沈阳 工 程 学 院
课 程 设 计
设计题目： 电子健身计步器
系 别 电气工程系 班级 供电本102
学生姓名 吴智昂 学号 2010208231
指导教师 黄硕 职称 讲师
起止日期：2012年 12月 10日起——至 2010年 12 月
日止 14
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目： 健身计步器
系 别 电气系 班级 供电本102
学生姓名 吴智昂 学号 2010208231
指导教师 黄硕 职称 讲师
课程设计进行地点： B 419
任 务 下 达 时 间： 2012年 12 月 1 日
起止日期：2012年 12 月 10 日起——至 2012年 12 月
日止 14
健身计步器的设计
1.设计任务描述
1.1设计题目 ：健身计步器
1.2设计要求
1.2.1 设计目的
（1）掌握健身计步器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2 基本要求
（1） 健身计步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）步数，最大值为9999；
(3) 假设每走25步可以消耗1卡的热量，所消耗卡路里的计数译码显示；
(4) 记录本次健身时间。（可以分钟为单位）
1.2.3 发挥部分
（1）计步值的预置，当达到预置值时，发出庆祝的声音；
（2）每走一千步发出提示音；
（3）其他。
2 设计过程及论文的基本要求：
2.1 设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2 个方向：
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。
2.2 课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000 字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3 时间进度安排
2012-12-14
沈 阳 工 程 学 院 数字电子电路课程设计成绩评定表
系（部）： 电气系 班级： 供电本102 学生姓名： 吴智昂
中 文 摘 要
我设计了一款健身计步器，他的工作工程大致如下，首先由方波信号源模拟震动产生方波，这时输入的波形便是具有可以用来计数的脉冲信号，将其输入由四个十进制组成的计数显示器，在数码管中便可以显示最大为9999的步数。 同时将此波形用两个74ls161连接成的二十五进制的分频器然后再接入计数器，便可以显示健身过程中所消耗的卡路里数。 有了计步显示和计量卡路里的装置的同时，我又在在计数器的百位向千位进制的脉冲引入一个由555组成的单稳态触发器和一个由555组成的多谐振荡器构成的定时电路中，在电路末端接入发声片，用以提醒健身者所走的步，每1000步发声片响5秒。 我在计步器上同时设计了计时电路，用函数信号发生器发出1Hz脉冲，再将其六十分频便可以产生分钟信号，经过译码显示，便可以记录健身者的健身时间。 在我的设计中，我将整个系统划分为若干个功能模块，传感器接受震荡反映产生波形模块、调理整形模块、计算步数模块、计算卡路里模块、1000步提醒模块、分频模块和分钟显示模块、计数复位模块等组成。每个功能块还对应的相关的电路图，而且还详细的说明了电路图的组成元件，和各个元件的名称、功能、和运行原理，各个部件在此路中的作用，怎么实现所须的功能，合考虑了各方面的因素，选择最适合的器件。在较充分的原理和仿真实验的基础上，经反复的仿真与调试，完成报告。
关键词 电力系统，计数器，译码器，显示器
目 录
课程设计任务书.....................................................................................................................II 模拟电子技术课程设计成绩评定表.........................................................................IV 中文 摘 要................................................................................................................................V 设计任务描述..........................................................................................................................1
1.1 设计题目：...............................................................................................................................2
1.2 设计目的：...............................................................................................................................2
1.3 基本要求：...............................................................................................................................2
1.4 发挥部分：...............................................................................................................................2 基本设计思路..........................................................................................................................3 基本框架.....................................................................................................................................4 参数计算：................................................................................................................................8 元器件清单：..........................................................................................................................13 主要元器件介绍...................................................................................................................14 小结..............................................................................................................................................17 致谢..............................................................................................................................................19 附录..............................................................................................................................................20
