跑步机电路设计

沈阳工业大学数电课程设计论文

题目：跑步机电路设计

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目录

1.课程任务 (3)

2.设计要求 (3)

3.实验目标 (3)

4.方案论证 (3)

5.选件 (4)

6.实验原理 (5)

(1)脉冲产生电路 (5)

（2）分频电路 (6)

（3）计数器电路 (7)

（4）译码显示电路 (9)

7．调试过程 (10)

8.课程问题和建议 (12)

9.参考文献 (13)

1.课程任务：跑步机电路设计

2.设计要求：

（1）该跑步机电路有清零功能，有计时功能，

有暂停键，可以显示。

（2）有两个档位开关，分别为一步一秒、一

步两秒。

（3）档位开关打开同时，开始计时。计时显

示最高为1′59″。

（4）步数累计显示。

3.实验目标：根据设计要求，作出相关设计原理图，

并选择器件连接电路。

4.方案论证：脉冲电路产生的秒脉冲驱动计数器进

行计数，产生BCD码驱动译码器译码，产生的译

码通过数码管进行显示，电路的清零与暂停将通

过计数器的特性进行设计。

总体框图1

总体框图2

5.选件

电路板一个，USB接口一个，芯片555一个，74LS74一个，74LS160六个，74LS48六个，74LS20一个，74LS04一个，74LS08一个，数码管6个，自锁开

关2个，单刀双掷开关2个，300Ω电阻42个，24KΩ电阻2个，10uF电容一个，10nF电容一个，导线若干。

6.实验原理

总电路图：

（1）脉冲产生电路

图为由555定时器外接电阻、电容组成的多谐振荡器。电源Vcc 经电阻R1、R2向电容C1、C2充电。当电容C1上的电压上升到电路的上线阈值电压2Vcc/3时，电压比较器C1输出高电平，使电路的输出端u0为低电平，这时电路内部的放电开关导通，使电容C1经电阻R2通过放点端放点。当电容电压下降到触发电压Vcc/3时，使得电路内部的电压比较器C2输出高电平，从而定时器输出u0由“低”变“高”，并使放电开关断开。重复上述过程，电路产生振荡。由题意可知，步速为1秒1步和1秒2步，因此需产生2Hz振荡频率，再由74LS74分频得到1Hz 频率。由图上数据得振荡频率为

f=1.44/（（R1+2R2）·C1）=1.44/（24+2·24）·103·10·10−6=2Hz （2）分频电路

利用74LS74实现对来自555定时器输出的振荡频率进行分频，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。其功能表如下

通过74LS74将来自555定时器的振荡频率2Hz分成1Hz，其中1Hz作计时电路的脉冲，1Hz和2Hz作计步数电路的脉冲。

（3）计数器电路

①计时电路

74LS160的功能表

将三片74LS160采用整体置数法，用并行进位方式接法接成千进制计数器，然后将电路的59状态通过74LS20译码产生LD’=0信号，同时加到前两片74LS160上。并且将该信号通过74LS04加到第三片74LS160的进位端.在下一个计数脉冲（第60个输入脉冲）到达时，将0000同时置入三片74LS160中，由前两片74LS160得到六十进制计数器，第三片74LS160进位。进位信号由74LS20的输出端引出。

在555定时器的输出端与74LS74的输入端之间接一自锁开

关，断开该开关，由于无脉冲提供给电路，74LS160为保持的

工作状态，因而可实现电路的暂停功能。

在所有74LS160的R′D端与高电平之间接一自锁开关，根据74LS160功能表可知，R′D端为零时，74LS160为置零的工作状

态，因而可实现电路的置零功能。

将电路的1′59″状态通过74LS08和74LS20译码产生低电平信号，将该信号加到555定时器的R′D端。当数码管显示为

1′59″时，产生的低电平使555定时器的输出端产生低电平，即无脉冲产生，这样电路在1′59″时为保持的工作状态。

②计步数电路

将555定时器与74LS74产生的2Hz、1Hz脉冲通过一单刀双掷开关与三片74LS160连接起来，这样该开关可控制步速。将三片74LS160采用整体置数法，用并行进位方式接法接成千进制计数器。

（4）译码显示电路

译码显示电路采用的是静态连接方式，即每一个译码驱动器和一个LED数码管连接，它是由74LS48共阴极译码

驱动器和共阴极数码管组成的。74LS48可以直接驱动共阴

极数码管。使用时不必再接负载电阻。当A3、A2、A1、A0

输入为0000~1001时数码管显示十进制数码0~9.由于数码

管每笔段的正向电压仅为2V，为了不使译码器输出的高电

平电压值拉下太多，常在中间接一只几百欧姆的限流电阻。

本设计接的是300Ω的电阻。

7.调试过程

一、察看外观质量

1、察看电路板是否有明显的裂痕、短路、开路或裸露铜

线等现象。

2、察看元器件是否有错装、漏装、错联和歪斜松动等现

象。

3、察看焊点是否有漏焊、虚焊、毛刺、挂锡等缺陷。

二电路板电源模块的调试

1、先用万用表测量一下电路板电源和地之间是否短路。

2、上电时可用带限流功能的可调稳压电源。先预设好过流保护的电流，然后将电压值慢慢往上调，同时监测输出电流和输出电压。

3、如果往上调的过程中，没有出现过流保护等问题，且输出电压也达到了正常，则说明电源部分正常。

4、如果往上调的过程中，出现过流保护，则要断开电源，寻找故障点，并重复上述步骤，直到电源正常为止。

三电路板功能模块的调试

1、功能模块上电过程的调试：每个功能模块，都要上电测试一下，也要按照电源模块调试的步骤进行，以避免因为设计错误和安装错误而导致过流烧坏元器件。

2、确定功能模块故障的办法：

⑴测量电压法。先要确认的是各芯片电源引脚的电压是否正常，再检查各参考电压是否正常，还要测试主要功能点的电压是否正常等。

⑵信号注入法。将信号源加至输入端，依次测量各点的电压或波形，判断是否正常，以找到故障点。

⑶其它方法，看、听、闻、摸等。“看”就是看元件有无明显的表面异常或机械损坏；“听”就是听工作声音是否正常；“闻”就是检查是否有异味；“摸”就是用手去试探器件