數(shù)字計(jì)步器設(shè)計(jì)

數(shù)字計(jì)步器設(shè)計(jì)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字計(jì)步器設(shè)計(jì)山科大日期:2014年1月6日指導(dǎo)教師評(píng)語一、設(shè)計(jì)任務(wù)(一)、系統(tǒng)功能本課程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)數(shù)字計(jì)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)，主人走一步的時(shí)候，開關(guān)閉合一次，同時(shí)還應(yīng)具備清零的功能。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)步數(shù)的累計(jì)，在人體移動(dòng)時(shí)水平位置發(fā)生變化從而觸動(dòng)水銀開關(guān)使電路實(shí)現(xiàn)間斷性的接觸，從而產(chǎn)生脈沖信號(hào)使計(jì)數(shù)電路實(shí)現(xiàn)累計(jì)，達(dá)到記錄人體移動(dòng)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(guān)，人行走一步，開關(guān)閉合一次，計(jì)數(shù)加一，加法計(jì)數(shù)器，(3)有清零，重啟，暫停功能。(二)數(shù)字計(jì)步器設(shè)計(jì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)任務(wù)1(系統(tǒng)框圖與原理圖設(shè)計(jì)2(系統(tǒng)電路原理EDA設(shè)計(jì)與仿真3(硬件調(diào)試(m)EDA仿真實(shí)驗(yàn)條件要求大部分仿真用計(jì)算機(jī)軟件QuartusII9.0來完成，進(jìn)行仿真要求能夠?qū)崿F(xiàn)主體功能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在的問題，要在報(bào)告中分析其原因。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1、系統(tǒng)框圖與原理圖設(shè)計(jì)芯片選擇及系統(tǒng)框圖7n5390是雙十進(jìn)制的，相當(dāng)于兩個(gè)單十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。并且74LS160的清除端是異步的，異步計(jì)數(shù)器中容易出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。故選用74LS390O用74LS390就可以實(shí)現(xiàn)0-99的進(jìn)位為實(shí)現(xiàn)0-9999的進(jìn)位可用兩片74LS390再加上四片74LS247譯碼器和四個(gè)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(jì)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(jì)數(shù)器，當(dāng)開關(guān)J2開合時(shí)瞬間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)下降沿脈沖，計(jì)數(shù)器開始工作。輸出端將數(shù)以二進(jìn)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(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)。由于74LS390是一個(gè)雙十計(jì)數(shù)芯片，下一級(jí)的計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端INA的信號(hào)是由上一級(jí)的74LS390的輸出端QA和QD相與后的輸出提供的。當(dāng)?shù)谝患?jí)計(jì)數(shù)計(jì)到9以前，QA和QD相與的結(jié)果都是低電平，下一級(jí)的INA端始終為低電平。當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí)，二進(jìn)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(jí)計(jì)數(shù)器此時(shí)不計(jì)數(shù),當(dāng)此級(jí)再來一個(gè)脈沖時(shí)，由于芯片計(jì)數(shù)性質(zhì)，此級(jí)計(jì)數(shù)器由9變?yōu)?,二進(jìn)制對(duì)應(yīng)0000，此刻下級(jí)的INA端由高電平變?yōu)榈碗娖?對(duì)于74LS390而言接收到一個(gè)下降沿，下一級(jí)的計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，此時(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)為0010，依次類推，可以實(shí)現(xiàn)從0000到9999的計(jì)數(shù)。74LS390的CLR端高電平有效，當(dāng)J1開關(guān)打到地端實(shí)現(xiàn)清零。2、軟件設(shè)計(jì)輸入部分輸入部分可分為兩個(gè)部分:輸入信號(hào)和清零電路。其中的輸入信號(hào)可由脈沖信號(hào)提供也可由下降沿觸發(fā)。由于這個(gè)數(shù)字記步器的傳感器是采用水銀開關(guān)，主人走一步的時(shí)候，開關(guān)閉合一次，用下降沿觸發(fā)才可使其模擬主人走一步的時(shí)候，開關(guān)閉合一次，即完成暫停功能。記數(shù)脈沖電路在開關(guān)J1處用了積分電路，它的作用是防止開關(guān)的抖動(dòng)造成計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不準(zhǔn)確而且電容可以用來濾波對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。當(dāng)開關(guān)K1打開時(shí)電路處于低電平狀態(tài),當(dāng)開關(guān)K1打下來時(shí)電路處于高電平,從而能實(shí)現(xiàn)目的.記數(shù)脈沖產(chǎn)生電路用于控制計(jì)數(shù)狀態(tài),當(dāng)打下開關(guān)時(shí)系統(tǒng)將處于工作狀態(tài)即進(jìn)行數(shù)值累加.由于工作電路計(jì)數(shù)芯片74390是下降沿觸發(fā)的計(jì)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(shí)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(shí)間常數(shù),在閉合開關(guān)時(shí),不至于同時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)脈沖而影響電路計(jì)數(shù)。清零電路：清零電路我們采用的是用單刀雙擲開關(guān)來控制74LS390的清零端如圖將74LS390的清零端CLR短接后接到單刀雙置開關(guān)的一個(gè)管腳開關(guān)的另兩個(gè)角一個(gè)接電源一個(gè)接地。