數(shù)字計步器實驗報告無錯版

1、WORD21/21 數(shù)字電路 課程設(shè)計任務(wù)書20 12 20 13 學(xué)年 第 1學(xué)期第 19 周 20周 題目數(shù)字記步器 容與要求基本要求采用4位數(shù)字顯示步數(shù)，傳感器采用水銀開關(guān)，主人走一步的時候，開關(guān)閉合一次提高要求參考原理、框圖本系統(tǒng)的原理和計數(shù)器一樣、但是要注意開關(guān)的抖動以與信號的整形問題。主要參考元器件74LS390，74LS48，74LS08進度安排1. 仿真、畫PCB線路板圖、領(lǐng)元器件：2天；2. 制作、焊接：2天3調(diào)試：3天4. 驗收：1天5. 提交報告：2012-2013學(xué)年第一學(xué)期37周學(xué)生：100421 24 10042129指導(dǎo)時間：第23周指導(dǎo)地點：綜合 樓 508 室

2、任務(wù)下達20 13年 1 月 5 日任務(wù)完成20 13年 1 月 18 日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導(dǎo)教師小林系（部）主任付崇芳注：1、此表一組一表二份，課程設(shè)計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。課程設(shè)計結(jié)束后與“課程設(shè)計小結(jié)”、“學(xué)生成績單”一并交院教務(wù)存檔。課程設(shè)計說明書課程設(shè)計名稱： 數(shù)字電路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 數(shù)字計步器 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)： 通信工程 班級： 100421 學(xué)號： 24 ： * 評分： 教師： 20 12 年 1 月 18 日 摘要本課程設(shè)計是設(shè)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(guān)，主人走

3、一步的時候，開關(guān)閉合一次，同時還應(yīng)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(guān)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。 在設(shè)計該電路時，由于要實現(xiàn)對移動步數(shù)的累計故要用計數(shù)器來計數(shù)。為了清楚的知道自己任何時候走了多少步采用了LED數(shù)碼管來顯示數(shù)據(jù)并用BCD七段譯碼器來驅(qū)動數(shù)碼管。故該電路由輸入電路，計數(shù)電路，譯碼電路三部分構(gòu)成。其中，輸入電路由一個脈沖計數(shù)產(chǎn)生電路和一個置零電路組成；記數(shù)電路由兩塊74LS390和一塊74LS08連接而成；譯碼電路是通過四片74LS247和電阻以與LED管。 通過此次試驗，

4、更進一步了解什么是電子技術(shù)，知道如何設(shè)計電路來實現(xiàn)某些具體的功能。此次試驗為以后的學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)。 關(guān)鍵字：記步器，譯碼，數(shù)碼管。目 錄前 言 3第1章 設(shè)計容與要求4第2章 系統(tǒng)組成與工作原理 52.1系統(tǒng)組成 52.2系統(tǒng)原理5第 3 章 設(shè)計方案與原理6 方案一6 方案二6 3.1 方案比較，選擇7第 4 章 方案比較，選擇與單元電路8 4.1單元電路分析8第 5 章 組裝，調(diào)試與結(jié)果分析10 5.1 組裝10 5.2 調(diào)試與結(jié)果分析10 總結(jié)12 心得體會13參考文獻14附錄15附錄16 附錄 = 3 * ROMAN III18 前 言開設(shè)本次電子課設(shè)，就是為了鍛煉我們對記數(shù)器知識

5、的了解和應(yīng)用，以與培養(yǎng)我們對實際問題的解決能力，以利于我們今后的學(xué)習(xí)和工作。為了實現(xiàn)數(shù)字進位記步，我們選用按扭開關(guān)來模擬人走路，同時加上大電阻和大電容，以保護電路，不被燒壞，同時消除電路中的干擾，這點非常重要。同時該電阻和電容構(gòu)成的積分電路解決了開關(guān)的抖動問題從而就解決了信號的輸入問題，使得信號的累加和進位更加準(zhǔn)確。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。 本次設(shè)計型實驗讓我們初步的了解了電子技術(shù)的意義，讓我們初步的了解到如何將平時所學(xué)到的知識運用到現(xiàn)實

