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1、酒 泉 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计（论 文）2013 级 13电气自动化技术 专业题 目： 步数计数器的设计 毕业时间： 二一五年六月 学生姓名： 指导教师： 班 级： 13电气班 2015年 6月3日酒泉职业技术学院 13 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名潘竟梁班级13电气自动化班专业电气自动化指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核
2、意见签字（盖章） 年 月 日中文摘要随着社会的不断进步发展,健康问题越来越受到人们的关注，人们的生活在日新月异进步的同时，越来越注重自己的健康。然而跑步是一种锻炼身体极其好的方式，备受广大大军的青睐。但是如何知道每一次锻炼到底跑了多少?消耗了多少热量？锻炼了多久？本着此项原则，我们的跑步计步器应运而生了。我设计的步数计数器，大方面有三部分组成：一、计步部分；二、消耗热量部分；三、时间记录部分。计步部分，用数字芯片74160计数器相连接进行，最大可计算到9999步，然后由显示器显示。计算消耗卡路里部分，同样采用74161计数器制成14步计数器，每走14步清零进一位，实现每跑14步消耗1卡路里，通
3、过显示器显示消耗卡路里数。还有时钟计时部分，显示出锻炼时间，最大值为10小时，用555多谐振荡器产生100hz的信号，再通过分频器产生1Hz信号，然后输入计时部分，记录时间。目录毕业设计任务书（1）掌握步数计数器的构成、原理与设计方法；错误!未定义书签。（1）计步值的设定，当达到设定时，发出庆祝声音；错误!未定义书签。任务书 毕业论文成绩评定表错误!未定义书签。中文摘要错误!未定义书签。1 设计任务描述11.1 设计题目：步数计数器的设计11.2 设计要求11.2.1 设计目的11.2.2 基本要求11.2.3 发挥部分12 设计思路13 设计方框图34 各部分电路设计及参数计算44.1秒信号
4、产生电路设计及其参数计算44.1.1 秒信号产生电路整体设计44.2计时电路设计64.2.1六十进制计数器电路64.3记步数电路设计74.3.1记步数电路整体设计74.4卡路里消耗显示电路84.4.1卡路里消耗电路整体设计84.4.2十四进制计数器电路94.4.3卡路里消耗显示电路94.5发挥部分每走1000步发出提示104.5.1每走1000步发出提示的电设计104.5.2 单稳态触发器的设计和参数计算105 工作过程分析115.1计时电路工作过程分析115.1.1秒信号产生工作过程分析115.1.2计时工作过程分析错误!未定义书签。5.2计步电路工作过程分析错误!未定义书签。5.3卡路里消
5、耗显示工作过程分析错误!未定义书签。6 元器件清单127 主要元器件介绍错误!未定义书签。7.1计数器74161N127.2计数器 74HC160157.1.1引脚图157.1.2 功能介绍157.3LM555CN错误!未定义书签。7.3.1 引脚图错误!未定义书签。7.3.2 功能表错误!未定义书签。7.3.3 功能介绍错误!未定义书签。7.3.4 各引脚的功能错误!未定义书签。小 结16参考文献19附 录 A1 实际接线图20 201 设计任务描述1.1 设计题目：步数计数器的设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）掌握步数计数器的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。
6、1.2.2 基本要求（1）步数计数器中的传感器将人每走（跑）一步的振动以脉冲形式发出，将此脉冲整形作为基准计步脉冲；（2）可以记录走（跑）的步数，最大值为9999。（3）假设每走14步可以消耗1卡的热量，所消耗卡路里的计数译码显示；（4）记录本次健身的时间（可以分钟为单位）。1.2.3 发挥部分(1)每走一千步发出响声(2)每走一千步闪灯提示(3)背光设计（4）暂停记时间设计2 设计思路根据此次课程设计的要求,我设计的步数计数器由四个部分组成，其中振荡器和分频器组成较准确的秒信号发生器，由不同进制的计数器和显示器组成计时和计步部分。秒信号送入计数器进行计数，把累计的结果以“秒”“分”“时”的十
7、进制数字显示出来。 “分”“秒”显示分别由六十进制计数器和显示器构成，“时”显示由二十四进制计数器和显示器构成。用555定时器连接组成多谐振荡发生器，然后将经过调理过变成的方波信号输入到计数器的时钟脉冲端，输入到十进制的计数器的时钟脉冲端，便形成了计卡路里步数功能，可以显示0-9999步。记录卡路里消耗部分是要实现每十四步可以消耗1卡的热量，脉冲输入到计数器的时钟脉冲端，用一个十六进制的芯片74161N来实现十四进制，输出的脉冲再输入给显示器，卡路里显示可以从0-999步。发挥部分我选择了提示灯和蜂鸣喇叭，当启动跑步计数器时提示灯绿灯亮起，并伴有提示音嘟嘟声，之后每走1000步发出响声，这部分
