數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
——出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)
目錄
一、 實(shí)驗(yàn)要求 - 1 -
1． 基礎(chǔ)功能部分 - 1 -
2． 進(jìn)階功能部分 - 1 -
3． 發(fā)散功能部分 - 1 -
二、 實(shí)驗(yàn)分析 - 2 -
1． 電路實(shí)現(xiàn)要求分析 - 2 -
2． 仿真說明 - 4 -
1) 開關(guān)功能介紹 - 4 -
2) 程序啟動介紹 - 5 -
3) 程序顯示介紹 - 5 -
三、 電路設(shè)計(jì)和分析 - 7 -
1． 行駛時(shí)間模塊設(shè)計(jì) - 7 -
2． 行駛里程模塊設(shè)計(jì) - 7 -
3． 低速行駛費(fèi)模塊 - 8 -
1) 控制部分 - 8 -
2) 計(jì)數(shù)部分 - 8 -
3) 十進(jìn)制加法器 - 9 -
4． 普通行駛費(fèi)用模塊 - 10 -
1) 3公里以內(nèi)控制模塊 - 10 -
2) 起步價(jià)控制模塊 - 11 -
5． 總行駛費(fèi)用模塊 - 12 -
四、 實(shí)驗(yàn)總結(jié) - 14 -
五、 附錄 - 16 -
1． 元器件數(shù)目 - 16 -
2． 程序圖 - 16 -
一、實(shí)驗(yàn)要求1．基礎(chǔ)功能部分
1) 該實(shí)驗(yàn)的行車部分要求實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)間、里程數(shù)、價(jià)格三方面。
2) 能夠區(qū)分普通搭乘，預(yù)約搭乘，合乘等不同情況。
3) 行車結(jié)束后顯示總價(jià)。
2．進(jìn)階功能部分
1) 增加顯示表，顯示高峰期低速行駛費(fèi)用。
2) 增加顯示表，顯示普通時(shí)段低速行駛費(fèi)用。
3) 增加顯示表，顯示低速行駛總費(fèi)用。
3．發(fā)散功能部分
二、實(shí)驗(yàn)分析1．電路實(shí)現(xiàn)要求分析
根據(jù)Project里面關(guān)于計(jì)程車花費(fèi)的明細(xì)，我們組首先列出了一張表，代表出租車不同時(shí)段的起步價(jià)。
同時(shí)，為了簡便計(jì)數(shù)，我們將出租車的行駛簡化成了脈沖的輸入，一個(gè)脈沖的輸入代表出租車行駛500m，同時(shí)一公里的價(jià)格改成2元，即每個(gè)脈沖增加1元。 我們用開關(guān)來模擬是否高峰期和低速行駛。 普通時(shí)段低速行駛每5分鐘加收2元，高峰期低速行駛每5分鐘加收5元，下面是收費(fèi)的明細(xì)表。 下面是關(guān)于電路的整體模塊劃分：
1) 行駛時(shí)間模塊
該部分我們采用6塊74160芯片組成一個(gè)時(shí)、分、秒的時(shí)間顯示器，對于分和秒，我們都用2塊74160組成一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，用來顯示時(shí)間。
2) 行駛里程模塊
里程部分我們記單位為km，便于顯示和統(tǒng)計(jì)。
我們采用2塊74160進(jìn)行顯示，對于每一個(gè)脈沖，我們記為500m，即每2個(gè)脈沖計(jì)數(shù)加1。
3) 低速形式費(fèi)用模塊
該部分我們采用開關(guān)來控制是否是低速行駛階段。
同時(shí)來判斷是高峰期低速行駛還是普通時(shí)段，對于高峰期時(shí)段和普通時(shí)段，我們分別采用一個(gè)74160來計(jì)數(shù)，同時(shí)將計(jì)數(shù)顯示出來。將顯示時(shí)間部分的分鐘部分的進(jìn)位來當(dāng)作這部分的CLOCK，當(dāng)計(jì)數(shù)到5，即5分鐘的時(shí)候，計(jì)數(shù)加5，通過一個(gè)74283加法器來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)這部分的顯示，各位采用了74175的鎖存器，因?yàn)檫@部分是進(jìn)行跳變的，十位部分我采用了一個(gè)74160進(jìn)行計(jì)數(shù)，每2個(gè)CLOCK計(jì)數(shù)加1，同時(shí)對鎖存器清零。這樣就達(dá)到了顯示非連續(xù)數(shù)字的目的。