1.设计任务描述
1.1设计题目 ：健身计步器
1.2设计要求
1.2.1 设计目的
（1）掌握健身计步器的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2 基本要求
（1） 健身计步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）步数，最大值为9999；
(3) 假设每走25步可以消耗1卡的热量，所消耗卡路里的计数译码显示；
(4) 记录本次健身时间。（可以分钟为单位）
1.2.3 发挥部分
（1）计步值的预置，当达到预置值时，发出庆祝的声音；
（2）每走一千步发出提示音；
（3）其他。
2.设计思路
根据题目要求，我将健身计步器设计分为两部分，第一部分是计数部分，将震动由传感器变为的脉冲信号整形后输入计数器通过译码器译码最后经显示器分别显示出卡路里和及跑（走）的步数。电路由四片74LS160组成，可实现最大记步9999步。其他计数单元还有卡路里计数，连接方法都是相同的。各计数单元都是由十进制计数器74LS160连接而成，其输出为四位8421BCD码形式。
第二部分是计时部分，这时以秒为单位计时，考虑到应用健身器时一般不以秒算，则再经过两个74LS160计数器组成的60分频器后形成了以分为计时单位。其余部分就是计数器加译码显示相同于计数部分的连接方法。我设定的跑步时间不超过100分钟。
3.设计方框图
4.各部分电路设计及参数计算
4.1 译码驱动及显示电路
图4.1.1译码驱动及显示电路
译码器将十进制代码转换成对应输出的信号给显示器，显示数字。
4.2计数电路
图4.2.1 计数电路
图4.2.2 卡路里统计电路
图4.1所示电路由四片74LS160组成，可实现最大记步9999步。其他计数单元还有第一部分的卡路里计数和第二部分的分钟计数，连接方法都是相同的。各计数单元都是由十进制计数器74LS160连接而成，其输出为四位8421BCD码形式。
4.3.2 时钟电路
4.2.3数码管时间显示
由于之前信号发生器产生f=10HZ的脉冲，74LS160进位端输出信号为每秒1次 ，经过4.3.2的时钟电路由数码管显示出时间，其中秒为60进制，分钟为99进制，最大计时时间为99分59秒。从左到右分别输出为秒个位，秒十位，分个位，分时位。其中秒十位与分个位之间的进位信号有两个与门和一个与非门组成，其关系为C=Q3Q0.，秒十位为5（0101）时，Q2Q0，即秒个位为9（1001）产生同步置0信号给load端，同时进位信号由一个非门反向后传给分个位。图4.2.3为时间显示的效果。
4.5 发挥部分
图4.5.1 实现每走1000步发出提示音电路
每走1000步发出一次提示音，而每走（跑）1000步由百位的QD输出就会将脉冲传入千位的CP，即是百位向千位进位的时候，蜂鸣器发出响声。
图4.5.1 实现到走5000步时发出提示音电路
经过一个与门将千位的74LS160的Q1和Q3输出接上，然后经过一个蜂鸣器，每当步数到达5000时，蜂鸣器发声。实际电路中，蜂鸣器电源接地端有一个开关，可以选择断开开关使蜂鸣器停止发声。
5.工作过程分析
健身计步器的功能是记录所跑的步数、消耗的能量和经过的时间。其中时间计数单位为分，计步最大的量程为9999，并具有预置提示的作用。
本次设计的健身计步器由脉冲产生模块、分频模块、计数译码显示模块、预置数提示显示模块组成。由555定时器组成的多谐振荡器产生稳定的高频脉冲信号作为时间的基准，然后通过分频器把高频信号转变成分脉冲信号。多谐振荡器
频率为10Hz，经过1片74LS160分频得到1Hz脉冲，再用2片74LS90将秒脉冲信号转变成分脉冲信号，我设定的跑步时间不会超过100分钟。另一路由震动产生的脉冲信号通过计数器与译码显示器连接后能直接读出步数和卡路里数。脉冲信号经过25倍分频器得到每走25步产生一卡的能量，再通过计数器、译码显示器将消耗的能量显示出来，在电路中由门电路设计的达到预置能量提示功能使二极管发光。每走1000步发出一次提示音，每走1000步必然会由百位的QD输出将脉冲传入千位的CP，通过与门连接后输出的脉冲，经过单稳态触发器连接多谐振荡器，条件同时满足，这时蜂鸣器发出响声。
6.元器件清单
7.主要原器件介绍
7.1 74LS160
7.1.1 74LS160管脚图
7.1.2 74LS160功能表
7.1.3 功能介绍
74LS160是十进制计数器，直接清零，异步清零端MR非为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的，当置入控制器PE非为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3数据端P0-P3一致。
小结
在这个设计的过程中，我首先确定了设计的基本框架，然后依次下手，由于基础不是很好，虽然确定了基本结构，但还有很多解决不了的问题，最后通过在图书馆搜集资料和与老师同学的交流，还算是比较顺利的完成了健身计步器的设计。
通过不断的查找资料，向老师同学请教，我学到了很多以前不知道的知识。使我对以前所学的知识有了更深更系统地认识与了解，对部分元器件的功能与用法能够更熟练的掌握。通过着次课程设计，我学会了怎样去查找资料，怎样学习别人的成果并将其运用，懂得了怎样选择方案。通过这次课程设计，我了解了在我设计电路中的计数器、译码器、显示器的工作原理，对分频器、555定时器组成的单稳态触发器和多谐振荡器的用法有了一定的了解。设计思路很重要，所以刚开始老师要求我们设计框架后，后面的电路成型就不那么费力了。第二天原理图就基本成型了。画好原理图后我用了老师教我们的Multisim软件在电脑上连接了电路并试验了，期间发现了不少错误，经过研究后改进了电路，最后基本成功的运行了。一星期的课设时间有些短，有些地方没有考虑周全，设计还是有很多不足的地方，不是很成熟。以后还需更熟练地掌握课本上的知识，并扩展衍生知识这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
致谢
一周的课设时间结束了，感谢老师在开学之际安排了这次课设，让我明白了自己许多不足之处，以后的时间要抓紧学习。在这次设计中，我不但学到了以前不知道的东西，而且也巩固了以前在书本上学的东西，更重要的是在这次实践过程中理解了课本上的东西，我更明白了自己的知识是多么的不足。感谢黄老师在此次课程设计中给予我热情而耐心的指导，指出我设计的不足之处以及提供的资料。还有感谢我的同学，在我设计出现困难的时候，通过和他们一起讨论研究，解决了许多难题，交流各自的思想，学到了许多新知识。感谢这一周的时间里老师的指导和同学的帮助使我的设计够顺利地进行下来。
参考文献
[1] 陈有卿，叶桂娟.555时基电路原理设计与应用.北京：电子工业出版社，2007.9
[2] 卿太全，李萧，郭明琼.常用数字集成电路原理与应用.北京：人民邮电出版
社.2006.1
[3] 杨颂华，冯毛官，孙万蓉，胡力山.数字电子技术基础.西安：西安电子科技
大学出版社，2000.7
附录1
A2逻辑接线图