數(shù)電課程設(shè)計說明書出租車計價器

1、數(shù)電課程設(shè)計說明書 出租車計價器的設(shè)計說明姓名：班級：測控技術(shù)與儀器071201班學(xué)號： 2009年12月5日目 錄第一章 緒 言第二章 概 述第三章 設(shè)計要求及技術(shù)指標第四章 電路設(shè)計及相關(guān)技術(shù)說明第五章 總 結(jié)第六章 參考文獻第一章 緒 言通過學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)這門課程，并在multisim 10.0（虛擬電子實驗室）平臺上對出租車計價器的電路搭建的設(shè)計使我們能熟練掌握和應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)的相關(guān)章節(jié)里的概念，元器件，電路，邏輯門等等。同時能熟練應(yīng)用multisim 10.0這個軟件，掌握有關(guān)方法和技巧，初步了解電路設(shè)計及編寫說明書的一般過程，為以后的學(xué)習(xí)工作打下基礎(chǔ)。由于現(xiàn)代工業(yè)中集成電路的蓬

2、勃發(fā)展，其應(yīng)用前景十分廣闊，展望其發(fā)展現(xiàn)狀，幾乎應(yīng)用于各個領(lǐng)域。因而對大學(xué)生的設(shè)計提出了適用的要求，本實驗說明書主要是通過對multisim 10.0此軟件的應(yīng)用，設(shè)計一個可以市場上最普遍，與人們生活惜惜相關(guān)的運行電路，那么出租車計價器貼近人們的生活，比較容易實現(xiàn)。出租車計價器是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)計行車里程及計費的裝置，具有更高的準確性和直觀性，不受主觀等外圍因素的影響，能在電路上實現(xiàn)具有更便捷更公平的使用和折算方式，因此得到了出租車師傅和乘客們的歡迎。另外出租車計價器的電路設(shè)計從學(xué)習(xí)的角度考慮，這里主要介紹以中小規(guī)模集成電路設(shè)計出租車計價器的方法。從原理上講是一種典型的數(shù)字電路，其中包括

3、了組合邏輯電路和時序電路，實踐理論的可能性更強。就目前而言，出租車計價器的功能越來越強，并且有多種專門的大規(guī)模集成電路可供選擇。所以此電路器件得到了廣泛的使用。 由于本虛擬實驗電路臺上，有一些器件不存在，而且實驗電路達到一定程度的芯片容量后，運行就會極慢，不適合整體搭建，所以就做了一些分電路，適合的時候，就可以進入整體電路，或者做成成品時才能看到電路的整體效果，目前只能看到各個分電路的運行狀況。另外經(jīng)過了數(shù)字電路設(shè)計這門課程的學(xué)習(xí)，特別經(jīng)過了關(guān)于組合邏輯電路與時序邏輯電路等部分系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，使我們具備了設(shè)計小規(guī)模集成電路的能力，借由本次設(shè)計的機會，將所學(xué)的知識運用到實際中去。雖然涉及并不是全部，

4、只是一部分，但是卻加深了理解，達到了融會貫通的目的。第二章 概 述實現(xiàn)的第一步首先是實現(xiàn)計數(shù)電路：行車里程計數(shù)，這樣車輪的脈沖用下圖的信號源產(chǎn)生，數(shù)碼管前三位是代表百位，十位，個位，第四位代表小數(shù)。車輪轉(zhuǎn)動的次數(shù)乘以車輪的周長就是行車里程，這樣便可以實現(xiàn)里程計數(shù)。而里程計數(shù)和計價有關(guān)系，行車里程電路將汽車行駛的里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，然后由計數(shù)器譯碼器變成收費金額。實際中可用脈沖模擬，每前進10m，輸出一個脈沖信號，前進1km，輸出100個脈沖。計費為0.2元。電路經(jīng)調(diào)試后，最終顯示需要的電路。以下是各個電路的邏輯關(guān)系圖：車輪脈沖數(shù)碼管顯示費用數(shù)碼管顯示行車里程計數(shù)器計數(shù)器譯碼器 圖