6、生活中也就是讓我們體會到生活中的許多科技產(chǎn)品就是用我們所學(xué)的簡單知識通過綜合制造出來的。此次實驗在一定程度上鍛煉了同學(xué)們的實際動手能力和解決實際問題的能力，為我們今后的學(xué)習(xí)和工作作了鋪墊。在繁忙的當(dāng)代社會，人們在忙碌的工作之余，也越來越注重自己的健康，跑步稱為了一種既方便又有效的鍛煉方式。而作為本次試驗容的“數(shù)字計步器”，它運用于生活中時可以自動地計算行走的步數(shù)。當(dāng)人們希望知道一天里行走了多少步，或者再乘以步幅來推算行走距離時可以使用它。步數(shù)是一步兩步來計算的，對于數(shù)字計數(shù)器來說當(dāng)然具有這種功能。 試驗中在檢測步數(shù)時因考慮攜帶的不方便與實驗室水銀開關(guān)的諸多不便，本實驗采用脈沖信號來代替腳的每次

7、行走所引起的震動。本設(shè)計中數(shù)字計步器就是按照這個方法達到進位計數(shù)的功能，和計數(shù)器的類似。數(shù)字計步器在日常生活中主要運用在醫(yī)療健身等電子產(chǎn)品中，如數(shù)字跑步器、計步器等諸多相關(guān)電子設(shè)備。該設(shè)計可以合理運用到大圍的產(chǎn)品設(shè)計中，提高現(xiàn)代電子產(chǎn)品水平，更好的服務(wù)于社會，有著很廣大的發(fā)展前景和用途。 第1章 設(shè)計容與要求 采用4位數(shù)字顯示步數(shù)，傳感器則是采用水銀開關(guān)，隨著主人每走一步的時候，開關(guān)就閉合一次。 2. 參考原理：本系統(tǒng)的原理和計數(shù)器是一樣的，但是要特別注意開關(guān)的抖動以與信號的整形問題。 主要參考元器件74LS390，74LS48，74LS08第2章 系統(tǒng)組成與工作原理2.1系統(tǒng)組成 通過四個7

8、4ls390級聯(lián)以此達到數(shù)字計數(shù)功能，計數(shù)按十進制，采用四位制。每個74ls390的輸出端連接74ls48實現(xiàn)譯碼功能。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)框圖：譯碼器譯碼器譯碼器數(shù)碼管顯示數(shù)字?jǐn)?shù)碼管顯示數(shù)字?jǐn)?shù)碼管顯示數(shù)字CP脈沖信號數(shù)碼管顯示數(shù)字譯碼器個位計數(shù)器十位計數(shù)器百位計數(shù)器千位計數(shù)器圖1-1 計步器系統(tǒng)框圖2.2系統(tǒng)原理當(dāng)cr端接高電平是，電路實現(xiàn)計數(shù)功能，cp端輸入一個脈沖時，個位實現(xiàn)實現(xiàn)計數(shù)。當(dāng)個位計數(shù)達到9時，cp在輸入一個脈沖，這時個位上的計數(shù)器產(chǎn)生進位信號，十位加一，個位清零，以此類推。當(dāng)cr端接低電平時，電路實現(xiàn)清零功能，四位顯示顯示都

9、為零。第 3 章 設(shè)計方案與原理 方案一工作原理：當(dāng)74LS160芯片的CLR端接高電平時，電路實現(xiàn)計數(shù)功能，CP端接收到一個脈沖，個位計數(shù)器開始工作計數(shù)1當(dāng)個位計數(shù)達到9再接收到第十個CP脈沖，個位計數(shù)器產(chǎn)生進位信號，十位計數(shù)器顯示1，個位計數(shù)器清零，以此類推，實現(xiàn)0000-9999計數(shù)。當(dāng)CLR端接低電平時，由芯片性質(zhì)實現(xiàn)計數(shù)清零，四個數(shù)碼管都顯示零。 方案二工作原理：74LS390是下降沿觸發(fā)的計數(shù)器，當(dāng)開關(guān)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)

