Wuhan Polytechnic University Industrial &Commercial College
本科毕业论文（设计）
论文题目 ： 姓学班年专系
名 ： 号 ： 级 ： 级 ： 业 ： 部 ：
健身计步器的设计
02班 2008级 电气工程及其自动化
信息工程
指导教师 ：
武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸
完成时间 ：
2012年5月12日
作者声明
本毕业论文（设计）是在导师的指导下由本人独立撰写完成的，没有剽窃、抄袭、造假等违反道德、学术规范和其他侵权行为。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。因本毕业论文（设计）引起的法律结果完全由本人承担。
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作者专业 ： 作者学号 ： 作者签名 ：
年 月 日
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健身计步器的设计
The Design of Fitness Pedometer
2012年5月12日
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摘 要
改革开放三十年来，随着社会的不断进步，人们的生活水平也不断的提高了，许多人把健身当做每天的一门必修的功课，在诸多的健身方法中，跑步便成了他们最有效，最简单的运动方法，计步器也成了计量跑步时间、步数和消耗卡路里的最简易、有效的工具。 健身计步器的工作工程大致如下，首先传感器将外界的信号转换成具有一定振幅的波形，经过调理电路将波形过滤并且放大，再经过斯密特触发器进行整形，这时输出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。同时将施密特触发器输出的波形用两个五进制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。
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、1kHz频率产生模块、分频模块和分钟显示模块等组成。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，经过反复的调试与修改，最终达到了设计要求。
关键词：计数器；译码器；555定时器
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Abstract
Thirty years of reform and opening up, with the constant progress of the society, people's living standard has been improved, many people consider fitness as every one of the compulsory courses, in many fitness method, running as their most effective, the most simple method, pedometer also became the running time, measurement step number and calories burned the most simple, effective tool.
Fitness pedometer work works roughly as follows, first sensors will be outside the signal conversion into a certain amplitude of the waveform, through the conditioning circuit waveform is filtered and amplified, and then after Schmidt trigger shaper, the output waveform is a can be used to count the pulse signal, the input consists of four decimal composition counting display, in the digital tube can display a maximum of 9999steps. At the same time, Schmidt trigger output waveform with a two base five are connected into twenty-five decimal frequency divider and then access the counter, can display a fitness process consumed calories.
In my thesis, I put the whole system is divided into several functional modules, sensors receive tremors reflected waveforms generated modules, conditioning shaping module, module calculation step number, calorie counting module,1000 step prompting module,1kHz frequency generating module, frequency module and minute display module. Each of the functional blocks are corresponding to the circuit, but also a detailed description of the circuit components, and each component name, function, and operation principle of each part of this road, in effect, how to realize the required function, and considering all factors, choose the most suitable device. In the full theory simulation and experiment based on, after repeated debugging and modification, finally achieved the design requirements.
Key words: counter; decoder; 555timer
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目 录
引 论 ....................................................................................................................... 1 1 主要元器件介绍 ................................................................................................... 3
1.1 74LS161D计数器 ............................................................................................................. 3 1.2 计数器74LS90 ................................................................................................................. 4 1.3 LM555CM介绍 ................................................................................................................. 5 1.4 译码驱动及显示电路 ....................................................................................................... 8 1.5 Multisim仿真软件概述 .................................................................................................... 8
2 总体设计 ............................................................................................................... 9
2.1 设计思路 ........................................................................................................................... 9 2.2 设计方框图 ....................................................................................................................... 9
3 具体设计 ............................................................................................................. 11
3.1 信号处理电路 ................................................................................................................. 11 3.2 多谐振荡电路 ................................................................................................................. 12 3.3 分频电路 ......................................................................................................................... 12 3.4 计时电路 ......................................................................................................................... 14 3.5 9999步计数电路 ............................................................................................................. 14 3.6 能量卡路里计数电路 ..................................................................................................... 15 3.7 提醒电路的实现 ............................................................................................................. 16 3.8 发挥部分 ......................................................................................................................... 17 3.9 计数电路 ......................................................................................................................... 18
4 工作过程分析 ..................................................................................................... 20 结 语 ..................................................................................................................... 21 主要参考文献 ......................................................................................................... 22
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引 论
健身计步器是一种即简单又有效的锻炼方法.它不但可以准确的记录跑的步数,还可以控制自己的速度。这样就可以计算出步数,通过步数和步幅可计算行走的路程，,高级的计步器还可以计算人体消耗的热量。所以本课题的设计有着深远意义，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.
