出租车计费器设计.doc

综合性、设计性实验报告

姓名 靳雅麟 学号 11999051
姓名 蒋冬梅 学号 11999049
专业 计算机科学与技术 班级 2011级1班
实验课程名称 出租车计费器设计
指导教师 王 晓 微
上课时间 2013 年 06月 18 日

一、实验设计方案
实验名称：出租车计价器
实验时间：2013年06月20日
小组合作： 是○ 否○
小组成员：靳雅麟 蒋冬梅
1、 实验目的：
①巩固和加深所学模拟电路基础和脉冲与数字电路基础等课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力；。
② 通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选择及电路安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的工程设计方法；
③提高动手能力，掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法；。
④了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路固等。
2、 实验设备及材料：

①数字电子技术实验箱1台
②74ls390 mc14495 74LS00 74LS04 共阴七段显示器 导线等
3、 理论依据：
自动计费器包括里程计费电路、等候时间计费电路、起步价三部分，用三位数码管显示，最大金额99.9 元。里程计费电路工作原理：干簧继电器产生的脉冲信号经由74LS00组成的施密特发生器整形得到CP0,CP0送入74LS390 计数器，当计数记满10 个脉冲时，一方由于与非门产生清零脉冲，加到 Rd端使计数器清零，另一方面将基本 R-S 触发的Q 置为1，此时ET=EP=1，使两片74LS160 组成的21 进制计数器（即出租车自动计费器课程设计里程单价计数器开始对标准脉冲计数，（标准脉冲CP1 由时钟电路提供）计满21 个脉冲后，Rd 端得到的清零脉冲而使计数器清零，R-S 触发器的Q1输出为零，计数器停止计数，由于Q1=1，则P2=CP1 使P2 端输出21 个脉冲信号，代表每公里行车的里程计费，即每个脉冲计费是 0.1元，称为脉冲当量，P2 输出的脉冲当量送到总费计数器进行计数累加。等候时间计费电路工作原理：等候时间计费电路由等候时间计费器和十分钟单价计数器组成，由三片74LS390 构成600 进制等候时间计数器，对秒脉冲CP2 （来至时钟电路）做计数，当计满一个循环时，也就是等候时间满十分钟，一方
面对600 进制计数清零，另一方面将基本R-S 触发器Q2置1
，启动由74LS390 构成的十分钟单价计数器工作，它是一个6 进制计数器，计数期间同时将脉冲从P1 输出，在计数器计满十分钟等候单价时R-S 触发器复位为0止计数。等候时间起始信号由手动开关给定。
一：计费模块根据出租车计费原理将出租车计费部分由3个计数器来完成分别为
① 计数器A 完成车费十位。
② 计数器 B 完成车费个位.
③ 计数器C 完成车费角。
二：车费的显示模块由动态扫描电路来完成用专用模块来实现完成数据的输入即动态数据的显示
三：总体框图

图2.1 方案一总体框图

4、 实验方法步骤及注意事项：
实验方法：
分单元模块的进行电路设计，然后把各个模块连接起来组成实验电路。
实验步骤:
译码显示模块设计
1、译码显示电路的作用：译码显示电路的作用将数字钟的计时状态直观清晰地反映出来,被人的视觉所接受。本设计的显示器件现用LED管。 
2、本模块用到的器件有74LS390、四段LED数码管、与非门等。
3、译码管电路结构框图

图3.1 译码显示框图

4、译码管具体电路电路:

图3.2 译码显示电路
5．计数器模块设计
1、计数器的作用： 就是将 555 产生的信号来记录汽车的路程。可以将高位片的 ＱＢ(BCD 码的权 2)和ＱＣ(BCD 码的权 4)的输出状态送到一与门，与门出来的 信号再送给高位片的清零端作为复位信号。
2、计数器模块由555定时器、74ls390计数器、与非门等元器件构成。其原理是用555来记录汽车路程，高位片的 ＱＢ(BCD 码的权 2)和ＱＣ(BCD 码的权 4)的输出状态送到一与门，与门出来的 信号再送给高位片的清零端作为复位信号。
3、模块的具体电路
等车时间显示电路模块设计
1、 该模块的功能是记录出租车停车的时间。
2、 该模块由555，74LS390,Jk 触发器构成，完成每分钟的等候时间的收费。再通过 mc14495 经译码显示。
3、 模块框图：

