【正文】 位數(shù)碼管顯示。要求行車時，計費值每公里刷新一次；等候時每10分鐘刷新一次；行車不到1km或等候不足10分鐘則忽略計費。二、設計方案方案1 采用計數(shù)器電路為主實現(xiàn)自動計費。分別將行車里程、等候時間都按相同的比價轉換成脈沖信號，然后對這些脈沖進行計數(shù)，而起價可以通過預置送入計數(shù)器作為初值，如圖1的原理框圖所示。行車里程計數(shù)電路每行車1km輸出一個脈沖信號，啟動行車單價計數(shù)器輸出與單價對應的脈沖數(shù)，則設計一個一百八十進制計數(shù)器，每公里輸出180個脈沖到總費計數(shù)器。等候時間計數(shù)器將來自時鐘電路的秒脈沖作六百進制計數(shù)，得到10分鐘信號，用10分鐘信號控制一個一百五十進制計數(shù)器（等候10分鐘單價計數(shù)器）向總費計數(shù)器輸入150個脈沖。這樣，總費計數(shù)器根據(jù)起步價所置的初值，加上里程脈沖、等候時間脈沖即可得到總的用車費用。圖1 出租車計費器原理框圖一上述方案中，如果將里程單價計數(shù)器和10分鐘等候單價計數(shù)器用比例乘法器完成，則可以得到較簡練的電路。它將里程脈沖乘以單價比例系數(shù)得到代表里程費用的脈沖信號，等候時間脈沖乘以單位時間的比例系數(shù)得到代表等候時間的時間費用脈沖，然后將這兩部分脈沖求和。如果總費計數(shù)器采用BCD碼加法器，即利用每計滿1km的里程信號、每等候10分鐘的時間信號控制加法器加上相應的單價值，就能計算出用車費用。圖2 出租車計費器原理框圖二方案2 采用單片機為主實現(xiàn)自動計費。單片機具有較強的計算功能，以8位MCS51系列的單片機89C51加上外圍電路同樣能方便地實現(xiàn)設計要求。電路框圖如圖2所示方案3 采用VHDL編程，用FPGA/CPLD制作成“自動計費器”的專用集成電路芯片ASIC，加上少數(shù)外圍電子元件，即能實現(xiàn)設計要求。將各種方案進行比較，根據(jù)設計任務的要求，各方案的優(yōu)缺點、設計制作所具備的條件，任選其中的一種方案作具體設計。本例作為傳統(tǒng)電子設計方法的實例，采用方案1實現(xiàn)。三、各單元電路設計1. 里程計費電路設計圖3 里程計費電路里程計費電路如圖3所示。安裝在與汽車輪相接的渦輪變速器上的磁鐵使干簧繼電器在汽車每前進10m閉合一次，即輸出一個脈沖信號。汽車每前進1km則輸出100個脈沖。此時，計費器應累加1km的計費單價。在圖3中，干簧繼電器產生的脈沖信號經施密特觸發(fā)器整形得到CP0。CP0送入由兩片74HC161構成的一百進制計數(shù)器，當計數(shù)器計滿100個脈沖時，一方面使計數(shù)器清0，另一方面將基本RS觸發(fā)器的Q1置為1，使74HC161（3）和（4）組成的一百八十進制計數(shù)器開始對標準脈沖CP1計數(shù)，計滿180個脈沖后，使計數(shù)器清0。RS觸發(fā)器復位為0，計數(shù)器停止計數(shù)。在一百八十進制計數(shù)器計數(shù)期間，由于Q1=1，則P2=/CP1，使P2端輸出180個脈沖信號，代表每公里行車的里程計費，稱為脈沖當量。2．等候時間計費電路圖4 等候時間計費電路等候時間計費電路如圖4所示，由74HC161（1）、（2）、（3）構成的六百進制計數(shù)器對秒脈沖CP2作計數(shù)，當計滿一個循環(huán)時也就是等候時間滿10分鐘。一方面對六百進制計數(shù)器清0，另一方面將基本RS觸發(fā)器置為1，啟動74HC161（4）和（5）構成的一百五十進制計數(shù)器（10分鐘等候單價）開始計數(shù)，計數(shù)期間同時將脈沖從P1輸出。在計數(shù)器計滿10分鐘等候單價時將RS觸發(fā)器復位為0，停止計數(shù)。從P1輸出的脈沖數(shù)就是每等候10分鐘輸出150個脈沖，，等候計時的起始信號由接在74HC161（1）的手動開關給定。、鎖存、顯示電路如圖5所示，其中計數(shù)器由4位BCD碼計數(shù)器74LS160構成，對來自里程計費電路的脈沖P2和來自等候時間的計費脈沖P1進行十進制計數(shù)。計數(shù)器所得到的狀態(tài)值送入由2片8位鎖存器74LS273構成的鎖存電路鎖存，然后由七段譯碼器74LS48譯碼后送到共陰數(shù)碼管顯示。圖5 計數(shù)、鎖存、顯示電路計數(shù)、譯碼、顯示電路為使顯示數(shù)碼不閃爍，需要保證計數(shù)、鎖存和計數(shù)器清零信號之間正確的時序關系，如圖6所示。由圖6的時序結合圖5的電路可見，在Q2或Q1為高電平1期間，計數(shù)器對里程脈沖P2或等候時間脈沖P1進行計數(shù)，當計數(shù)完1km脈沖（或等候10分鐘脈沖）則計數(shù)結束?，F(xiàn)在應將計數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273中以便進行譯碼顯示，鎖存信號由74LS123（1）構成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)，當Q1或Q2由1變0時啟動單穩(wěn)電路延時而產生一個正脈沖，這個正脈沖的持續(xù)時間保證數(shù)據(jù)鎖存可靠。