74LS390的清零端CLR高電平有效。當(dāng)將開關(guān)接地端接通時(shí)清零端CLR無效當(dāng)接電源端接通時(shí)清零端CLR有效將計(jì)數(shù)器清零數(shù)碼管顯示為零從而實(shí)現(xiàn)了清零功能計(jì)數(shù)部分74LS390是雙十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，它相當(dāng)于兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。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(shí)該計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)的是8421碼計(jì)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(shí)現(xiàn)的是BCD5421碼計(jì)數(shù)。我們采用的是BCD8421碼計(jì)數(shù)故將QA端和INB端短接。當(dāng)按下開關(guān)K1時(shí)對(duì)于74LS390而言有一個(gè)下降沿的脈沖,計(jì)數(shù)器工作并通過它的輸出端將數(shù)以二進(jìn)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(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)。由于下一級(jí)的計(jì)數(shù)器的脈沖輸入端INA的信號(hào)是由此級(jí)的74LS390的輸出端QA和QD相與后的輸出提供的。當(dāng)此級(jí)計(jì)數(shù)計(jì)到9以前，QA和QD相與的結(jié)果都是低電平故下級(jí)的INA端始終為低電平當(dāng)計(jì)數(shù)到9時(shí)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(jí)計(jì)數(shù)器此時(shí)不計(jì)數(shù),當(dāng)此級(jí)再來一個(gè)脈沖時(shí),此級(jí)計(jì)數(shù)器由9變?yōu)?,此刻下級(jí)的INA端由高電平變?yōu)榈碗娖?對(duì)于74LS390而言來了個(gè)下降沿,下級(jí)的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，此時(shí)數(shù)碼管顯示的數(shù)為10依次類推重復(fù)計(jì)數(shù)?？梢詮?計(jì)數(shù)到9999如此重復(fù)。譯碼部分由于計(jì)數(shù)器輸出的是二進(jìn)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(dòng)數(shù)碼管。74LS247是用來驅(qū)動(dòng)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?jǐn)?shù)碼管是一種以發(fā)光二極管為基本單元的半導(dǎo)體發(fā)光器件。在我們?nèi)粘Ｉ钪校热珉娮映?、電子?shù)碼鐘等的顯示都是利用數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，數(shù)碼管現(xiàn)今已得到廣泛的應(yīng)用。它是段式數(shù)碼顯示器件，它有7個(gè)字段，每段為一個(gè)半導(dǎo)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?。?dāng)外加反向電壓時(shí)，發(fā)光二極管截止;當(dāng)外加正向電壓且數(shù)值足夠大時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)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(dāng)b，c段亮?xí)r，顯示1.3、系統(tǒng)EDA設(shè)計(jì)與仿真EDA軟件和硬件環(huán)境Multisim10、ProtelDXP2004EDA設(shè)計(jì)仿真

3.3PCB版圖設(shè)計(jì)三、調(diào)試與結(jié)果分析在課程設(shè)計(jì)中調(diào)試時(shí)一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，它可以讓設(shè)計(jì)者認(rèn)真檢查自己的設(shè)計(jì)思路以及提高判斷錯(cuò)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(diǎn)小毛病則難以排查，本課設(shè)主要從以下幾個(gè)方面加以試。(1)當(dāng)接入第一個(gè)邏輯元件74LS390時(shí)，將其單個(gè)連接成一個(gè)計(jì)數(shù)部件，看其是否在數(shù)碼管上正常進(jìn)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(duì)出入輸出的線路逐次排查，直到顯示的數(shù)字正常即可進(jìn)入下一個(gè)元件的連接。(2)第一個(gè)元件成功接入后，逐次接入下一個(gè)74LS390,并依次不斷調(diào)試，確保各個(gè)輸出輸入線路無故障，4位數(shù)字顯示進(jìn)位正常、暫停、復(fù)位都無異常，則本設(shè)計(jì)基本上就可以完成了。(3)主干計(jì)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(hào)也可以試用，不過要經(jīng)常插拔不方便，用個(gè)邏輯開關(guān)來控制，接入后能達(dá)到暫停、保持計(jì)數(shù)就完成了。四、總結(jié)通過這次基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì),讓我知道在設(shè)計(jì)電路時(shí)考慮的遠(yuǎn)比課堂上所學(xué)的要多。實(shí)際中總有很多限制因素是必須要考慮的。設(shè)計(jì)思路決定產(chǎn)品的成本，性能等相關(guān)問題，因此一個(gè)良好的設(shè)計(jì)思路，是電路的核心。而且在開始設(shè)計(jì)電路前把實(shí)驗(yàn)所要用的器件的功能和使用方法了解清楚是成功的基礎(chǔ)。這次課程設(shè)計(jì)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(xiàng)目都是通過這個(gè)引申過來的。所以我們不但要把實(shí)驗(yàn)要求完成，還要從經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的角度考慮，用越少的芯片和導(dǎo)線完成越好。本次實(shí)驗(yàn)讓我初步學(xué)習(xí)和掌握了仿真軟件Multisim的使用.設(shè)計(jì)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(gè)很好的提升。一個(gè)實(shí)驗(yàn)很復(fù)雜，但只要有一點(diǎn)出錯(cuò)，電路就不能正常工作，這時(shí)就考驗(yàn)了排故障的能力，比如說，個(gè)數(shù)碼管中有些不能正常工作，那就應(yīng)該找到相應(yīng)的芯片進(jìn)行逐一排查，