本次设计让我们初步的了解到如何将平时所学到的知识运用到实践当中去,让我们体会到其实生活中的许多科技产品就是用我们所学的知识通过综合运用整合出来的。此次实验在一定程度上锻炼了同学们的实际动手能力和解决实际问题的能力，为我们今后的学习和工作奠定了基础。
健身计步器主要由振动传感器和电子计数器组成。 人在步行时重心都要有一点上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜。 所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成。
现在市场上跨国品牌主要有：美国acumen（安康盟），日本casio（卡西欧），日本欧姆龙品牌等。而国产知名品牌有Green Forest/绿森林（武汉产）多功能计步器和康超力牌计步器（广东产）。大家可以根据自己的喜好和计步器本身的功能来进行选择。一般来讲，除卡西欧的部分型号外，跨国品牌计步器均在我国寻找OEM厂家代工生产。日系品牌的设计也一般外包给国内的公司进行。所以，从一般意义上讲，各品牌家用计步器的质量差别是微乎其微的。
另外，价格对于选购者来讲也是一个很大的因素。不同计步器因其功能不同、设计不同而有不同的价格。例如在中部六省市场跨国品牌中销量最大的日本欧姆龙计步器，单功能型号的价格在78—128元区间内，多功能的型号更是达到了168—398元。而中部六省市场国产品牌中销量最大的绿森林计步器多功能型号的价格也仅为78—98元。由此见得，如果是一般家用的计步器，在质量感觉相差不大的时候，国产品牌是有相当大的优势的。但是，总体来说国内品牌的品牌力较弱，铺货渠道不充分，成为制约其发展的最大障碍之一。据国内医疗器械行业调查机构统计，在华北市场和华东市场，国内计步器的市场占有率尚不及跨国品牌的70%。这一方面有消费者对于国产品牌得不信任感作祟，另一方面是大品牌的渠道优势。例如欧姆龙和卡西欧在绝大多数一二线城市，甚至包括一些三线城市的商场、药店拥有专柜。而国产品牌里仅有绿森林、康超力在部分一二线城市的商场、药店拥有专柜。
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。然后在卡路里电路部分通过门电路设计一个预置数，当达到预置数时与其连接的发光器件会有发光提示；计步电路中
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的千步发出提示音则用一个555定时器组成单稳态触发器和一个555定时器组成的多谐振荡器和百步进位控制蜂鸣器从而在每1000步时发出响声。
第二部分是计时部分，首先由555多谐振荡器发出一个1000Hz的脉冲，经过三个74LS90计数器组成的1000分频器将其变成1Hz的脉冲，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74LS90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。
在设计该电路时，由于要实现对移动步数的累计故要用计数器来计数。为了清楚的知到自己任何时候走了多少步采用了LED数码管来显示数据并用BCD七段译码器来驱动数码管。故该电路由输入电路，计数电路，译码电路三部分构成。
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1 主要元器件介绍
1.1 74LS161D计数器
1.1.1 74LS161D引脚图
如图1.1所示，为74LS161D引脚图
图1.1 74LS161D引脚图
1.1.2 74LS161D计数器功能表
如表1.1所示，为74LS161D功能表 输入 清零 CLR 0 1 1 1 1 预置 LD * 0 1 1 1 ET * * 0 * 1 EP * * * 0 1 CLK D3 D2 D1 D0 * ↑ * * ↑ * * * * 0 0 0 0 工作模式 异步清零 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 * * * * * * * * * * * * 保持 保持 计数 同步至数 数据保持 数据保持 加法计数
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输出 Q3 Q2 Q1 Q0 使能 时钟 预置数据输入 武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸
表1.1 74LS161D功能表
1.1.3 功能介绍
（1）异步清零。当CLR=0时，不管其他输入信号的状态如何，计数器输出将立即被置零。 （2） 同步置数。当CLR=1,LD=0时，如果有一个CP的上升沿到来，则计数器输出端据Q3~Q0 等于计数器的预置端数据D3~D0。
（3）加法计数。当CLR=1，LD=1且ET=EP=1时，每来一个CP上升沿，计数器按照4位二进制码进行加法计数，计数变化范围为0000~1111.该功能为它的主要功能。 （4）数据保持。当CLR=1，LD=1，且ET*EP=0时，无论有没有CP，计数器状态将保持不变。
（5）进位信号RCO。RCO=ET*Q3Q2Q1Q0，即当ET=1且Q3Q2Q1Q0=1111时，ROC才为1。
1.2 计数器74LS90