5、2-1行車里程與計費電路的邏輯圖圖2-1是圖2-2電路中的邏輯關(guān)系圖： 圖2-2行車里程與計費電路脈沖發(fā)生器第一個數(shù)碼管計數(shù)第一個計數(shù)器第二個計數(shù)器第二個數(shù)碼管計數(shù)（到達五時）第一個計數(shù)器的使能端為低電平第一個計數(shù)器停止工作數(shù)碼管顯示為5.0元 圖2-3起始價為五元且到五元后停止的邏輯電路 圖2-4起始價為五元且到五元后停止的初始計費電路脈沖發(fā)生器第一個數(shù)碼管計數(shù)第一個計數(shù)器第二個計數(shù)器第二個數(shù)碼管計數(shù)（到達三時）第一個計數(shù)器的使能端為低電平第一個計數(shù)器停止工作數(shù)碼管顯示為三公里圖2-5計里程三公里的邏輯電路數(shù)碼管顯示為三公里與主顯示數(shù)碼管比較大于觸發(fā)圖2-2行車里程與計費電路開始正常計費小于

6、只顯示五元坐車費用圖2-6計數(shù)三公里的比較電路邏輯圖圖2-7計數(shù)三公里的比較電路圖全局圖2-8計數(shù)三公里的電路圖局部圖2-9計數(shù)三公里的電路圖的邏輯分析圖2-10計數(shù)三公里的比較電路圖比較部分圖2-11出租車計價器總體電路時間脈沖十進制計數(shù)器觸發(fā)計費電路按時間設(shè)定計費增長到十圖2-12停車時 時間計費電路邏輯圖 圖2-13停車時 時間計費電路全局圖2-14停車時 時間計費電路計時部分圖2-15一天中進入夜行駛狀態(tài)變化計費方式的電路總圖第三章 設(shè)計要求及技術(shù)指標電路設(shè)計要求1. 正常情況下，每前進10m，輸出一個脈沖信號，前進1km，輸出100個脈沖。計費為0.2元（行車里程計費電路將汽車行駛的

7、里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，然后由計數(shù)器譯碼器變成收費金額。實際中可用脈沖模擬）。 2. 按啟動鍵開始計費，起步價5元（3km內(nèi)，含3km），沒有乘客時，啟動綠燈亮，表明為空車，有乘客時，啟動紅燈亮。3. 與3公里比較，大于等于3公里時啟動下一個計數(shù)計費電路。 4. 當速度小于或等于120m/min改為0.1元/10s，小于10s不計費，若停車的時候，則以0.1元/10s計費，小于10s不計費。5. 停車的時候，則以0.1元/10s計費，小于10s不計費6. 晚上9：00以后第二天早上5：00之前，則起步價改為10元/5km。晚上等候時間單價改為0.2元/30s。7. 按開關(guān)鍵停止計費。

8、8. 按空車鍵后計價器清零，啟動燈滅，空車燈亮。電路調(diào)試要求：1） 利用multisim搭電路，逐步實現(xiàn)。2） 在multisim上進行調(diào)試。3） 調(diào)試編好的電路，對電路功能進行逐步核對。4） 修改已調(diào)好的電路，使之詳細易懂簡易。5） 核查電路并編寫說明書，并對電路加以詳細說明。技術(shù)指標1） 74ls160n由于是十進制計數(shù)器，那它的計數(shù)方式是由00000001001000110100010101100111100010010000進行計數(shù)。 圖3-1 74ls160n芯片的真值表2） 四個74ls160n芯片可以實現(xiàn)四位有效數(shù)字的進位，本電路多次用到四位有效數(shù)值，包括計里程，計價，計脈沖，數(shù)

9、字時鐘的秒分時的三者進位，3km內(nèi)5元的計數(shù)。圖3-2 計里程的邏輯分析3） 兩個74ls85n比較芯片，比較三公里和三公里時是否有計數(shù)。4） 本設(shè)計電路不是一下到位的置位（比如五元的電路，三公里的電路）電路，而是逐步漲上去的，沒有輸入功能。且只適用于一般情況。5） 實現(xiàn)了按啟動鍵開始計費，起步價5元（3km內(nèi)，含3km），沒有乘客時，啟動綠燈亮，有乘客時，啟動紅燈亮。按空車鍵后計價器清零，啟動燈滅，空車燈亮。各類燈的有效控制。6） 停車的時候，則以0.1元/10s計費，小于10s不計費7） 晚上9：00以后第二天早上5：00之前，則起步價改為10元/5km。晚上等候時間單價改為0.2元/30