8、我是用计步器的各个数位通过或门连接来控制输出信号，另一端与多谐振荡器连接，当计数器是零或整千数时输出1以此带动多谐振荡器产生脉冲带动喇叭发出声响。（1）记录时间部分：首先由555定时器连接组成多谐震荡发生器发出一个100Hz的脉冲，先经过第一个十进制74160N计数器组成的分频器将其变成10Hz的脉冲，然后再连接一个相同的十分频计数器，将脉冲分为1Hz。最后此脉冲通过两组由两个74160N所组成六十进制的计数器电路和一个十进制的计数器电路，这样把计数器连接显示器上就能显示从0到9小时59分59秒，经过计数这些时间足够用（3）卡路里显示部分：脉冲的另一端接一个由74161N组成的十四进制计数器进
9、行进制转换，从而实现每跑25步就消耗一卡路里这一预置数，而74161N是十六进制的芯片，它只有到达15往0变化时才能进位，我这里需要的是0-13，十四进制的，我是用一个与非门和一个与门来解决这一问题的，当每一次14出现时就清零，把每一次清零的动作作为一个脉冲输入给下一个芯片，就不用它的进位端了，由74161N输出的脉冲输入74160N的CLK端，并与显示器相连，再连接两个74160N计数器，即上一个74160N计数器RCO输出“1”做为下一个计数器的CLK输入，每当RCO输出“1”时，CLK有一个脉冲输入，计一个数，并传给显示器把步数显示出来。最大计数值为9999步。（4）发挥部分：开启电路时
10、提示灯绿灯亮起，提示音响发出嘟嘟音，计步器显示0000当计步器到0001时，即跑第一步时，提示灯和提示音同时停止，之后每走一千步计数发出响声进行提示，这部分我是用计步器的各个数位通过或门连接来控制输出信号，另一端与多谐振荡器连接，当计数器是零或整千数时输出1以此带动多谐振荡器产生脉冲带动喇叭和灯泡进行工作。3 设计方框图脉冲步数计步器十四进制计数器卡路里计步器显示器显示器门电路多谐振荡器响铃秒信号的产生分频器计数器译码器LED4 各部分电路设计及参数计算4.1秒信号产生电路设计及其参数计算4.1.1 秒信号产生电路整体设计秒脉冲产生的参数计算 秒脉冲脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐振荡器
11、，产生频率为100Hz的脉冲。然后将此脉冲通过两次分频变成1HZ的时间脉冲，这样周期就是1s，就与实际的时间一致，从而对跑步计步器的工作时间加以记录。电容器的充电电阻是+，放电电阻是。接通电源后，电容被充电，它两端电压上升到时，OUT，即3角为低电平，同时放电三极管T导通，这时候放电管通过电容和放电，当两端电压下降到时，OUT（3脚）翻转为高电平。电容器放电所需时间，即放电时间：tpL=ln20.7 式（4.1）当放电结束时，放电管T截止，将通过,向电容器充电，电容两端的电压由上升为所需的时间，即充电时间：=(+)ln20.7(+) 式（4.2）当两端电压上升到时，电路又翻转为低电平。如此周而
12、复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为:f= 式（4.3）在本课程设计中，通过相关的计算，取=4.3K， =5K， =10uF，所以由此得到产生课程设计中所需要的近100 Hz的计时脉冲。 脉冲产生电路是由555定时器组成的多谐振荡器，产生频率为100Hz的脉冲。然后将此脉冲信号从OUT端口输入到分频计数器的CLK端口。多谐振荡器工作原理简单，稳定性好，并且由于555内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。电容器C的充电电阻是(R1+R2)，放电电阻是R2 。接通电源后，电容C被充电，C两端电压上升到2VCC/3时，是
13、OUT为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R3和T放电，C两端电压下降到VCC/3时，OUT翻转为高电平。电容器C放电所需时间为 tpL=R2Cln20.7R2C 当放电结束时，T截止，VCC将通过R1、R2向电容器C充电，电容C两端的电压由VCC/3上升道2VCC/3所需的时间为tpH=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C 当C两端电压上升到2VCC/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。其振荡频率为f=1/(tpL+tpH)1.43/(R1+2R2)C我所设计的电路中，取R1 =288.6K，R2 =577.2K，C=10nF，R=100，由此得到产生频率近100 Hz的脉冲。4.2计时电路设计4.2.1六十进制计数器电路 首先进入右边的芯片，进行的是0-9秒的计数，再进入左边的芯片中，进行0-5的计数，这样就实现了0-59秒的计数部分，在左边的290中，本身是十进制的芯片，等到达6也就是110时，清零，同时用一个与门把每一次清零的动作作为一个脉冲输入给下一个环节。此环节使用了两个74160N计数器来分频，使其进行60分频。芯片74160N采用的是反馈清零法，其有异步清零的作用，在计数功能中，所以有不管它的输出处于那一状态，只要在异步清零输入端加一低电平电压，是清零端为0，芯片就会立即