1.2.1 74LS90引脚管图
如图1.2，为74LS90引脚图
图1.2 74LS90引脚图
1.2.2 74LS90功能表
如表1.2所示，为74LS90功能表
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输 入 清 0 置 9 0 1 × 1 × × 1 0 1 × × ↓ 1 1 ↓ 0 0 ↓ QA QD↓ 1 1 表1.2 74LS90功能表 1.2.3 功能介绍
74LS90内部包含两个独立的下降沿触发的计数器，分别为摸2计数器和摸5计数器；具有两个异步清0端和两个异步置9端。
74LS90当R01U*R02=1且S91*S90=0时，无论是否有时钟输出全部清0，称为R01和R02为异步清0端，高电平有效。当S91*S92=1时，无论是否有时钟，输出置9，称S91和S92为异步置9端，高电平有效，且置9的优先级高于清0。当满足R01*R02=0且S91*S92=0时，电路才执行计数操作。
1 0 0 1 置 9 二进制计数 五进制计数 十进制计数 十进制计数 保 持 × × × 0 0 0 0 清 0 时 钟 R0(1)、R0(2) S9(1)、S9(2) CP1 CP2 输 出 QD QC QB QA 功 能 QA输出 QDQCQB输出 QDQCQBQA输出 8421BCD 码 QAQDQCQB输出 5421BCD 码 不 变 1.3 LM555CM介绍
1.3.1 LM555CM管脚图
如图1.3所示，为LM555CM管脚图
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8VCC47625RSTDISTHRTRICONGNDU2OUT3LM555CM 图1.3 LM555CM管脚图
11.3.2 LM555CM功能表
如表1.3所示，为LM555CM功能表 输入 阀值输入 触发输入 复位 0 1 1 1 表1.3 LM555CM功能表 1.3.3 LM555CM各引脚功能
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 2脚：TL低触发端 3脚：输出端Vo
输出 0 1 0 不变 输出 放电管T 导通 截止 导通 不变 <2Vcc 3>2Vcc 3<2Vcc 3 <1Vcc 3>1Vcc 3>1Vcc 34脚：RD是直接清零端。当RD端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：TH高触发端
7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5到16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3到18V。一般用5V。
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1.3.4 555组成的单稳态触发器
图1.4所示为单稳态触发器的电路和波形图。单稳态触发器在数字电路中常用于规整信号的脉冲宽度（TW）：将脉宽不一致的信号输入单稳态触发器后，可输出脉宽一致的脉冲信号。另外，单稳态触发器也常用于定时器电路中，调整RC的值可以得到不同的定时值。
单稳态触发器采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。在图1.4（a）的电路中，Vi接555定时器的TR端，其工作原理如下：
稳态（触发前）：Vi为高电平时，VTR=1，输出VO为低电平，放电管T导通，定时电容器C上的电压（6、7脚电压）VC = VTH = 0 ，555定时器工作在“保持”态。
触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的TR端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经（R+RW）充电，VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（VTR=1），但VC充电尚未达到23VCC时（VTH=0），555定时器工作在保持状态，VO为高电平，T截止，电容器继续充电。 恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于23VCC ，因VTH>23VCC使555定时器“高触发”，VO跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V，这时，VTR=1，VTH=0，555定时器恢复“保持”态。
高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在电容器上的电压<23VCC这段时间，VO一直是高电平。因此，脉冲宽度即是由电容器C开始充电至VC=23VCC的这段暂稳态时间。
脉冲宽度计算公式：Tw≈1.1(R+RW)C （式1.1）
图1.4单稳态触发器电路与波形图
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1.4 译码驱动及显示电路
如图1.5所示，为译码驱动及显示电路，主要功能是译码，将十进制代码转换成对应输出的信号给显示器，显示数字。
