数字计步器.docx
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数字计步器.docx
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数字计步器
课程设计说明书
课程设计名称:
数字逻辑
课程设计题目:
数字计步器
学院名称:
信息工程学院
专业:
计算机科学与技术班级:
xxx
学号:
xxx姓名:
xxx
评分:
教师:
2012年x月x日
数字逻辑课程设计任务书
2011-2012学年第二学期 第18周-19周
题目
数字计步器
内容及要求
1.采用4位数字显示步数,传感器采用水银开关,主人走一步的时候,开关闭合一次。
进度安排:
1、根据任务要求,查阅相关资料,完成设计的前期工作;(两天)
2、根据资料,进行方案设计并对比论证,完成参数计算;(三天)
3、库房领取元器件,联接电路,完成电路调试;(五天)
4、检查完毕后,撰写实验报告。
学生姓名:
xxx
指导时间2012-6-11——2012-6-22
指导地点:
E楼504室
任务下达
2012年6月11日
任务完成
2012年6月22日
考核方式
1.评阅□ 2.答辩□3.实际操作■4.其它□
指导教师
xxx
系(部)主任
注:
1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份;任课教师授课时自带一份备查。
2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
摘要
本课程设计是设计数字计步器,要求采用4位数字显示步数,传感器采用水银开关,主人走一步的时候,开关闭合一次,同时还应具备清零的功能。
实验通过74ls160的四个级联,进行计数,再通过74ls48和bs201a显示在电子屏上。
通过本课程设计,可以让学生掌握面对一个比较大的问题,通过把它划分成几个模块进行分别调试。
同时让学生更加熟悉本课程的内容,提高动手能力,为以后的学习工作打下基础。
关键字:
计数,清零,水银开关
目录
前言……………………………………………………………………………..4
第一章设计内容及要求………………………………………………………5
第二章系统组成及工作原理…………………………………………………5
2.1系统组成……………………………………………………………….5
2.2工作原理……………………………………………………………….5
第三章单元电路设计、器件选择……………………………………………6
3.174ls160功能介绍………………………………….……………………6
3.274ls160的级联…………………………………….……………………8
3.3电路显示………………………………………….……………………9
第四章实验调试及测试结果与分析………………….……………………10
第五章收获与体会………………………………….…………….…………11
参考文献………………………………………………………………………12
附录……………………………………………………………………………13
前言
现在社会人们往往在办公室电脑前工作长时间,对于就餐也往往是在一些快餐店吃,而快餐店买的东西想炸鸡之类的东西,是高卡路里,以此导致肥胖人群越来越多,很多人会选择跑步来消耗多余的卡路里,但是跑步跑了多少步,消耗多少卡路里?
这是很难通过简单的靠路程可以计量的,在100米的路程中,有些人步幅较小可能需要500步,有些人可能200就够,当然他们消耗的卡路里不一样。
还有就是在一些体育活动中,像竞走,人们往往需要计算运动员的频率,通过测量计算知道运动员在什么样的频率下是最节省体力,最快的到达终点。
数字计步器通过水银开关戴在人体上,人体运动时会有相对的振动,这种振动会引起水银开关的断开与闭合,当水银开关闭合时,产生电流,不断地振动产生类似于cp脉冲的信号,再将产生的cp脉冲连接到74ls160上,74ls160用于计数,将四个74ls160级联起来,达到四位计数功能,再将输出端连接到74ls48和bs201a上,以此达到显示目的。
将四位的清零端连接到逻辑开关上,以此控制电路的清零。
水银开关的闭合与断开较难控制,在本实验中先用实验箱中的cp脉冲代替水银开关产生的脉冲,在扩充中再进行水银开关产生脉冲。
第一章设计内容及要求
1.采用4位数字显示步数,传感器采用水银开关,主人走一步的时候,开关闭合一次。
第二章系统组成及工作原理
2.1系统组成
通过四个74ls160级联以此达到数字计数功能,计数按十进制,采用四位制。
每个74ls160的输出端连接74ls48实现译码功能,再将输出端连接到bs201a上,以此在bs201a上显示出相应数字。
系统框图:
图2.1
2.2系统原理
当cr端接高电平是,电路实现计数功能,cp端输入一个脉冲时,个位实现实现计数。
当个位计数达到9时,cp在输入一个脉冲,这时个位上的计数器产生进位信号,十位加一,个位清零,以此类推。
当cr端接低电平时,电路实现清零功能,四位显示显示都为零。
第三章单元电路设计器件选择
3.174ls160功能介绍简要说
160为可预置的十进制同步计数器,其主要电特性的典型值如下:
型号FMAXPD
CT54LS160/CT74LS16032MHz93mW
160的清除端是异步的。
当清除端/MR为低电平时,不管时钟端