10、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(dāng)?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(dāng)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(dāng)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(yīng)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

11、端高電平有效，當(dāng)J1開關(guān)打到地端實現(xiàn)清零。在開關(guān)J1處用了積分電路，它的作用是防止開關(guān)的抖動造成計數(shù)器計數(shù)不準(zhǔn)確而且電容可以用來濾波對信號進行整形。 當(dāng)開關(guān)K1打開時電路處于低電平狀態(tài),當(dāng)開關(guān)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(dāng)打下開關(guān)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3.2.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(guān)時,不至于同時產(chǎn)生幾個脈沖而影響電路計數(shù)。 圖3.1 記數(shù)脈沖電路清零

12、電路我們采用的是用單刀雙擲開關(guān)來控制74LS390的清零端如圖3.3 清零3.1 方案比較，選擇方案一與方案二相比較，設(shè)計原理大致一樣，都是計數(shù)芯片接收到脈沖信號開始計數(shù)，通過譯碼顯示電路顯示在數(shù)碼管上，只是芯片選擇不同。方案一采用4個74LS160計數(shù)芯片，4個74LS247譯碼芯片以與4個共陰數(shù)碼管共12個主要元器件，而方案二使用了2片74LS390，4個74LS247譯碼芯片，1個74LS08以與4個共陽數(shù)碼管共11個主要元器件。方案二所用元器件符合設(shè)計要求，從經(jīng)濟方面考慮選擇方案二較好，所以實驗用的是方案二。也就是相當(dāng)于實驗一的譯碼部分和實驗二的計數(shù)部分。因為計數(shù)芯片接收到脈沖信號開始

13、計數(shù)，通過譯碼顯示電路顯示在數(shù)碼管上，所以兩種計數(shù)功能一樣。第 4 章 方案比較，選擇與單元電路4.1 單元電路分析如圖4-1所示，設(shè)計采用一個常開按鈕開關(guān)，當(dāng)開關(guān)打開時第一級計數(shù)芯片INA端接地為低電平，按鈕開關(guān)閉合時INA端接收到高電平，按鈕松開的瞬間回到低電平產(chǎn)生一個下降沿觸發(fā)信號，計數(shù)芯片接收到信號轉(zhuǎn)換成二進制輸出給譯碼器。圖4-2所示電路實現(xiàn)計步器的清零功能，采用一個單刀雙擲開關(guān)，當(dāng)74LS390的清零端與電源相連接時進行計數(shù)，將開關(guān)打到另一邊接地則會使74LS390清零。74LS390是雙十進制計數(shù)器，它相當(dāng)于兩個十進制計數(shù)器。一片完整的74LS390是由U5A和U5B構(gòu)成的.圖4

14、-3所示是整個電路設(shè)計的關(guān)鍵，由于74LS390是雙十計數(shù)芯片，使其下一級計數(shù)器的脈沖輸入端INA的信號由上一級的輸出端QA和QD通過74LS08相與后輸出提供，上一級（如個位計數(shù)器）計數(shù)到9時，QA,QD相與為1，下一級（如十位計數(shù)器）INA端接收到高電平，當(dāng)上一級再接收到一個信號時，QD,QC,QB,QA輸出為0000，QA,QD相與為0，下一級INA端接收到低電平由高電平變成低電平，下降沿觸發(fā)使此級計數(shù)器（十位計數(shù)器）工作計數(shù)1，實現(xiàn)進位。其它進位原理一樣。第 5 章 組裝，調(diào)試與結(jié)果分析5.1 組裝按照選定的設(shè)計方案，領(lǐng)來元器件后開始組裝。 根據(jù)先難后易，先低后高，先貼片后插裝的原則進