图1.5译码驱动及显示电路
1.5 Multisim仿真软件概述
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。
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2 总体设计
2.1 设计思路
这次设计的健身计步器由以下几个模块组成，它们分别是: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、1kHz频率产生模块、分频模块和分钟显示模块、计数复位模块等组成。以上模块联系到一起便可设计成一个简单的健身计步器，具体功能实现如下所述：
首先传感器将外界的信号转换成具有一定振幅的波形，经过调理电路将波形过滤并且放大，再见过斯密特触发器进行整形，这时输出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。 同时将施密特触发器输出的波形用两个五进制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，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。
在计步器上同时设计了计时电路，它首先由555组成的多谐振荡电路产生的1000Hz频率信号，经过三个十进制计数器组成的千分频器，将频率信号变为1Hz的秒脉冲，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。 以上就是设计的简易健身计步器的简单思路，它可以简单方便的显示健身者的运动量、消耗卡路里量和运动者的运动时间，能让健身者在健身过程中做到心中有数，给健身增添情趣，同时这个健身计步器也很实用。
2.2 设计方框图
2.2.1计数部分方框图
如图2.1所示，为计数方框图，当人跑步时，传感器将外界的信号转换成具有一定振幅的波形，脉冲信号通过计数器记数，震动传感器会产生脉冲信号，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。电路中会有1000步提示和444步提示，同时将施密特触发器输出的波形用两个五进制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最后通过译码器显示跑步的步数和所消耗的能量。
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图2.1 计数部分方框图
2.2.2 计时部分方框图
如图2.2所示，为计时部分方框图，首先由555组成的多谐振荡电路产生的1000Hz频率信号，经过三个十进制计数器组成的千分频器，将频率信号变为1Hz的秒脉冲，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
图2.2 计时部分方框图
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3 具体设计
3.1 信号处理电路
振动信号通过传感器能够将振动信号转变成电信号，使人每在计步器上跑一步，通过传感器产生一个脉冲。传感器如图3.1所示，由带反馈网络的放大器、施密特多谐振荡器、三极管组成。
VDD1稳压3VOHGND2VOONOFF0BBhBRPBOP
图3.1信号处理电路
3.1.1 传感器简介：
加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力就是当物体在加速过程中作用在物体上的力，就好比地球引力，也就是重力。加速力可以是个常量，比如g，也可以是变量。一般线加速度计的原理是惯性原理，也就是力的平衡，A(加速度)=F(惯性力)/M(质量) 我们只需要测量F就可以了。我们在这里采用一个加速度传感器作为健身计步器的信号采集部分。
3.1.2 调理电路和555组成的施密特触发器
由于传感器产生的波形小而且不稳定，我在信号处理的开始采用三级放大的调理电路和施密特触发器进行放大和整形，调理电路其一级别是对波形进行过滤，第二级和第三级都是对电路的放大，使信号更加有规律，削弱了一些干扰信号，这样一来便于以后信号的使用。
用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于VT+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。
从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波
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形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的VT+和VT-设置得合适，均能受到满意的整形效果。经过调理电路和施密特触发器电路处理的信号便较规整可以用于计数了。
3.2 多谐振荡电路
用555定时器构成的多谐振荡器，产生计时部分的时钟脉冲。如电路6.2图所示，由555时基、定时电阻、定时电容构成多谐振荡器电路，接通电源后，电容C被充电，当Vc上升到2\\3Vcc时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降 。当Vc下降到1\\3Vcc时，Vo翻转为高电平。电容C放电所需的时间为