图3.4 等车时间显示框图
4、 模块具体电路如下：

6．电路参数的计算及元器件的选择
下面就相关电路中的参数计算以及元器件的选择进行说明。

译码显示电路元器件选择
本模块所选电源为直流电源12V、74LS160计数器、四段LED显示管、与非门。

计数模块电路元器件选择
由555定时器、74LS160计数器、与非门等元器件构成。直流电源电压选择3V，电阻选择10K和1000K。

等车时间显示电路器件选择
本模块电路由555定时器、与非门、74LS390、电阻0.5K、电源电压5V、开关一个。
特殊器件的介绍
RS触发器介绍
1：把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q非。
2: RS触发器:

图3.6 RS触发器逻辑图
3：RS触发器的功能表：
表3.2 RS触发器功能表
S
R
Q
Q非
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0

74LS390计数器介绍
1：74LS390 为可预置的十进制计数器，
种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如表 3-1 下表是 74LS160 的主要电器特性 异步清零端/MR1 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。 74LS390 的预置是同步的。 当置入控制器/PE 为低电平时， CP 上升沿作用下， 在 输出端 Q0-Q3 与数据输入端 P0-P3 一致。对于 54/74390，当 CP 由低至高跳变或 跳变前，如果计数器控制端 CEP、CET 为高电平，则/PE 应避免由低至高电平的 跳变，而 54/74LS390 无此种限制。 74LS390 的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。 当 CEP、 CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3 同时变化，从而消除了异步计 数器中出现的计数尖峰。对于 54/74LS390 的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。 74LS390 有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平 脉冲，其宽度为 Q0 的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成 N 位同步计数器。 对于 54/74LS160，在 CP 出现前，即使 CEP、CET、/MR 发生变化，电路的功能 也不受影响。

.3.4 总体模块连接电路
图3.9 总体模块连接图

7．电路测试
调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

注意事项：
①实验之前一定要仔细阅读实验指导书，熟悉各元器件的功能；
②连接电路是要按照设计方案连接电路，避免出现电路连接错误；
③一定要确认电路连接无误之后方可接通电源，以防止损坏电路元器件；

8．实验数据处理方法：
1．按图上部电路连接好计数、译码、显示线路，用函数发生器的方波脉冲作为输入信号，调试译码、显示到正常工作。
2．用555连接好秒信号产生电路，用P4信号驱动上述计数、译码、显示电路，调试、观察秒信号电路工作到正常为止。
3．秒信号台电路与74LS390构成的计数器相连，产生P5信号，又接入计数、译码显示电路中，调试，观察当显示100个计数脉冲时，等候时间是否为10分钟，直到正常工作为止。
4．完整连接好图中部电路，再观察译码、显示电路的数字和等候时间P6的关系是否随拨码开关的变化而成比例变化，直到正常工作为止。
5．安装图下部电路，函数发生器的方波脉冲产生P2信号，将P3直接做为上部电路的输入脉冲，调试、观察显示结果和拨码开关的对应关系，直到正常工作为止。
6．连接好复位电路，清零后，调整电路，直至正常工作为止。

9．参考文献：
[1] 康华光主编电子技术基础模拟部分高等教育出版社，2002
[2] 康华光主编电子技术基础数字部分高等教育出版社，2002
[3] 潘松，黄继业.EDA技术与VHDL.北京：清华大学出版社，2007.01
[4] 齐洪喜，陆颖.VHDL电路设计实用技术北京：清华大学出版社，2004.05
[5] 刘昌华数字逻辑EDA设计与实践北京：国防工业出版社，2006.18-34.08
[6] 肖景和主编.555集成电路应用精粹人民邮电出版社，2007.12-23.09
[7] 陈有卿等编著555时基电路原理与应用机械工业出版社，2006.05
[8] 陶洪主编数字电路设计与项目实践清华大学出版社，2011.01
[9] 唐小华、杨怿菲主编数字电路与EDA实践教程科学出版社，2010.08
[10] 徐绣平主编数字电路与逻辑设计电子工业出版社，2010.07.