15、行錫焊，按照設(shè)計電路圖合理焊好元器件。使用電烙鐵進行焊接時應(yīng)注意以下幾點：電烙鐵使用前要上錫。具體方法是：將電烙鐵燒熱，待剛剛能焊錫時，涂上助焊劑，再用焊錫均勻的涂在烙鐵頭上，使烙鐵頭均勻的涂上一層錫。焊接時間不宜過長，否則容易損壞元器件和電路板。電烙鐵吃不上錫時可能是鐵頭部分氧化，可以用銼刀磨一下。避免虛焊。5.2 調(diào)試與結(jié)果分析 在課程設(shè)計中調(diào)試時一個非常重要的環(huán)節(jié)，它可以讓設(shè)計者認真檢查自己的設(shè)計思路以與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(fù)調(diào)試，否則出一點小毛病則難以排查，本課設(shè)主要從以下幾個方面加以調(diào)試。 當(dāng)接入第一個邏輯元件74LS390時，將其單個連接成一個計數(shù)

16、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。 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(fù)位都無異常，則本設(shè)計基本上就可以完成了。 主干計數(shù)部分調(diào)試好了，現(xiàn)在只要接入邏輯開關(guān)，當(dāng)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(guān)來控制，接入后能達到暫停、保持計數(shù)就完成了。結(jié)果分析： 在任何課程設(shè)計中不可能一動手就成功完成，不出現(xiàn)絲毫差錯，那是不太可能的。在本設(shè)計中設(shè)計小組也遇到了一些故障此次實驗時好像做計

17、步器實驗的同學(xué)都碰到這樣一個問題，仿真出來時可以的，接好電路后計步器卻只計到8，形成9進制，無法計數(shù)到9。但仿真卻是可以的。經(jīng)過查詢資料，我們和同學(xué)老師們共同努力下終于解決問題。原因是74LS08N的1腳連的是QB，經(jīng)改正，將1腳連到QA，同時去掉74LS08N3腳連到的開關(guān)，使3腳連到74LS390的15腳。這關(guān)系到74LS390的特性，當(dāng)74LS390的3腳和4腳相連時就會是10進制，在數(shù)碼管從0到9后悔自動回0，不需要再將74LS08N的3腳連開關(guān)來清零。只要細心排查故障，就能確保設(shè)計成功。經(jīng)過設(shè)計小組的一系列仔細排查，反復(fù)試驗檢驗本設(shè)計，總算成功完成了。總結(jié) 為期兩周的課程設(shè)計過程中，

18、借助于圖書館，互聯(lián)網(wǎng)等信息平臺，收集到了一些相關(guān)資料，在與同組人共同分析問題解決問題，經(jīng)過不斷的修改和驗證，最終成功地完成了本次課程設(shè)計實驗。在本次課程設(shè)計中，除了動手能力的顯著提高外，還獲得了其他一些感觸。在上學(xué)期的理論知識的學(xué)習(xí)中，自以為掌握的很牢固，在試驗前也都信心滿滿，但是真拿到題目時卻有點不知從何下手。主要原因是對題目理解的不夠深入，后來從某些資料中才解決這個疑惑。記步器要實現(xiàn)的功能是當(dāng)開關(guān)K1被不斷的開關(guān)時形成下降沿脈沖，通過74LS390的脈沖輸入端INA輸入到計數(shù)器74 LS 390 ，由于74LS390是下降沿觸發(fā)的計數(shù)器所以當(dāng)它的有效沿到來時計數(shù)器就開始計數(shù)。計數(shù)器計的數(shù)通

