论文总字数：31797字

摘 要

由于现代社会的快节奏生活，给人们生理上带来巨大压力，越来越多的人开始重视起自己的健康状况，而走路，跑步又是一种简单有效的锻炼方式，于是计步器应求出现。

本文采用FPGA设计一款计步器，实现电子钟，吃药提醒及计步功能，本文实现计步功能主要通过加速度传感器。人在行走过程中会产生一个加速度，加速度传感器通过感受人行走产生的加速度，来判断人行走动作的发出，从而实现计步功能，本设计同时具有计时、提醒功能。

本文采用开发板，使用VHDL语言，实现了计时功能，在数码管上显示出时间进度。通过对吃药间隔时间的设置，使用蜂鸣器来设置吃药提醒。通过对加速度传感器的数据处理，在数码管上显示人行走的步数。

关键词：计步器 电子钟 吃药提醒

The pedometer based on FPGA

Abstract

Because of the fast pace of life in modern society , bring great pressure on people's lives, more and more people begin to pay attention to their health, and walking, running is a simple and effective way to exercise, So pedometers exists.

This paper mainly use the FPGA to achieve the electronic clock, medication reminders and counting step function, the objective is to achieve the basic functions of general pedometer, and some exploration and research. In this paper, the function of the counting step is mainly through the acceleration sensor. People in the process of walking will produce an acceleration, acceleration sensor by feeling the acceleration generated by human walking, to judge the issue of human walking action.

This paper uses the development board, using VHDL language, to achieve the timing function, in the digital tube shows the time schedule, through the time of the medication interval settings, use the buzzer to set the medication reminder. Through the data processing of the acceleration sensor, the number of people walking display in the digital tube.

Keywords: Pedometer ; Electronic clock ; medicine reminde

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 计步器的国内外研究现状 2

第二章 设计总体介绍 3

2.1 设计整体思路介绍 3

2.2 相关软硬件介绍 4

2.2.1 spartan-6开发板简介 4

2.2.2 ISE软件简介 5

2.3 FPGA总体端口设计 5

第三章 计步各模块设计 7

3.1 信号采集模块 7

3.1.1 基于加速度信号的计步器原理 7

3.1.2 加速度传感器简介 7

3.1.3 加速度传感器的引脚及功能 8

3.1.4 加速度传感器的模式选择 9

3.2 计步数据处理模块 10

3.3 计步数据计算模块 11

第四章 显示设计模块 13

4.1 显示屏介绍 13

4.1.1 LCD12864特性介绍 13

4.1.2 LCD12864的管脚说明 13

4.1.3 LCD12864的显示模式 14

4.2 显示选择模块 14

4.3 显示驱动模块 16

第五章 时钟与吃药提醒模块 18

5.1 模式选择模块 18

5.2 时钟计时模块 19

5.3 吃药提醒模块 21

5.4 时钟分频模块 23

第六章 总结与期望 25

参考文献 26

致谢 28

附录1 总体原理图 29

附录2 程序 30

第一章 绪论

1.1 引言

目前社会随着人们生活水平的提高，工作竞争压力的增大，人们生活和工作压力也就越来愈大，同时，人们的自由时间也在不断减少，加上运动锻炼意识的缺乏，在这样的状况之下，肥胖、高血压等问题慢慢出现。而解决这些问题的关键是人们重视起自身的锻炼问题，并选择合适的锻炼方式增强身体体质。而最简单有效的锻炼方式就是快走、跑步，此类运动不需要特殊的运动器材，也不需要特殊的锻炼地点。进行合理的跑步锻炼可以锻炼身体，也可以为第二天的工作提供充足的精力。合理的运动也可以减少血管内的脂肪性物质，减轻体重，预防高血压等疾病。

同时随着生活水平的提高，目前人们对自己的身体健康状态的关注度越来越高，科学技术的发展也催生了各类运动产品，人们希望通过各类科技产品来监控自己的生活状况，并通过该产品来判断自己的运动是否达标。人们在运动过程中，也无法携带过于大的物品，这时候就需要一个便携装置来监测自己的运动状况。因为运动并不是越多越好，需要有一个合理的安排和控制。运动量少，会达不到运动所希望达到的要求，运动过量，会带来身体的不舒适，肌肉损伤等运动事故，并影响正常的工作生活，反而会造成适得其反的效果，因此目前需要一款产品来帮助人们对自己的锻炼起到帮助效果。

计步器作为一款可穿戴的监测人运动过程的携带装置，可以在人行走的过程中通过行走产生的动作来判断人行走动作的发出，记录下人行走的步数，并通过显示装置反馈给佩戴者。让佩戴者能够实时了解自己的运动状态，可以帮助佩戴者根据自己的运动量判断是否运动达标，量化锻炼强度，制定合理有效的锻炼方案，提醒佩戴者根据自身状况调节运动量，并且这个产品也可以激励佩戴者坚持运动。

计步器的设计是起源于牛奶养殖，后来经过科技人员的外观及性能改善，慢慢应用到医疗器械，随着社会老龄化的严重，健康状态的重视，设计者再将计步器设计缩小体积，增加功能，慢慢植入到各类智能设备中使用。一些对计步功能要求更高的也会选择专门的计步器配合锻炼，并希望可以加入监测佩戴者心跳，血压等功能。由此而见，计步器设计仍然具有广大的市场前景及研究价值。

1.2 计步器的国内外研究现状

目前计步器种类主要分为机械式计步器及电子式计步器，机械式计步器的获得信号的方式是人在行走过程中，会产生震动，引起计步器内部的内部弹簧片及弹力小球的振动来使计步器产生电子脉冲，计步器通过计算产生的脉冲来计算人行走的步数。机械式计步器的成本较低，但是相应的准确度和灵敏度也会降低。电子式计步器是通过加速度传感器来测量人行走的步数。人行走的时候自然而然地会产生一个加速度，而加速度传感器可以检测到这个加速度的产生，再通过内部的数据转化处理将步数显示出来。

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