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文档简介
基于加速度传感器的计步器 基于加速度传感器的计步器的设计实现第一章实验任务与原理 一、功能需求设计一个电路可以检测目标物体运动的次数,并且可以在数码管上显示物体运动的次数。 二、原理加速度传感器,可以感知X,Y,Z三个方向的加速度,当加速度发生变化时产生一个脉冲,因此,每当一个脉冲来到时即发生了一次运动,本实验中,我们只考虑Z方向的变化。 常用的放大器电路是利用运算放大器,添加反馈电阻,根据反馈电阻的比值可以计算出信号的放大倍数,通过调节电阻,改变阻值可以改变放大的倍数。 在运放的负输入端加电阻R1接地,输出接反馈电阻R2接负输入端,则放大倍数为(1+R1/R2)。 .555电路构成的施密特触发器采用电位触发方式,其状态由输入信号电位维持;对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号有不同的阀值电压,,因此可以将脉冲整型。 FPGA是可编程逻辑器件,编写VHDL程序将其下载到FPGA,可以实现相应功能。 利用D触发器检测方波的上升沿,当上升沿到来时,对计数器使能记录数木,然后分别对个位、十位使能,使其显示在七段数码管上。 对于数码管,每一段有相应的驱动,对于高电平有效时,当某一字段的阴极为高电平时,相应字段就不亮。 第二章设计思路、方法 一、系统功能需求分析需要加速度传感器以及555电路脉冲整型产生方波,需要判断方波上升沿并计数,需要对数码管各位输出交替使能以显示运动次数。 二、方案确定及框图结构说明当物体向上运动时,会有加速度,利用加速度传感器可以感知这个加速度,并产生一个脉冲。 这个脉冲经放大后由555电路构成的施密特触发器施密特触发器将脉冲整型为方波。 利用FPGA设计程序,经过检测方波上升沿,上升沿来到则计数,计数后分别对个位、十位编码,并且分频后对数码管的个位、十位以较低的频率交替使能,使在数码管上显示。 设计框图结构为第三章硬件原理图设计、装配与调试 一、原理图 二、装配成果照片加速度传感器施密特触发器FPGA数码管显示波形放大器 三、调试结果波形第四章FPGA模块程序设计与仿真块 一、模块HDL程序以及仿真程序(见附录) 三、仿真波形及数据分析第五章系统调试及硬件检查系统调试结果图片第六章结束语 一、过程故障分析与处理第一,在硬件调试过程中,无法调出方波。 解决方法,逐级检查,发现第二级的放大倍数不够,因此改变电阻调高第二级的放大倍数,使得施密特触发器正常工作,整型为方波。 第二,调程序时,数码管的八位都显示出来。 解决方法,改变分频的数目,将其提高,并且注意到是低电平有效,改变后正常输出。 二、收获及改进意见调试要基于对原理以及设计方法的充分了解,才能够检查出错误的。 附录块 一、模块HDL程序entity counteris port(clk:in std_logic;din:in std_logic;reset:in std_logic;dout:out std_logic_vector(7downto0);en_out:out std_logic_vector(7downto0);end counter;architecture Behavioralof counteris signal t0:STD_LOGIC_VECTOR(7downto0);signalt1:STD_LOGIC_VECTOR(7downto0);signal en_flag:STD_LOGIC;signal a:STD_LOGIC;signal b:STD_LOGIC;signal q:STD_LOGIC_VECTOR(15downto0);begin-D触发器延时process(clk,reset)begin if(reset=0)then a=0;elsif(clkevent andclk=1)then a=din;end if;end process;b=din;-计数process(clk,reset)begin if(reset=0)then t00);t10);elsif(clkevent andclk=1)then if(a=0and b=1)then if t0=00001001then t0=00000000;ift1=00001001then t0=00000000;t1=00000000;else t1=t1+1;end if;else t0=t0+1;end if;end if;end if;end process;-分频process(clk,reset)begin if(reset=0)then q0);en_flag=0;elsif(clkevent andclk=1)then if(q=1111111111001111)then q0);if(en_flag=0)then en_flag=1;en_out=11111110;else en_flag=0;en_out=11111101;end if;else qdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutdoutclk,din=din,reset=reset,dout=dout,en_out=en_out);-Clock processdefinitions clk_process:process beginclk=0;wait forclk_period/2;clk=1;wait forclk_period/2;end process;-Stimulus processstim_proc:process begin-hold resetstate for100ms.wait for100ms;stim_proc:process begindin=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;din=0;wait for30ms;reset=0;wait for30ms;din=1;wait for1ms;
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