4) 行駛總費(fèi)用模塊
該部分費(fèi)用其實(shí)就是低速行駛費(fèi)加上普通行駛費(fèi)，所以我采用了74283的加法器來對這兩部分進(jìn)行相加同時(shí)輸出。
2．仿真說明1) 開關(guān)功能介紹
各開關(guān)功能介紹表
表示含義
D閉合，出租車低速行駛。
D打開，出租車正常行駛。
E開關(guān)打到上面，表示出租車處于高峰期。此時(shí)的費(fèi)用為每5分鐘多收5元。(如左圖)
E開關(guān)打到下面，表示出租車處于普通時(shí)段。此時(shí)的費(fèi)用為每5分鐘多收2元。（如左圖）
開關(guān)S，設(shè)置起步價(jià)初始值的十位。
開關(guān)K，控制出租車是否行駛，同時(shí)控制初始值。
開關(guān)A,B,C,設(shè)置起步價(jià)。
A設(shè)置起步價(jià)13。
B設(shè)置起步價(jià)18。
C設(shè)置起步價(jià)19。（左圖為開關(guān)B）
2) 程序啟動介紹
在運(yùn)行程序之前，首先選擇起步價(jià)，即13（開關(guān)A），18（開關(guān)B），19（開關(guān)C），注意每次只能選擇一個(gè)起步價(jià)，否則程序?qū)o法運(yùn)行。然后運(yùn)行程序，先按一下開關(guān)K，迅速按下開關(guān)S，以設(shè)置起步價(jià)初始值，此時(shí)顯示的價(jià)格是初始設(shè)置的價(jià)格，當(dāng)里程數(shù)大于3時(shí)，該價(jià)格開始增加。
運(yùn)行過程中，按下開關(guān)E，來切換低速行駛時(shí)的時(shí)間段，一共有2種，一種是高峰期的計(jì)數(shù)，一種是普通時(shí)段的計(jì)數(shù)。具體情況請見上表。
3) 程序顯示介紹
該程序一共有6大顯示模塊，請見下圖。
注：由于低速行駛分為兩個(gè)時(shí)間段，所以顯示部分（右上角）也分為2部分，左邊部分為高峰期時(shí)低速行駛費(fèi)用，右邊部分為普通時(shí)間段時(shí)低速行駛費(fèi)用。
三、電路設(shè)計(jì)和分析1． 行駛時(shí)間模塊設(shè)計(jì)
該部分接500kHz的脈沖，同時(shí)采用6塊74160進(jìn)行顯示，對于分鐘和秒鐘，我們將它接成一個(gè)60進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，即十位的進(jìn)位到6即清零，將秒鐘十位的進(jìn)位信號接到分鐘個(gè)位的CLOCK上，將分鐘同秒鐘一樣處理，即可得到顯示行駛時(shí)間的功能。
（時(shí)間顯示模塊）
2．行駛里程模塊設(shè)計(jì)
該部分接500kHz的脈沖作為輸入，由于已經(jīng)做過簡化，模擬一個(gè)脈沖等于500m，同時(shí)里程計(jì)數(shù)我們只記錄km數(shù)，所以對于每2個(gè)脈沖，我們計(jì)數(shù)加1。該部分實(shí)現(xiàn)簡單，故不詳細(xì)敘述了。
（行駛里程計(jì)數(shù)）
3．低速行駛費(fèi)模塊1) 控制部分
對于低速行駛的控制部分，我們采用了開關(guān)來控制，用開關(guān)D來控制是否是低速行駛，當(dāng)開關(guān)D閉合時(shí)，則表示出租車處于低速行駛的范圍，同時(shí)判斷E開關(guān)的位置來判斷是否是高峰期。
具體開關(guān)情況請看上表。
2) 計(jì)數(shù)部分
該部分我們采用了總時(shí)間的分鐘脈沖作為輸入的CLOCK，當(dāng)脈沖輸入達(dá)到5時(shí)，此時(shí)我們對于2種不同的時(shí)段，我們采用不同的處理方法。
① 高峰期時(shí)段