CP状态如何,即可完成清除功能。
160的预置是十进制同步计数器(异步清除)
同步的。
当置入控制器/PE为低电平时,在CP上
升沿作用下,输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。
对于
54/74160,当CP由低至高跳变或跳变前,如果计数控制端CEP、CET
为高电平,则/PE应避免由低至高电平的跳变,而54/74LS160无此
种限制。
160的计数是同步的,靠CP同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET均为高电平时,在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化,
从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74160,只有当
CP为高电平时,CEP、CET才允许由高至低电平的跳变,而54/74LS160
的CEP、CET跳变与CP无关。
160有超前进位功能。
当计数溢出时,进位输出端(TC)输出一
个高电平脉冲,其宽度为Q0的高电平部分。
在不外加门电路的情况下,可级联成N位同步计数器。
对于54/74LS160,在CP出现前,即使CEP、CET、/MR发生变化,
电路的功能也不受影响。
管脚图:
图3.1
表3.1
说明:
H-高电平
L-低电平
X-任意
3.274ls160的级联
图3.2
1.定义1#芯片为低位,2#芯片为高位。
2.用低位芯片的进位输出端c,作为向高位芯片进行进位的控制信号(不是用c的边沿去触发高位计数器的cp脉冲端,而是去控制高位计数器的。
当s1.s2端,从而控制高位计数器的计数或保持)。
当低位计数器计数状态从0到8时,c=0,使高位计数器的s1=s2=0,(注:
也就是p,t端低电平)处于保持状态,高位计数器不能进行计数;当低位计数器计数到9状态(即q3q2q1q0=1001),c=1,由于两集成计数器共用同一个cp脉冲,虽然s1=s2=1,但cp脉冲有效边沿已过,高位计数器并不计数;在低位计数器的一个计数循环中,只有当第十个cp脉冲来到时,高位计数器的s1=s2=1,处于计数状态,允许计数,使高位计数器递加1。
也就是说,低位计数器每一个计数循环中,c端只有在最后一个状态发生一个进位控制信号,开启高位计数器进行计数。
本次进位完毕后,低位计数器归0,同时c=0,使高位计数器的s1=s2=0,封锁了高位计数器的cp端,即使有cp脉冲,但高位计数器也不在计数。
从而使得低位计数器每一个计数循环完成后,允许高位计数器计数1,达到进位的目的。
这种方式级联同步计数器,所有集成技术器共用同一个cp脉冲触发,是同步计数器,可以克服异步计数器中的过度干扰。
如图,四个74ls160的级联,具有清零功能。
图3.3
清零时只需将每个74ls160上的高电平改成低电平即完成清零功能。
也就是clk接低电平
3.3电路显示
本实验为了能够更好的显示四位十进制数,选用74ls48和bs201a组成的显示系统。
连接方式如图所示:
图3.4
第四章实验调试及测试结果与分析
调试是一个非常重要的工作,他要求设计者认真检查自己的电路,确保无误,还要处理好一些小细节。
本实验在调试过程中遇见几个比较大的问题。
1.在最初连接时,并没有将四个cp端共接信号源,74ls160本身具有超前进位功能,在计数到9时,并没有进位到0,而是直接进位到1。
在处理这个问题是,本实验将四个160共cp端,这样解决了提前进位的问题。
2.水银开关的处理。
在完成好大部分电路后,水银开关的接入是难点,本实验水银开关接入如图所示:
图4.1
3.在调试时发现千位不进位,于是测了第三级的进位信号发现也没问题
又检查了电路发现没问题,想到可能芯片坏了,测试结果是芯片坏了,换了一个74ls160后,实验达到要求!
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第五章收获与体会
通过本次对电子计数器的设计与制作,了解了设计电路的基本程序,也了解了电子计数器的原理和设计理念。
同时在实验中应该认真的思考可能产生的种种问题,并对这些问题加以分析,找出解决问题的方法。
使实验成果更加完善。
因此,对实验的严谨态度和不断创新的精神是必不可少的。
通过本次实验可以初略的模拟市场化的电子计步器。
然而这毕竟是实验室的产物,和市场化的产品在质量和可行性上仍有巨大差距。
首先实验室的计步器体型庞大,在实验室只是将市场化的计步器依照其原理放大而已。
所以想要面向市场还需更多细节上的改动。
比如在体型方面,尽量用少的元器件来实现同样的功能,在原件方面尽量使用更为先进更为可靠的原件,使得计步器在感应,计数等方面更灵敏。
还要注意的是应该想法将所有的原件整合到一块,也就是要集成化,这样才能使它更趋于完美。
参考文献
1.何希才电子电路.北京北京航空航天大学出版社2003年
2.赵淑范、王宪伟.电子技术实验与课程设计.清华大学出版社.2006年
3.白中英数字逻辑与数字系统(第四版立体化教材).北京科学出版社2008年
4.李维数字电路课程设计及实验.大连理工大学出版社.2008年
5.赵珂彭嵩脉冲与数字电路实验指导书.2010年
附录电路总电路图
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