指导老师对实验设计方案的意见：

指导老师签名：
年 月 日
二、实验报告
1、实验目的、设备与材料、理论依据、实验方法步骤见实验设方案
2、 实验现象、数据及结果
实验现象：
①闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示24秒字样 ; 断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。
②当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时 , 控制电路封锁时钟脉冲信号 CP , 计数器暂停计数 , 显示器上保持原来的数不变 ，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计数。
③当计数器计数到零时高位和低位74LS192的八个输出端为低电平，传输到或门组成的选择电路。因为全部为低电平所以或门的最后输出为低电平，于是LED灯、蜂鸣器导通，产生光电报警信号，实验成功。

实验数据：
①连接各模块电路，组后把各个模块电路组装成本实验电路，闭合，断开不同的开关来实现计数器的不同功能；
②各个模块分离检查是否连接错误，显示器模块跟8421BCD码递减计数器模块连接起来，显示器上显示“24”字样，电路连接正确；
③时钟模块能够产生稳定的时钟信号。将时钟模块，8421BCD码递减计数器模块，辅助时序控制模块以及显示器模块连接起来，闭合 “启动” 开关时, 计数器应完成置数功能 , 显示器显示24秒字样 ; 断开“启动”开关 , 计数器开始进行递减计数。

实验结果：
实验过程中出现过很多错误，进行检查，多次连接电路，最终实验成功，计数器功能实现。

3、 对实验现象、数据及观察结果的分析与讨论：

要非常熟悉各元器件的功能，以及各元器件连在一起又能实现什么功能，对结果进行猜测，最后看自己猜测的与得出的结果是否一样，从而使自己的实验结果猜想能力得到提高；
实验现象与正确的结果不一样，查看电路是否连接错误，发现有一根线掉了，连接起来后，现象正确；
出现不同的现象与结果，因为不同的电路连接能够实现不同的功能；
测试电路，测试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应检查电路各部分的接线是否正确，检查电源、地线、信号线、元器件的引脚之间有无短路，器件有无接错。再接入电路所要求的电源电压，观察电路中各部分器件有无异常现象。如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。

4、 结论：
本实验主要通过模块化思想，逐步实现设计所需达到的功能要求：
时钟模块为减计数提供一个频率为1Hz的脉冲信号，从而实现计数器计数间隔为1秒钟；
计数、译码显示模块主要是为了达到能显示减计数功能；
报警模块是为了实现当减计数到零时发出光电报警信号；
控制模块主要是为了实现计时器的启动、直接清零和暂停/连续功能，其中在直接清零时，由外控制开关控制译码器消隐端，从而可以实现显示译码器灭灯；通过暂停/连续开关从而实现断点计时功能。实验成功。
5、实验总结
1） 、本次实验成败之处及其原因分析：
失败之处：
电路连接过程中出现错误，线连接出错，把接地和接电压的线路弄错，电路没有实现计数功能。
原因分析：
①实验之前没有认真的预习实验内容，导致对各元器件的功能还不太熟悉；
②电路线路连接太混乱，连接紧密，以及线路交叉的地方太多，导致线路连接中最终出错，把接地的线和接电压的线弄混。
成功之处：
各模块电路都连接正确，只有少数线连接错误，但是经过检查都得到纠正。
原因分析：
①思路清晰，进行分模块连接电路；
②遇到问题及时解决，请教老师和同学。
2）、本实验的关键环节及改进措施：
①做好本实验需要把握的关键环节：
a、 需要提前设计好实验方案；
b、 必须非常熟悉各元器件的功能，以及与门，与非门的设计；
c、 多查阅相关的电路设计，参照一下别人的设计。

②若重做本实验，为实现预期效果，仪器操作和实验步骤应如何改善：
a、实验之前一定要理清思路，然后再进行电路连接；
b、一定要先检查用到的实验元器件是否完好；
c、严格按照设计方案进行实验，按模块进行电路连接。

3） 、对实验的自我评价：
每次实验都面临一个最大的问题:对课本的知识掌握不够充分,结果在进行实验的时候就花了很多时间在查找资料、进行修改、查找这些了错误。这些告诉我以后要及时对课本的内容进行复习,这样才能取得更大的进步。独自思考能能力不强。

指导老师评语及得分：

签名：
年 月 日