数字计步器.docx
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数字计步器
广东药科大学
课程设计报告书
课程设计名称：
模数电、高频
综合课程设计
课程设计题目：
数字计步器
学院：
医药信息工程
专业班级：
电子信息工程14
2016年6月27日
前言------------------------------------------------------------P3
第一章：
设计内容及要求------------------------------------------P3
1.1基本要求-----------------------------------------------------P3
1.2参考原理框图-------------------------------------------------P3
1.3主要参考元器件-----------------------------------------------P3
第二章：
系统组成及原理------------------------------------------P4
2.1系统组成-----------------------------------------------------P4
2.2系统原理分析-------------------------------------------------P4
第三章：
电路模块及去抖动分---------------------------------------P5
3.1进位模块-----------------------------------------------------P5
3.2清零模块-----------------------------------------------------P6
3.3系统显示模块-------------------------------------------------P6
3.4电路去抖动---------------------------------------------------P7
第四章：
仿真，制板、组装与结果分析-------------------------------P8
4.1仿真---------------------------------------------------------P8
4.2制板---------------------------------------------------------P9
4.3组装焊-------------------------------------------------------P9
4.4结果分-------------------------------------------------------P10
总结与心得体会--------------------------------------------------P11
附录Ⅰ：
电路元件清单--------------------------------------------P12
附录Ⅱ：
电路仿真图、原理图及PCB布线图（无积分电路）------------P13
附录Ⅲ：
器件介绍------------------------------------------------P14
1.74LS390计数器---------------------------------------------P14
2.CD4511译码器----------------------------------------------P15
3.七段共阴极数码管-------------------------------------------P17
前言
本课程设计的内容是设计数字计步器，要求采用4位数字显示步数，水银开关作传感器，主人走一步时，开关闭合一次，从而产生脉冲信号使计数器实现累计，达到计步的目的。
同时该计步器还应具备清零功能。
该电路分输入电路、计数电路、译码电路三部分构成。
其中，输入电路由一个脉冲计数电路和一个置零电路组成；计数电路由两块74LS390（十进制计数器）芯片和一块74LS08（与门）芯片链接而成；译码电路则是通过四片CD4511译码器、电阻和四个共阴极数码管链接而成。
电路可以实现0-9999的计数显示。
第1章：
设计内容及要求
1.1基本要求
采用4位数字显示步数，传感器采用水银开关，主人走一步时，开关闭合一次。
1.2参考原理框图
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。
数码管显示数字
数码管显示数字
数码管显示数字
数码管显示数字
个位计数器
十位计数器
百位计数器
千位计数器
↑↑↑↑
CP脉冲信号
↑
1.3主要参考元器件
74LS390，CD4511，74LS08，BS202共阴极数码管。
第二章：
系统组成及原理
2.1系统组成
四个逻辑元件74LS390依次链接构成计步器的主要部分（计数模块），逻辑开关为输入信号，四个译码元件CD4511的输出端分别链接到四个BS202数码管显示管显示所计步数。
系统框图：
2.2系统原理分析