10、s。按開關(guān)鍵停止計費。8） 比較器的與或門，控制了下一個計數(shù)器的啟動時的使能端，達到了計數(shù)器對電路的有效控制。 圖3-3 與或門控制使能端圖3-3 74ls85n的真值表第四章 電路設(shè)計及相關(guān)技術(shù)說明第一步 實現(xiàn)計數(shù)功能：需要用到的芯片，基本器件： 圖4-1 74ls160n十進制計數(shù)器需要用到四片74ls160n芯片，構(gòu)成一個四位計數(shù)電路（前三位分別是是百位，十位，個位，最后一位是小數(shù)。），電路的計數(shù)功能讓其實現(xiàn)。即這四個芯片構(gòu)成的電路實現(xiàn)計價范圍從000.0-999.9元這一功能，以及計數(shù)增量累加，動態(tài)顯示的功能。74ls160n為異步復(fù)位、同步預(yù)置數(shù)的同步十進制加法計數(shù)器。第一個芯片的輸

11、出脈沖作為下一個計數(shù)器芯片的輸入脈沖。以此類推。其中所有芯片的enp,ent,load以及clr端均接高電平，gnd端均接地。 表4-1 74ls160n的功能表rdldcpep et工作狀態(tài)0xxx x清零10x x預(yù)置數(shù)11x0 1保持11xx 0保持111 1計數(shù) 圖4-2 dcd_hex_green 數(shù)碼管 圖4-3 74ls85n比較計數(shù)器 圖4-4 5伏電源 圖4-5 脈沖發(fā)生器 圖4-6 接地 圖4-7 與非門 圖4-8 與門最終的總電路連接為：第一個芯片為小數(shù)位，在脈沖激發(fā)的作用下，由小數(shù)位向個位進位：00000001001000110100010101100111100010

12、01實現(xiàn)小數(shù)位的計數(shù)，采用的是置數(shù)的方式，當電路計數(shù)到1001的時候采用rco端口輸出的低電平信號輸出作為下級芯片（個位芯片）的信號，實現(xiàn)了小數(shù)位向個位的進位，而小數(shù)位，個位，十位和百位的顯示有四個數(shù)碼管來顯示，控制則由下一位的rco端口輸出的低電平信號控制。最后的小數(shù)位由脈沖信號發(fā)生器（模擬狀態(tài)下將其視為車輪的轉(zhuǎn)數(shù)）來控制。設(shè)計中注意到數(shù)碼管（哪端為最低有效位，哪端為高位）與計數(shù)器的接法，從而實現(xiàn)正確的顯示。 圖4-9 計數(shù)電路計費電路也是這樣。只是脈沖有計數(shù)電路傳送，計費電路自身沒有脈沖?？客饨巛斎?。計費系統(tǒng)的顯示控制，基本原理同計數(shù)系統(tǒng)，第一個芯片為小數(shù)位，在計數(shù)脈沖激發(fā)的作用下，（此時

13、要注意的是多少個計數(shù)脈沖走過，才激發(fā)一下計費系統(tǒng)，達到計費系統(tǒng)的小數(shù)位計費）計數(shù)脈沖激發(fā)時由小數(shù)位向個位進位：0000000100100011010001010110011110001001實現(xiàn)小數(shù)位的計數(shù)，采用的是置數(shù)的方式，當電路計數(shù)到1001的時候采用rco端口輸出的低電平信號輸出作為下級芯片（個位芯片）的信號，實現(xiàn)了小數(shù)位向個位的進位，而小數(shù)位，個位，十位和百位的顯示有四個數(shù)碼管來顯示，控制則由下一位的rco端口輸出的低電平信號控制。最后的小數(shù)位由脈沖信號發(fā)生器（模擬狀態(tài)下將其視為車輪的轉(zhuǎn)數(shù)）來控制。設(shè)計中注意到數(shù)碼管（哪端為最低有效位，哪端為高位）與計數(shù)器的接法，從而實現(xiàn)正確的顯示。

14、 圖4-10 計費電路第二步 實現(xiàn)正常行駛情況下，每前進10m，輸出一個脈沖信號，前進1km，輸出100個脈沖。計費為0.2元。（即正常計費電路）如上圖圖4-9與圖4-10的合電路。如圖： 圖4-11 一般情況下的計數(shù)計費電路 第三步 設(shè)計三公里內(nèi)計費為五元的電路： 圖4-12 計費為五元的電路說明：由于無法實現(xiàn)一開始就顯示五元，只能讓其很快的達到這個值，所以就設(shè)計了這個電路。對于顯示控制，基本原理同計數(shù)系統(tǒng)，由脈沖向個位，個位向數(shù)碼管顯示時：000000010010001101000101產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下級輸出一個時鐘脈沖，利用的是與非門，目標是實現(xiàn)正確的計數(shù)顯示。在下圖4-13中有