tpl=R2Cln2=0.7R2C
当电容放点结束时，T截止，Vcc将通过R1、R2想电容C充电，Vc由1\\3Vcc上升到2\\3Vcc所需的时间为
tpH=(R1+R2)ln2=0.7(R1+R2)C
当Vc上升到2\\3Vcc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。电路的工作波形如图，其振荡频率为
t=1\\(tpl+tpH)=1.43\\(R1+2R2)C
这里我要产生一个1000Hz的频率，参数计算后可以得出两电阻R=4.81 k,两电阻C=100nF,如图6.2所示振荡电路，它产生的频率是992.13 Hz,能达到我的设计要求。
图3.2多谐振荡电路
3.3 分频电路
由于之前多谐振荡器产生f=1000HZ的脉冲，要使它变为分脉冲，则要经过两次分频，
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第一次使用由74LS90连接的三级十分频电路，十分频计数器逢十进一，用第一级的进位脉冲作为第二级的时钟脉冲信号，第二级的进位信号作为第三级的时钟脉冲信号。这样从第三级的进位脉冲输出的就是1Hz的时钟计时脉冲，如图3.3为千分频电路。下一级由六十分频器由两片74LS90组成，第一片实现六分频，第二片实现十分频，用第一级的进位脉冲作为第二级的脉冲信号，这样就得到了分脉冲如图3.4为六十分频电路。
图3.3千分频电路
图3.4六十分频电路
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3.4 计时电路
通过多谐振荡电路与千分频电路和六十分频电路可以得出计时电路，多谐振荡电路产
生1000Hz的脉冲，经过千分频电路输出1Hz的脉冲，已知1Hz为一秒一脉冲信号，所以可以作为秒脉冲信号。千分频电路后接一个六进制74LS90N芯片，这样组成秒钟计时电路，当达到六十秒时，给分计时电路一个进位信号，分计时电路开始计时。这样就可以达到计时的效果。如图3.5为计时电路
图3.5计时电路
3.5 9999步计数电路
图3.6所示为健身计步器的计步部分，每当脉冲上升沿到来的时候，计步部分的计数器从零开始计数，由于我用的示74LS161D计数器，它原本是一个十六进制的计数器，我将其改接成十禁止的计数器，具体方法是加增加与非门，使之实现同步十进制计数。当地十个CP脉冲上升沿到达时，输出为1010过一个与非门译码后，反馈给置数端一个清零信号，立即使QD、QC、QB、QA返回到0000的状态，从新开始新的计数，开始新的计数周期，这样就跳过了1011-1111状态，使计数器清0重新计数构成了十进制的同步计数器，计数器的计数顺序时从右向左，依次纪录个位，十位，百位，千位，最多可以纪录跑的9999，扩展部分可以在计数器的输出端接非门，我们要求每跑1000步就会有提示音提示，这样可以在输出为QA端接一个非门，每当QA端输出信号，即跑到1000步时，“1”从QA端
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输出，通过非门后转化为了“0”，将信号传给声音提示系统实现提醒，声音提醒系统将在下面论述。
图3.6计步器计数电路
3.6 能量卡路里计数电路
图3.5是计算体能消耗的一个换算电路，人每走25步消耗1卡路里的能量，所以在接受到的脉冲做25分频电路，这样一来再计数，就是健身者的卡路里的消耗量；这个分频是利用74LS161D来实现的，把每一个74LS161D都连接成五进制，其方法是在输出0101时将信号到处与非接回置零端和下一个计数器的进位端，由于置零端和下一个进位都是下降沿，这里也要用到与非门；将二十五分频输出接端，接入由74LS90D组成的十进制计数器，便可以实现功能，计数器的接法与计步的相同，只不过最大值是999，计步数和计体能消耗是一个脉冲信号源输入的所以，二者应该是关联的。
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图3.7能量卡路里计数电路图
3.7 提醒电路的实现
图3.6中所示的是利用555接成的单稳态触发器与555结成的多谐振荡电路以及发声片所组成的计步提醒装置，这里有两个不同的555组成的装置。
图3.8发声电路
3.7.1 单稳态触发器设计及参数计算
图3.6左侧的555是一个单稳态触发器，它采用电阻、电容组成RC定时电路，用于调节输出信号的脉冲宽度TW。其工作原理如下：
（1）稳态（触发前）：Vi为高电平时，TRI=1，输出OUT为低电平，放电管T导通，
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定时电容器C上的电压（6、7脚电压）DIS= THR = 0 ，555定时器工作在“保持”态。
（2）触发：在Vi端输入低电平信号，555定时器的TRI=0端为低电平，电路被“低触发”，Q端输出高电平信号，同时，放电管T截止，定时电容器C经R（图中405K电阻）充电，VC逐渐升高。电路进入暂稳态。在暂稳态中，如果Vi恢复为高电平（TRI=1），但VC充电尚未达到VCC时（THR=0），555定时器工作在保持状态，VO为高电平，T截止，电容器继续充电。