對于高峰期，當(dāng)達(dá)到5分鐘的時(shí)候，我們給74175鎖存器一個(gè)脈沖，然后執(zhí)行74283加法器，將該數(shù)加5，然后由74175鎖存器鎖存住該數(shù)，然后輸出。當(dāng)計(jì)數(shù)到達(dá)10的時(shí)候，我們給鎖存器的CLR一個(gè)脈沖，讓鎖存器清零，給當(dāng)前時(shí)間計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)給作為十位的74160一個(gè)脈沖，即實(shí)現(xiàn)了5->10的跳變。
② 普通時(shí)段
對于普通時(shí)段，同樣的，當(dāng)打到5分鐘的時(shí)間時(shí)，我們給74175鎖存器一個(gè)脈沖，加法器加2，然后74175所存住該數(shù)，但是由于每次只執(zhí)行加2，需要5次才能達(dá)到10位進(jìn)位，所以這里多用了一個(gè)74160計(jì)數(shù)器，用來計(jì)數(shù)達(dá)到5分鐘時(shí)間的脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)打到5的時(shí)候，輸出一個(gè)脈沖給作為十位的74160，同時(shí)將當(dāng)前計(jì)數(shù)器和鎖存器都清零。即實(shí)現(xiàn)了8->10的跳變。
3) 十進(jìn)制加法器
該模塊主要是為了實(shí)現(xiàn)低速行駛費(fèi)的相加，由于低速行駛分為普通時(shí)段和高峰期，所以最后計(jì)數(shù)的時(shí)候需要對這部分費(fèi)用進(jìn)行相加，所以設(shè)計(jì)了一個(gè)十進(jìn)制加法器的模塊。
十進(jìn)制加法器主要利用74283芯片進(jìn)行，下面簡要說明一下個(gè)位相加的情況，十位百位同理。
我們這里只模擬個(gè)位相加，首先取兩個(gè)數(shù)的個(gè)位的4位2進(jìn)制碼，接到74283芯片的8個(gè)輸入管腳，然后將輸出接到7485的比較器上，判斷輸出的數(shù)字是否大于等于10，如果輸出為1（代表相加的數(shù)字大于等于10），則給十位數(shù)字一個(gè)脈沖，使十位的數(shù)加1，同時(shí)將輸出的數(shù)字再接到一個(gè)74283上，另外4個(gè)管腳接 ，即10的補(bǔ)碼。此時(shí)個(gè)位輸出的結(jié)果就是該數(shù)減去10的結(jié)果。
（10進(jìn)制加法器）
4．普通行駛費(fèi)用模塊
該模塊分為2部分，一部分是3公里以內(nèi)時(shí)時(shí)，費(fèi)用都為起步價(jià)，另一部分為大于3公里時(shí)，此時(shí)每公里費(fèi)用加2元，由于在里程模塊，我們模擬一個(gè)脈沖為500m，即2個(gè)脈沖為一公里，即2個(gè)脈沖加2元，那么相對于這個(gè)計(jì)價(jià)模塊，在里程數(shù)大于3公里時(shí)，每個(gè)脈沖計(jì)價(jià)加1元即可。
1) 3公里以內(nèi)控制模塊
對于3公里以內(nèi)的計(jì)價(jià)，我們采用的是一個(gè)7485比較器來比較個(gè)位的數(shù)字，首先判斷個(gè)位數(shù)字是否大于3，然后判斷十位數(shù)字是否全為0，因?yàn)槿绻幸粋�(gè)為1那么肯定已經(jīng)進(jìn)位，這個(gè)數(shù)字一定大于3。然后由兩者的與門輸出給計(jì)價(jià)器的load位，假設(shè)當(dāng)前里程小于3，那么load位會一直置位，而置位的結(jié)果就是起步價(jià)。所以該方法可以控制3公里以內(nèi)一直為起步價(jià)。
（判斷是否3公里以內(nèi)）
2) 起步價(jià)控制模塊
由于起步價(jià)分為3個(gè)檔次，所以這里由3種開關(guān)來控制，分別為開關(guān)A,B,C。
控制起步價(jià)的原理就是，給控制個(gè)位和十位費(fèi)用的74160芯片一個(gè)clock單脈沖，讓它置位，這樣就可以達(dá)到設(shè)置初始值的效果了。對于單脈沖，我這里是用一個(gè)VCC和Ground通過開關(guān)控制起來的