15、兩個與非門，u1a和u2a， u1a實現(xiàn)計數(shù)器u24（如圖4-13）計數(shù)到五后向前一位進位，u2a則是實現(xiàn)計數(shù)器u19計數(shù)到五后，向計數(shù)器u24（74ls160n芯片）的置位端輸出一個低電平信號，從而使u24停止計數(shù)。達到數(shù)值不變的目的。 圖4-13 計費為五元的電路最終保持值不變?nèi)锉容^電路，此電路和五元電路一樣，要快速達到20（圖4-14 由于我設(shè)定的是三位，比較器第二位第三位，數(shù)碼管相應(yīng)顯示，發(fā)生比較后，進行下一個使能端的觸發(fā)。），計里程電路（圖4-15）要同時啟動，當計里程電路達到30之前時，二者一直在用比較器（圖4-16）比較，設(shè)定比較器為大于等于時使下一個電路的使能端為高電平，這

16、樣使下一個電路開始計數(shù)，本電路同時用了三個四位計數(shù)器（圖4-19）有一些繁瑣，但是電路還是容易分清頭緒的。 圖4-14 三公里電路這里本應(yīng)該去掉數(shù)碼管，但是為了方便認識電路，所以沒有去掉。上圖被圈部分分別為第三位和第二位。即參與比較的位數(shù)。 圖4-15 計里程電路第四步 比較器比較后，看是否給下一個使能端輸出高電平：圖4-16 比較電路此比較電路是用兩塊74ls85n集成塊來實現(xiàn)的，實現(xiàn)8位比較器的功能。 圖4-17 比較器比較后往下一個電路輸出一個高電平的邏輯圖轉(zhuǎn)換圖 圖4-18 比較器輸出電路比較器輸出高電平，使下一個電路（計數(shù)器）開始計數(shù)?？偫锍虜?shù)三公里相加為總費用三公里外剩下的里程數(shù)

17、圖4-19 電路圖矩形部分就是計數(shù)部分，也就是上面所說的比較繁瑣的部分。橢圓兩部分相加是總的費用。由于本次設(shè)計是在虛擬實驗臺上模擬的，由于條件的限制，有些電路加載到總電路中，總電路就帶動不起來，不工作。所以有些電路只能以子模塊的形式出現(xiàn)。下面介紹的就是本次設(shè)計中，出租車計價器的子模塊。第五步 分鐘和數(shù)值比較電路：首先說明一點就是本出租車計價器的車輪轉(zhuǎn)數(shù)是依靠脈沖生成器產(chǎn)生的，停車等待時里程電路是不計數(shù)的，但是由于將脈沖生成器的頻率設(shè)定為0hz時，整個電路要報錯，不運行。所以電路只能理論上設(shè)計其分電路，并各自設(shè)計出來。下圖為分鐘電路： 圖4-20 分鐘和秒電路秒計數(shù)器的十位和個位，輸出脈沖除用作

18、自身清零外，同時還作為分計數(shù)器的輸出脈沖。秒鐘由個位向十位進位：0000000100100011010001010110011110001001實現(xiàn)個位的計數(shù)，采用的是置數(shù)的方式，當電路計數(shù)到1001的時候采用一個二輸入與非門接上級輸入的高位和低位輸出作為下級的信號，實現(xiàn)了秒?yún)^(qū)的個位和十位的顯示與控制。設(shè)計中注意到接的是一個與非門而不是與門，目標在產(chǎn)生一個時鐘脈沖。實現(xiàn)正確的顯示。由秒?yún)^(qū)向分區(qū)的顯示控制，基本原理同上，在秒?yún)^(qū)十位向時區(qū)個位顯示的時：000000010010001101000101產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下級輸出一個時鐘脈沖，利用的還是與非門，目標仍是實現(xiàn)正確的計時顯示。小時計數(shù)器

