数字计步器

电子课程设计报告题目名称：数字计步器

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摘要

本课程设计的课题为数字计步器，通过水银开关模仿人走路，使用计数器电路实现人体移动步数的测量。由于设计室缺少水银开关，设计时用一个常开开关代替，整个设计电路包括输入模块，计数模块和译码显示模块，其中输入模块包括脉冲输入和清零选择。

整个课程设计过程从提出多套方案开始，先进行方案分析及比较，确定一套较好的方案后进行multisim软件仿真，确定无误之后进行组装调试，最终达到课题要求实现可控制计步。

通过本次电子课程设计，不仅让同学们掌握了电子电路设计和调试的一般方法，更重要的是提高了动手实践能力，从搜集各方面资料到检查电路，充分锻炼了同学们分析问题以及解决问题的能力。

关键字：计步器，计数，译码显示，清零

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)

第三章设计方案及原理 (6)

3.1 方案一 (6)

3.2 方案二 (7)

第四章方案比较、选择及单元电路分析 (8)

4.1 方案比较、选择 (8)

4.2 单元电路分析 (8)

第五章组装、调试与结果分析 (10)

5.1 组装 (10)

5.2 调试与结果分析 (10)

总结 (12)

参考文献 (13)

附录1 元件清单 (14)

附录2 芯片介绍 (15)

前言

数字计步器的使用有较长的时间，从计步器诞生到现在的多功能数字计步器，使用数字计步器的人越来越多，尤其是近些年来，人们越来越关心自己的身体健康状况。随着科技水平的不断发展，社会竞争越来越激烈，人们每天乘坐各种交通工具，忙碌在各个社会场所，吃的食物含有高热量，而锻炼身体的时间非常少，健康状况令人担忧。

计步器对于锻炼身体的作用，是它提供了一个量化的功能，帮助人们了解自己的锻炼时间与运动量。使用数字计步器，通过佩戴在身体上的触发开关，向计数器电路发出脉冲信号，通过译码显示电路显示在数码管上，佩戴者能清楚地了解自己走了多少路，离自己预期的运动目标还有多少，能有效地帮助人们养成有规律的锻炼，保持一个良好的身体素质。

此外，数字计步器还可以用于比赛测量，比如田径运动员赛跑，可以通过测量计算得出最佳比赛跨步频率及长度，使运动员能以最节省体力而又高速的步伐冲向终点。

数字计步器是基于计数器电路产生的一种测量仪器，此设计原理可以用于更广泛的产品中，使之具有更多的功能，更好的服务于社会，因此数字计步器拥有较广的发展前景。

第一章设计内容及要求

〖基本要求〗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。

〖提高要求〗无

〖参考原理、框图〗本系统的原理和计数器相同、但是要注意开关的抖动以及信号的整形问题。

〖主要参考元器件〗74LS390，74LS247，74LS08

第二章系统组成及工作原理

2.1 系统组成

系统由4片计数芯片，4片译码芯片，4个数码管以及其他组件构成，计数采用十进制，实现0000-9999计数。系统框图如图2-1所示。

图2-1 计步器系统框图

2.2 工作原理

电源接通后，开关每次开合都会产生一个脉冲信号，信号输入计数芯片，计数器开始个位计数并显示在相对应的数码管上，当个位计数器由9进位到10时

便会触发十位计数器进位，相应数码管显示“1”，当个位计数器第二次由9到10发出进位信号时，十位计数器对应的数码管显示“2”……百位与千位计数器的工作原理同十位一样，完成0000-9999计数。

第三章设计方案及原理

3.1 方案一

图3-1 方案一设计图

方案一工作原理：当74LS160芯片的CLR端接高电平时，电路实现计数功能，CP端接收到一个脉冲，个位计数器开始工作计数1……当个位计数达到9

时，再接收到第十个CP脉冲，个位计数器产生进位信号，十位计数器显示1，个位计数器清零，以此类推，实现0000-9999计数。当CLR端接低电平时，由芯片性质实现计数清零，四个数码管都显示零。

3.2 方案二

74LS247N

图3-2 方案二设计图

方案二工作原理：74LS390是下降沿触发的计数器，当开关J2开合时瞬间会产生一个下降沿脉冲，计数器开始工作。输出端将数以二进制的形式输入到译码器的输入端,译码器将数译码后输入到数码管使其显示计数器所计的数。由于74LS390是一个双十计数芯片，下一级的计数器的脉冲输入端INA的信号是由上一级的74LS390的输出端QA和QD相与后的输出提供的。当第一级计数计到9以

前，QA和QD相与的结果都是低电平，下一级的INA端始终为低电平。当计数到9时，二进制1001，QA和QD相与的结果由低电平变为高电平，但74LS390是下降沿触发的故下级计数器此时不计数,当此级再来一个脉冲时,由于芯片计数性质，此级计数器由9变为0,二进制对应0000，此刻下级的INA端由高电平变为低电平,对于74LS390而言接收到一个下降沿,下一级的计数器开始计数,此时数码管显示的数为0010，依次类推，可以实现从0000到9999的计数。74LS390的CLR端高电平有效，当J1开关打到地端实现清零。

第四章方案比较、选择及单元电路分析

4.1方案比较、选择

方案一与方案二相比较，设计原理大致相同，都是计数芯片接收到脉冲信号开始计数，通过译码显示电路显示在数码管上，只是芯片选择不同。方案一采用4个74LS160计数芯片、4个74LS48译码芯片以及4个共阴数码管共12个主要元器件，而方案二使用了2片74LS390、4片74LS247、1片74LS08和4个共阳数码管共11个主要元器件。方案二所用元器件，符合课题设计要求的主要参考元器件，而且从经济角度考虑，选择方案二较好，少1片芯片也减少了在有限面积的电路板上的接线数，使布线更容易，实际电路布线更美观。考虑各方面因素，最终决定使用方案二。

4.2 单元电路分析

如图4-1所示，设计采用一个常开按钮开关，当开关打开时第一级计数芯片INA端接地为低电平，按钮开关闭合时INA端接收到高电平，按钮松开的瞬间回到低电平产生一个下降沿触发信号，计数芯片接收到信号转换成二进制输出给译码器。