19、過其輸出端輸入到BCD七段譯碼器74LS247中使其驅(qū)動 LED數(shù)碼管顯示計數(shù)器所計的數(shù)。將計數(shù)器的輸出端QA和QD相與后的輸出作為高位的脈沖，利用QA和QD在9時才相與為高電平其它時候都為低電平和74 LS 390是下降沿觸發(fā)的可以實現(xiàn)進位，這樣就完成了從0000到9999的計數(shù)功能 。將其清零端短接后用開關(guān)K2來控制就是現(xiàn)了清零功能心得體會 這次經(jīng)歷讓我學(xué)會了設(shè)計以理解為先的方法。 這次課程設(shè)計雖然只是學(xué)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(dǎo)線完成越好。本次實驗讓我再次運用了仿真

20、軟件Multisim的使用。知道怎么設(shè)計電路的設(shè)計思路（通過資料），排查電路故障和調(diào)試的能力都得到了一個很好的提升。實驗雖然不難，但只要在實驗過程中出一點點錯，實驗就會出問題，這時就考驗了排故障的能力。所以在實驗時要小心，要細心。 數(shù)字計步器實驗分成了四個模塊：輸入部分，計數(shù)部分，譯碼部分，顯示部分。這樣有利于連接，排查故障，設(shè)計的思路會明顯清晰。應(yīng)該學(xué)習(xí)這種方法。本次電子課程設(shè)計有機地將理論與實踐相結(jié)合了，既考察了我們對理論知識的掌握情況，還反映出我們實際動手能力，更主要的是它激起我們的創(chuàng)新思維，為今后的進一步學(xué)習(xí)創(chuàng)下良好條件，為以后的就業(yè)也打下根基，在試驗中不能因為動手機會較少而一味追求動

21、手能力的提高，應(yīng)該在知識已經(jīng)完備的情況下將動手能力與理論知識并重，才能將試驗做的更好。同時也讓我們意識到自己的水平，今后應(yīng)該更加努力學(xué)習(xí)理論知識，為今后的設(shè)計制作奠定基礎(chǔ)，而且要與時吸收先進技術(shù)緊跟時代步伐。 參考文獻 白中英 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)（第四版 立體化教材）. 科學(xué) 2008年 珂 嵩 脈沖與數(shù)字電路實驗指導(dǎo)書.2010年 維 數(shù)字電路課程設(shè)計與實驗.理工大學(xué).2008年 淑、王憲偉.電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.清華大學(xué).2006年 何希才 電子電路. 航空航天大學(xué) 2003年6. 大友. 數(shù)字電路邏輯設(shè)計.清華大學(xué), 1997 7. 畢滿清. 電子技術(shù)實驗與課程設(shè)計.機械工業(yè), 200

22、0 8. 湯山俊夫 數(shù)字電路設(shè)計與制作 科學(xué) 2005 9. 亞君 龍 ，數(shù)字電路與邏輯設(shè)計試驗教程 機械工業(yè) 200810. 時序邏輯電路 清華大學(xué)出版 （數(shù)電課件）wenku.baidu./view/54915f284b73f242336c5fe9.html 附錄元件清單元件清單：74LS390雙十進制計數(shù)器2個74LS247BCD七段15V輸出譯碼器4個74LS08二輸入端四與門1個LED數(shù)碼管共陽數(shù)碼管4個電阻10028個電阻11個電容1.0F1個電容0.1F5個插槽14腳2個插槽16腳6個插槽20腳2個電壓源5V1臺附錄 記步器電路原理總圖與仿真圖數(shù)字記步器電路原理總圖(注：數(shù)碼管與

23、譯碼器間接有100歐姆電阻)數(shù)字記步器仿真圖PCB板： 附錄= 3 * ROMANIII 器件介紹計數(shù)器圖 2.2 74LS390的管腳圖表2 1 74LS390真值表QnQn00000001000100100010001100110100010001010101011001100111011110001000100110010000表2-2 74LS390功能表CountOutputQDQCQBQA00000100012001030011401005010160110701118100091001當(dāng)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