（3）恢复稳态：经过一定时间后，电容器充电至VC略大于VCC ，因VTHR>VCC使555定时器“高触发”，VO跳转为低电平，放电管T导通，电容器经T放电，VC迅速降为0V，这时，TRI=1，THR=0，555定时器恢复“保持”态。
（4）高电平脉冲的脉宽TW：当VO输出高电平时，放电管T截止，电容器开始充电，在容器上的电压 3.8 发挥部分 在卡路里电路部分设计一个预值444。如图3.8电路所示，原理为当预设值达到444卡时，个、十、百位输出依次为0010、0010、0010，将个、十、百位计数器的QA与QB位的输出分别用或门将其连接，然后再接一个与非门，只有当其输出均为0时，经过门电路的输出才为1，然后将个、十、百计数器为QC1输出部分用与非门和非门连接，只有当其输出全部为1时，经过门的连接，其输出才为1，最后将二者的输出用与门连接，经发光二极管接地。当达到预设的卡数时发光提示。 - 17 - 武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸 图3.9实现预置数发光电路 3.9 计数电路 根据9999步计数电路和能量卡路里计数电路，1000步提醒发声电路，444步提示电路可以得出计数电路 - 18 - 武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸 图3.10计数电路 - 19 - 武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸 4 工作过程分析 健身计步器是计算人体运动所走部分的测试仪器，它能将人体走动时的震动由加速度传感器转变成电子电路识别的数字信号。它这样实现转化：加速度传感器上下运动，线圈由于惯性切割磁感线，产生感应电流，由于人体运动具有一定幅度和频率，加速度传感器产生的波形也类似于正弦信号。将此信号滤波，放大，整形，实现模拟信号到数字信号的转换。 将经过处理的方波信号输入到计数器的输入信号端，作为计数器的计数控制脉冲。再经过由74LS161D计数器接成的十进制计数器，它通过进位端及与非门与其它计数器相连，就可以实现串连功能。设计中共使用了四片计数器之间的串联，组成了0－9999的计数功能，再经过显示器的显示就能实现 计步的功能。 同时将经过处理的方波输入到计数器的时钟脉冲端，经过25进制的计数器再输入到十进制计数器的时钟脉冲端，这样每走25步便得到一个脉冲，便形成了计卡路里功能。设计中共使用了3片计数器，组成了0－999的计数功能，再通过显示译码器的译码输出，就可以直观的显示出来。 声音提醒电路由单稳态触发器和多谐振荡电路构成，当步数到1000时，计数器向千进位的脉冲输出作为单稳态触发器的输入，由它定时5s的信号再输入多谐振荡器产生1200Hz的频率供应发生片的发声，答到提醒的功能。 计时功能的实现同样需要555的多谐振荡器，产生1000Hz的频率信号，由三个74LS90构成千分频将信号分成秒信号，由于只需要显示分钟信号，所以再用六十进制分频使其构成分信号，这时用显示数码管显示。 以上就是我设计的健身计步器的工作过程分析，它可以实现基本的功能，但我认为还应有后续的设计以保证其工作性能。 - 20 - 武汉工业学院工商学院毕业论文（设计）专用稿纸 结 语 这次我的设计题目是紧挨女神计步器，它是一个很实用的健身体测试一起。我设计的逻辑电路由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、1kHz频率产生模块、分频模块和分钟显示模块、计数复位模块等组成模块等几部分组成。通过本次健身计步器研究，完成了以下研究： 首先是健身计步器的基本原理，主要由振动传感器和电子计数器组成。人在步行时重心都要有一点上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以记步器挂在腰带上最为适宜所谓的振动传感器其实就是一个平衡锤在上下振动时平衡被破坏使一个触点能出现通/断动作，由电子计数器记录并显示就完成了主要功能，其他的热量消耗，路程换算均由电路完成在现今科技已是小儿科。但是由于每个人走路的姿态、步幅不一样所以除了步数较为准确以外其他的数据并不准确。在一段塑料管中密封着一小块磁铁，管外缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性在管中反向运动，切割线圈，由于电磁感应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算的出速度，距离，和消耗卡路里 其次是对健身计步器里运用到的芯片的研究，比如555定时器、分频器、计数器、译码器显示等数字系统的实现方法。在设计的过程中，Multisim软件具有仿真的功能，我们设计出的许多模块都可以进行仿真操作，这样一来又触使我融入了自己的创新想法，增加了设计的实用性和创新性。 本文以模拟仿真方式设计健身计步器，我给出了比较通用的设计方法，通过模拟软件Multisim我可以很容易的实现仿真。但是，仿真中还有很多不足之处，在实际中运用中会出现很大的误差和丢真，比如在444步提示电路设计中，当到达454步是，电路也会发光提示。所以在到444步时要将设置一个归零电路。 - 21 - 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容