数字电路课程设计的报告.docx

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数字电路课程设计的报告

电子技术课程设计报告

题目

：

数字计步器

院系

：

物理与电气信息工程学院

专业

：

电气工程及其自动化

组长

：

郭天朋

学号

：

20120604046

组员1

：

吕殿鹏

学号

：

20120604047

组员2

：

马奔腾

学号

：

20120604048

组员3

：

马冲

学号

：

20120601007

组员4

：

刘晓坦

学号

：

20121401045

指导教师

：

蔡文霞

2014年6月25日

电子技术课程设计报告

一、选题目的和意义：

人们越来越注重自己的健康,跑步成为一种方便而又有效的锻炼方式。

但是如何知道自己跑了多少步,多远的路程?

计步器可以帮助人们实时掌握锻炼情况。

它的主要功能是检测步数,通过步数和步幅可计算行走的路程。

步幅信息可通过行走固定的距离如20m来计算或是直接输入,高级的计步器还可以计算人体消耗的热量。

本课题的设计有深远意义，尤其是对那些老年人以及一些待复健康的病人来说是一个非常好的辅助医疗设备。

要实现检测步数首先要对人走路的姿态有一定了解。

行走时,脚、腿、腰部,手臂都在运动,它们的运动都会产生相应的加速度,并且会在某点有一个峰值。

从脚的加速度来检测步数是最准确的,但是考虑到携带的不方便以及实验室水银开关的诸多不便，我们用一个逻辑开关或者脉冲信号来来代替脚的每一次走步所引起的振动。

本课设主要是运用了逻辑元件74LS161的计数功能，把四个74LS161逻辑元件逐次相联起来，已达到用4个数码管显示4位有效数字的计步器，并且可以按照十进制向高位进位。

通过逻辑开关的功能控制整个计步器的计数与暂停。

第一个74LS161元件的CP接入逻辑开关，输出接入第二元件的脉冲信号接入口，依次将四个元件级联。

本设计数字计步器就是按照这个程序来达到进位计数的功能，和计数器的功能相似。

数字计步器在日常生活中主要运用在医疗健身等电子产品中，如数字跑步器、计步器等诸多相关电子设备。

该设计可以合理运用到大范围的产品设计中，提高现代电子产品水平，更好的服务于社会，有着很广大的发展前景和用途。

学生姓名

任务分工

学生姓名

任务分工

学生姓名

任务分工

郭天朋

仿真

马冲

调试

马奔腾

资料

吕殿鹏

录入

刘晓坦

录入

二、主要研究内容：

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。

系统组成：

四个逻辑元件74LS161依次连接构成计步器的主要部分，逻辑开关为输入信号，四个元件74LS160的输出端连接到数码显示管显示所记步数。

程序框图：

图1系统框图

工作原理：

逻辑开关按下，向第一个元件74LS160输入连续不断的信号，该元件开始计数并在“A“数码管显示个位，当达到10便产生进位信号，信号输入下一个74LS161，并开始计数，依次产生进位信号使后面两个74LS160工作；打开逻辑开关，信号中断，元件停止工作计数；在第一个74LS160的脉冲信号输入端输入一个负脉冲则可清除之前的计数。

三、设计的方法及步骤：

本设计主要采用逻辑元件74LS160构成计步器，所以首先必须要了解该原件的功能、管脚和使用方法。

74LS16为可预置的十进制同步计数器160的清除端是异步的。

当清除端/CR 为低电平时，不管时钟端CP状态如何，即可完成清除功能。

160的预置是同步的。

当置入控制器/LD为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0－Q3与数据输入端D0－D3一致160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。

当P、T均为高电平时，在

CP上升沿作用下Q0－Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

160有超前进位功能，当计数溢出时，进位输出端（OC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。

在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。

管脚图：

引出端符号：

    Oc           进位输出端

    T            计数控制端 

P            计数控制端 

Q0~Q3       输出端

CP           时钟输入端（上升沿有效）

Cr           异步清除输入端（低电平有效）

LD          同步并行置入控制端（低电平有效）

功能表：

说明：

     H—高电平     L—低电平     X—任意 

表1-1 74LS160 功能表

74LS160级联计数模块：

 计数先从低位开始，进行逐一的累加，当低位累加完成一个计数循环后，低位归0，同时向高位进1，并能在高位逐一累加和计数循环，继而再向更高位进位，计数器的级联扩展也就和人类的计数进位相类似，用i个十进制计数器扩展成10i进制计数器；或者，用i个十六进制计数器扩展成16i进制计数器。

级联扩展中，首先，应排列好集成计数器高低位的顺序（就象定义算盘珠串的高低位）；其次，在每一个集成计数器中找到一个低位向高位的进位信号，要求这一进位信号在低位集成计数器完成一个计数循环时发出，并在一个计数循环中只出现一次；最后，即时将低位集成计数器的进位信号变成高位集成计数器的有效计数信号，使高位集成计数器计数. 

