位顯示。若數(shù)碼管上顯示的數(shù)字出現(xiàn)異常，可以依次對出入輸出的線路逐次排查，直到顯示的數(shù)字正常即可進入下一個元件的連接。(2)第一個元件成功接入后，逐次接入下一個74LS390,并依次不斷調(diào)試，確保各個輸出輸入線路無故障，4位數(shù)字顯示進位正常、暫停、復位都無異常，則本設計基本上就可以完成了。(3)主干計數(shù)部分調(diào)試好了，現(xiàn)在只要接入邏輯開關，當然秒脈沖信號也可以試用，不過要經(jīng)常插拔不方便，用個邏輯開關來控制，接入后能達到暫停、保持計數(shù)就完成了。四、總結(jié)通過這次基礎課程設計,讓我知道在設計電路時考慮的遠比課堂上所學的要多。實際中總有很多限制因素是必須要考慮的。設計思路決定產(chǎn)品的成本，性能等相關問題，因此一個良好的設計思路，是電路的核心。而且在開始設計電路前把實驗所要用的器件的功能和使用方法了解清楚是成功的基礎。這次課程設計雖然只是學校給我們作業(yè)，但我們不能小看他。以后我們工作后做的項目都是通過這個引申過來的。所以我們不但要把實驗要求完成，還要從經(jīng)濟實惠的角度考慮，用越少的芯片和導線完成越好。本次實驗讓我初步學習和掌握了仿真軟件Multisim的使用.設計思路有所提高，排查電路故障和調(diào)試的能力都得到了一個很好的提升。一個實驗很復雜，但只要有一點出錯，電路就不能正常工作，這時就考驗了排故障的能力，比如說，個數(shù)碼管中有些不能正常工作，那就應該找到相應的芯片進行逐一排查，