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74LS390.先是在个位计数器上进行计数，并且通过CD4511译码器译码后在BS202数码管上进行显示。
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”，当个位计数器再次触发进位信号时，十位计数器相应数码管显示“2”，......依此类推。
百位和千位计数器工作原理同十位一样。
这样就实现了从0000~9999的计数与显示。
74LS390是下降沿触发的计数器，当水银开关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。
第三章：
电路模块及去抖动分析
电路可分为：
进位模块、计数清零模块和系统显示三大模块。
３.１进位模块
74LS390的MR端底电平有效，电源接通，当MR端接低电平时，电路实现计数功能，CP端输入一个脉冲时，个位实现计数功能。
当个位计数达到9时，CP端再输入一个脉冲，这时个位上的计数器产生进位信号，十位加一，个位清零，依次类推。
进位模块原理图
３.２清零模块
当MR端接高电平时，电路实现清零功能，四位显示都为零。
计数清零模块原理图
3.3系统显示模块
四个译码元件CD4511的输出端分别链接到四个BS202数码管显示管显示所计步数。
由于BS202为共阴极数码管，需在数码管每根接线端前接上电阻作保护作用。
系统显示模块原理图
3.4电路去抖动
由于做出来的实物作品中，用水银开关的闭合来代替CP脉冲的产生，所以在水银开关在闭合和断开瞬间都存在严重的抖动，造成计数器计数不准确。
改进方案：
在水银开关处使用积分电路，它的作用是防止开关的抖动造成计数不准，而电容可以用来滤波，对信号进行整形。
第四章：
仿真，制板、组装与结果分析
4.1仿真
Proteus软件仿真：
按照设计方案，查找好元器件，排版布局，连线，进行仿真。
实物仿真：
清点好元器件，在面包板上进行实物仿真
4.2制板
在实物仿真通过后，按照单面板的制作流程：
原理图-->PCB布线-->硫酸纸打印-->曝光-->显影-->刻蚀-->转孔，进行电路板制作。
4.3组装焊接
根据先低后高，先难后易，先贴片后插装的原则进行锡焊。
4.4结果分析
板子焊好之后，基本功能是可以实现了，但水银开关的抖动十分严重，轻轻一动就经已进行了几次到十几次的计数。
这是因为在一开始时我们没有仔细看好题目要求，做好防抖动处理。
之后是根据网上的方案，在水银开关处加上一个积分电路。
先是在软件上进行仿真，但又由于软件上只是用一个普通的单闸开关代替掉水银开关，脉冲产生得十分理想，所以并不能仿真出实际的去抖动效果来。
于是，在实物板子上进行焊接修改测试后，发现去抖效果并不理想，甚至更抖动更厉害了。
最后还是把积分电路去掉，保持原样。
总结与心得体会
通过本次课程设计的实训、学习与讨论，我们学习了电子作品设计与制作的基本思路与方法，再一次学习巩固了PCB制板技术，提升了自身动手能力。
通过动手实践、网上找资料、与老师同学交流分析，使之前学习的理论知识更熟用于心。
刚拿到题目时觉得做起来会挺简单的，然后在用软件仿真时也很快就通过了，但随着时间的推移，联系实际操作，才逐渐发现一些细节方面的问题。
例如：
用理想的脉冲信号代替水银开关而忽略掉去抖动问题；数码管忘记加限流电阻等。
这使我懂得了在思考解决问题时不能只注意到那些容易发现的“大问题”，更要细心、有耐心的去发现那些不怎么起眼的小问题，因为许多事情的失败往往就是由于忽略细节而造成的。
在制板过程中，因为自己的粗心，显影过度，造成一块板的浪费，这使得我在以后的制作中更加小心谨慎。
由于本次制作的是单面板，而电路连线个别地方有点复杂，这不得不使用跳线，由于是第一次接触跳线，刚开始时那跳线是又长又弯，还跨元件。
后来询问老师得知要把跳线当作一个元器件来对待，经过长时间的修改，最终是达到了要求。
附录Ⅰ：
电路元件清单
序号
位号
名称
规格
数量
元件名
封装
1
Power
2P接线端子
GX128/KF1282P
1
Header1x2
HEADER1*2（自制）
2
DS1,DS2,DS3,DS4
共阴红色数码管
1位
4
DpyBlue-CC
LEDDIP-10/C15.24
3
U4a,U4b,U4c,U4d
显示译码器
CD4511
4
CD4511BE（自制）
DIP-16
4
S1
六引脚自锁开关SW-DPDT
7.8*8.8mm
1
SW-DPDT
SW-DPDT
5
S2
立式4脚轻触开关
6*6*10mm
1
SW2（自制）
SW2（自制）
6
S3
水银开关
1
7
U1,U2
数字计数器
74LS390
2
74LS390
DIP-16
8
U3
逻辑与门
74LS08
1
74LS08
DIP-14
9
DIP14
IC插座
DIP14
1
10
DIP16
IC插座
DIP16
6
11
R1-28
电阻
RES0.4
30
RES
RES0.4
12
感光板
15X10cm
1
13
电池底座
4位
1
附录Ⅱ：
电路仿真图、原理图及PCB布线图（无积分电路）
（1）仿真图
（2）原理图
（3）PCB布线图：
0.6的线宽，0.5的线
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