 同步计数器的特点是计数器内部的时钟信号在同一时刻发生，各触发器同时翻转，因此速度快。

74LS160、74LS161计数器的显著特点是同步并行暑数，它还具有清零、计数和保持功能。

其管脚有清零信号CR,使能信号P/T，置数信号LD，时钟信号CP和4个数据输入端D~A,4个数据输出端Qd~Qa，以及进位输出Co。

A． 定义1#芯片为低位，2#芯片为高位。

B． 用低位芯片的进位输出端C，作为向高位芯片进行进位的控制信号（不

是用C的边沿去触发高位计数器的CP脉冲端，而是去控制高位计数器的当S1、S2端，从而控制高位计数器的计数或是保持）。

当低位计数器计数状态从0到8时，C=0，使高位计数器的S1=S2=0，处于保持状态，高位计数器不能进行计数；当低位计数器计数到9状态（即Q3Q2Q1Q0=1001）时，C=1，由于两集成计数器共用同一个CP脉冲，虽然S1=S2=1，但CP脉冲有效边沿已过，高位计数器并不计数；在低位计数器的一个计数循环中，只有当第十个CP脉冲到来时，高位计数器的S1=S2=1，处于计数状态，允许计数，使高位计数器递加1。

也就是说，低位计数器每一个计数循环（10个状态）中，C端只在最后一个状态发出一个进位控制信号，开启高位计数器进行计数。

本次进位完毕后，低位计数器归0，同时C=0，使高位计数器的S1=S2=0，封锁了高位计数器的CP端，即使有CP脉冲，但高位计数器也不计数。

从而使得低位计数器每一个计数循环完成后，允许高位计数器计数1，达到进位的目的。

这种方式级联同步计数器，所有集成计数器共用同一个CP脉冲触发，是同步计数器，可以克服异步计数器中的过度干扰。

从上面的74LS160的功能表可以看出，清零端Cr为低电平时，就可以达到复位清零的效果。

为了达到整体清零，也就是说级联的4个74LS160可以同时都清零，可将4个74LS160元件的的Cr端串接在一起，用一个开关控制。

当需要清零的时候，将开关闭合，使4个元件的Cr端都接到低电平，从而达到清零的效果。

如下图：

系统显示模块：

在数字显示系统中，经常采用简易数字显示电路，将测量或运算结果结果用数码管直接显示出来，以便监视系统工作情况。

在本设计显示模块中我们采用七段荧光数码管的显示系统，它由译码/驱动器74LS48和共阴极荧光数码管BS201A组成。

：

如图:

电路总图：

四、安装与调试

调试：

在课程设计中调试时一个非常重要的环节，它可以让设计者认真检查自己的设计思路以及提高判断错误的能力。

由于线路非常多，所以每一步骤都要反复调试，否则出一点小毛病则难以排查，本课设主要从以下几个方面加以调试。

（1） 当接入第一个逻辑元件74LS160时，停下连接到另外的74LS160上，将

其单个连接成一个计数部件，看其是否在数码管上正常进位显示。

若数码管上显示的数字出现异常，可以依次对出入输出的线路逐次排查，直到显示的数字正常即可进入下一个元件的连接。

（2） 第一个元件成功接入后，逐次接入下一个74LS160，并依次不断调试，确

保各个输出输入线路无故障，4位数字显示进位正常、暂停、复位都无异常，则本设计基本上就可以完成了。

（3） 主干计数部分调试好了，现在只要接入逻辑开关，当然秒脉冲信号也可以

试用，不过要经常插拔不方便，用个逻辑开关来控制，接入后能达到暂停、保持计数就完成了。

排故：

在任何课程设计中不可能一动手就成功完成，不出现丝毫差错，那是不太可能的。

在本设计中设计小组也遇到了一些故障。

为何数码管上4位显示的数字不能同时复位为0呢？

这个故障首先要检查是否有线路接错，其次就是借口的松紧问题了，电子技术这种信号处理要求非常高，反应也很灵敏，这个要仔细排查。

 其次，若数码管上显示的4位数字却出现了一个进位不正常或偶计数进位等，这就要检查输出端的Qd~Qa以及高低位对应数码管显示的数字式否混淆了。

总而言之，只要细心排查故障，就能确保设计成功。

经过设计小组的一系列仔细排查，反复试验检验本设计，总算成功完成了。

数字计步器仿真图

五、结果及讨论：

体会：

在为期几天的时间里，通过作者与同组人的共同合作及在指导老师的帮助下，借助图书馆，互联网等各种信息平台收集资料，经过汇总，提炼，不断提高自己的动手能力，最终成功完成设计。

在这次课程设计中，设计小组获得了很深的感触。

虽然理论知识都已经熟悉掌握，但是运用起来却十分困难。

这就要求学习者要经常参加实践课程，重视每一次任课老师安排好的实验，认真对待每一次的实验，端正态度。

每一次试验后要认真总结，在脑海中思考如何将本章所学理论知识运用到本次试验中。

要学会注重检验自己，反思问题。

数字电子技术是一门大学生必修的重要课程，该课程就是注重加强学生将理论知识与时间相结合的能力。

通过本次课程设计，设计小组的设计思路有所提高，排查电路故障和调试的能力都得到了一个很好的提升。

在课程设计之前，必须做好相关准备工作，如到图书室借阅资料，网上查找重要信息，了解设计任务的发展背景以及发展前途，关注当前社会的电子技术产品应用情况和社会的电子需求。

更重要的是，明白设计任务的重要意义，通过本次设计课题，自己需要提高什么，要善于寻找自己的弱点和错误，不断提高自己的设计水平。

最后一点，就是在做课设之前必须先将相关知识弄懂，不能迷糊的去做实验。

认真了解每一个逻辑元件的功能和使用方法，以免在设计中带来麻烦和错误。

一个课程设计就能反映一个学习者的理论知识是否学的扎实。

因此，设计小组强烈建议进行电子技术设计的学生一定要注意平时学好数字逻辑与数字系统的课程知识。

六、指导教师的意见：

签名：

年月日

成绩评定：

学生姓名

成绩

学生姓名

成绩

学生姓名

成绩

郭天朋

马冲

马奔腾

刘晓坦

吕殿鹏