19、是模24的計數(shù)器，其計數(shù)規(guī)律為00-01-23-00，選用兩片74ls160n組成24進制計數(shù)器。在下圖4-21中左面兩個數(shù)顯管中，顯示小時。小時計時電路利用2個led數(shù)碼管，兩片74ls160n,一個74ls01n，一個時鐘脈沖源組成，一個地，數(shù)碼管顯示00-23。 圖4-21 停車時間計費電路停車時間計費電路實現(xiàn)了以0.1元/10s計費，小于10s不計費。第六步 實現(xiàn)夜行更改行車里程價格，等候價格均與晝行不同等功能。即夜行用夜行的電路計費。 圖4-22 晚上9：00以后第二天早上5：00之前的計費電路所編電路說明：本出租車計價器共有3塊子模板，分別為出租車計價器，停車時間計費電路，早5：0

20、0以前晚9：00以后計時計費電路?；緦崿F(xiàn)了一般的計費功能，如：正常的行駛計費功能，停車等候計費功能，不同時段的計費功能等等。最后再說明一下啟動時的燈亮功能。1） 按啟動鍵開始計費，沒有乘客時，啟動綠燈亮，表明為空車，有乘客時，啟動紅燈亮。 圖4-23 計里程電路啟動綠燈亮表明為空車計里程電路啟動綠燈亮表明為空車，電路不計數(shù)。 圖4-24 有乘客時啟動紅燈亮計里程系統(tǒng)開始計數(shù)2） 與3公里比較，大于等于3公里時啟動下一個計數(shù)計費電路。啟動時，三公里電路（圖4-14）和計里程電路的藍燈同時亮。起到提醒顧客和司機師傅的目的。 圖4-25 等于3公里時計里程電路的藍燈亮起 圖4-26 三公里電路的藍

21、燈亮起3） 按開關(guān)鍵停止計費。每前進0.5km，計費0.1元停止計費鍵 圖4-27 計費系統(tǒng)正在計費按下停止計費鍵，停止計費 圖4-28 計費系統(tǒng)停止計費4） 按空車鍵后計價器清零，啟動燈滅，空車燈亮?？哲囨I 4-29 空車鍵按下后計價器清零啟動燈滅空車燈亮電路具有的功能：該電路的功能基本符合了電路設(shè)計之初的要求和電路調(diào)試要求：1.正常情況下，每前進10m，輸出一個脈沖信號，前進1km，輸出100個脈沖。計費為0.2元（行車里程計費電路將汽車行駛的里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，然后由計數(shù)器譯碼器變成收費金額。實際中可用脈沖模擬）。 2.按啟動鍵開始計費，起步價5元（3km內(nèi)，含3km），沒

22、有乘客時，啟動綠燈亮，表明為空車，有乘客時，啟動紅燈亮。3.與3公里比較，大于等于3公里時啟動下一個計數(shù)計費電路。 4.當速度小于或等于120m/min改為0.1元/10s，小于10s不計費，若停車的時候，則以0.1元/10s計費，小于10s不計費。5.停車的時候，則以0.1元/10s計費，小于10s不計費6.晚上9：00以后第二天早上5：00之前，則起步價改為10元/5km。晚上等候時間單價改為0.2元/30s。7.按開關(guān)鍵停止計費。8.按空車鍵后計價器清零，啟動燈滅，空車燈亮。故該設(shè)計到這里就算基本完成了。第五章 總 結(jié)到此，數(shù)字電子計數(shù)這門課中的出租車計價器的電路設(shè)計就完成了。由于時間很

23、緊張，設(shè)計中有一些不完美，甚至是缺陷的地方，請諒解，從11月下旬開始設(shè)計，12月11日就要完成，天天有人熬夜，同時還要備考，備四級。由于甲流的影響，教學(xué)任務(wù)沒有按原計劃執(zhí)行下去，復(fù)習(xí)就更是慌不擇路，下周從星期一（12月14日）開始算在一周之內(nèi)考四門，所以還是請見量在如此緊張的時間下做的內(nèi)容的不完善，思路上的短處和不完整性，另外由于圖書館里沒有相關(guān)資料，和設(shè)計初期不知道如何下手，在重讀了課本和翻閱了圖書管理的資料后總算是有些眉目。才開始下手做這些電路。在此次的出租車計價器的設(shè)計過程中，更進一步地熟悉了74ls160n異步復(fù)位、同步預(yù)置數(shù)的同步十進制加法計數(shù)器芯片的結(jié)構(gòu)及掌握了各芯片的工作原理和其具體的使用方法另外以及各個端口怎樣連線，同時還有芯片的排布情況。為總體布局打下基礎(chǔ)，或者盡少的芯片實現(xiàn)更多的功能和芯片連線清晰，就能快速找出錯誤，不用一條條的去