如圖，當(dāng)開關(guān)K向下閉合的時(shí)候，就產(chǎn)生了一個(gè)下降沿脈沖，此時(shí)74160置位，即顯示起步價(jià)。
對于置位的數(shù)字，我們將它分為2個(gè)部分，一個(gè)是十位，由于起步價(jià)的十位都是1，所以十位我們只需要置位為1即可。
對于個(gè)位，我們有3種選擇，3，8，9，對于每一種初始值，我們都采用了4個(gè)開關(guān)，分別控制4位2進(jìn)制的0和1，這樣就可以通過控制不同的開關(guān)來選擇不同的起步價(jià)了。
5．總行駛費(fèi)用模塊
該部分主要是將普通行駛費(fèi)用和低速行駛費(fèi)用相加，當(dāng)然采用上述的程序十進(jìn)制加法器即可完成，只是這里做的有點(diǎn)略微麻煩，因?yàn)榭傎M(fèi)用有3位，所以個(gè)位，十位，百位都有用到加法器，實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)麻煩，整個(gè)程序看起來有點(diǎn)亂的原因也是這個(gè)。
（總費(fèi)用相加模塊）
四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)
說實(shí)話，這個(gè)實(shí)驗(yàn)做的很累，就拿現(xiàn)在說，2014年1月2日 03:47:22，真是不可思議。
但是當(dāng)真正做下去的時(shí)候，就會很有感覺，怎么說呢，就像退役之前晚上11點(diǎn)30做比賽，一直到凌晨2點(diǎn)，那種廢寢忘食的感覺，遇到一道題不把他解出來就睡不著覺。我非常慶幸自己還沒有遺忘掉這種死磕一道題的感覺，就像這次的數(shù)電實(shí)驗(yàn)。
說起來有點(diǎn)坑隊(duì)友，由于之前一直忙于比賽，其實(shí)一直到上周六我才算正式忙完今年比賽的事情，之前雖然幫忙干了一些活，但是大部分還是隊(duì)友做的，我也很感激，但愿下次別再坑別人了。
這次數(shù)電實(shí)驗(yàn)，可以說收獲還是蠻大的吧，至少我覺得期末復(fù)習(xí)可以跳過第六章了，因?yàn)檎f實(shí)話這段時(shí)間，這些時(shí)序邏輯電路已經(jīng)玩的很熟了。其次，我覺得更重要的是，讓我懂得了數(shù)電和平時(shí)生活的聯(lián)系，我可以用數(shù)電的知識去做一個(gè)生活中很常見的東西了，雖然不是一個(gè)很大不了的東西，但是我覺得這才是學(xué)以致用的學(xué)習(xí)方法，學(xué)了一學(xué)期的東西，連學(xué)的東西干嘛用的都不知道，那是多么sad的一件事。
不過，我還是來說以下本次實(shí)驗(yàn)的不足之處吧。
1．總體上看，程序太亂了，可以說開始之前沒有一個(gè)很好的排版吧，導(dǎo)致最后處理的結(jié)果非常亂。
2．起步價(jià)控制那里略麻煩，這里其實(shí)已經(jīng)修改過很多次了，這已經(jīng)是其中算簡潔的方案了，但是還是有12個(gè)開關(guān)。而且控制初值那里又要按兩個(gè)開關(guān)，可以這么說，啟動非常麻煩。
3．總價(jià)輸出部分，那里也是改了很多次，一開始我是想直接把低速行駛部分的費(fèi)用直接加到普通行駛費(fèi)用那邊，這樣就不用多引出3個(gè)顯示來顯示加起來之后的總價(jià)了，但是由于普通行駛費(fèi)那邊使用的是74160，我還沒弄清楚怎么在這個(gè)個(gè)位加上一個(gè)5，所以就作罷，只能采取那種非常麻煩的方式。
4．沒有去發(fā)掘發(fā)散功能部分。
總的來說，這次數(shù)電實(shí)驗(yàn)還是很鍛煉人的，不僅僅是書本上的東西，更多的是團(tuán)隊(duì)之間的合作，兩個(gè)人的分工，如果分工不當(dāng)就很容易造成我現(xiàn)在一樣大半夜還在碼字。當(dāng)然這也很鍛煉人。
五、附錄1．元器件數(shù)目
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