鎖存到74LS273中的數(shù)據(jù)由74LS48譯碼后，在顯示器中顯示出來。只有在數(shù)據(jù)可靠鎖存后才能清除計數(shù)器中的數(shù)據(jù)。因此，電路中用74LS123（2）設置了第二級單穩(wěn)電路，該單穩(wěn)電路用第一級單穩(wěn)輸出脈沖的下跳沿啟動，經延時后第二級單穩(wěn)的輸出產生計數(shù)器的清零信號。這樣就保證了“計數(shù)—鎖存—清零”的先后順序，保證計數(shù)和顯示的穩(wěn)定可靠。圖6 計數(shù)、鎖存清零信號的時序圖圖中的S2為上電開關，能實現(xiàn)上電時自動置入起步價目，S3可實現(xiàn)手動清零。其中，小數(shù)點為固定位置。4. 時鐘電路時鐘電路提供等候時間計費的計時基準信號，同時作為里程計費和等候時間計費的單價脈沖源，電路如圖7所示。圖7 時鐘電路在圖7中，555定時器產生1kHZ的矩形波信號，經74LS90組成的3級十分頻后，得到1Hz的脈沖信號，可作為計時的基準信號。同時，可選擇經分頻得到的500Hz脈沖作為CP1的計數(shù)脈沖。也可采用頻率穩(wěn)定度更高的石英晶體振蕩器。5. 置位電路和脈沖產生電路的設計在數(shù)字電路的設計中，常常還需要產生置位、復位的信號，如SD、RD。這類信號分高電平有效、低電平有效兩種。由于實際電路在接通電源瞬間的狀態(tài)往往是隨機的，需要通過電路自動產生置位、復位電平使之進入預定的初始狀態(tài)，如前面設計中的圖5，其中S2就是通過上電實現(xiàn)計數(shù)器的數(shù)據(jù)預置。圖8表示了幾種上電自動置位、復位或置數(shù)的電路。圖8 開機置位、復位和置數(shù)命令產生電路在圖（a）中，當S接通電源時，由于電容C兩端電壓不能突變仍為零，使RD為0，產生Q置0的信號。此后，C被充電使C兩端的電壓上升到RD為1時，D觸發(fā)器進入計數(shù)狀態(tài)。圖（b）則由于非門對開關產生的信號進行了整形而得到更好的負跳變波形。圖（c）和圖（d）中的CC4013是CMOS雙D觸發(fā)器，這類電路置位和復位信號是高電平有效，由于開關閉合時電容可視為短路而產生高電平，使RD=1，Q=0；若將此信號加到SD，則SD=1，Q=1。置位、復位過后，電容充電而使RD（SD）變?yōu)?，電路可進入計數(shù)狀態(tài)。圖（e）是用開關電路產生點動脈沖，每按一次開關產生一個正脈沖，使觸發(fā)器構成的計數(shù)器計數(shù)1次；圖（f）是用開關電路產生負脈沖，每按一次開關產生一個負脈沖。四、電路的安裝與調試數(shù)字電路系統(tǒng)的設計完成后，一個重要的步驟是安裝調試。這一步是對設計內容的檢驗，也是設計修改的實踐過程，是理論知識和實踐知識綜合應用的重要環(huán)節(jié)。安裝調試的目標是使設計電路滿足設計的功能和性能指標，并且具有系統(tǒng)要求的可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾能力。這里簡要敘述安裝調試數(shù)字電路的幾個步驟。（1） 檢測電路元件最主要的電路元件是集成電路，常用的檢測方法是用儀器測量、用電路實驗或用替代方法接入已知的電路中。集成電路的檢測儀器主要用集成電路測試儀，還可用數(shù)字電壓表作簡易測量。實驗電路則模擬現(xiàn)場應用環(huán)境測試集成芯片的功能。替代法測試必須具備已有的完好工作電路，將待測元件替代原有器件后觀察工作情況。除集成電路芯片外，還應檢測各種準備接入的其他各種元件，如三極管、電阻、電容、開關、指示燈、數(shù)碼管等。應確信元件的功能正確、可靠才能裝入電路安裝。（2） 電路安裝數(shù)字電路系統(tǒng)在設計調試中，往往是先用面包板進行試裝，只有試裝成功，經調試確定各種待調整的參數(shù)合適后，才考慮設計成印制電路。試裝中，首先要選用質量較好的面包板，使各接插點和接插線之間松緊適度。安裝中的問題往往集中在接插線的可靠性上，特別需要引起注意。安裝的順序一般是按照信號流向的順序，先單元后系統(tǒng)、邊安裝邊測試的原則進行。先安裝調試單元電路或子系統(tǒng)，在確定各單元電路或子系統(tǒng)成功的基礎上，逐步擴大電路的規(guī)模。各單元電路的信號連接線最好有標記，如用特別顏色的線，以便能方便斷開進行測試。（3） 系統(tǒng)調試系統(tǒng)調試試將安裝測試成功的各單元連接起來，加上輸入信號進行調試，發(fā)現(xiàn)問題則先對故障進行定位，找出問題所在的單元電路。一般采用故障現(xiàn)象估測法（根據(jù)故障情況估計問題所在位置）、對分法（將故障大致所在部分的電路對分成兩部分，逐一查找）、對比法（將類型相同的電路部分進行對比或對換位置）等。系統(tǒng)測試一般分靜態(tài)測試和動態(tài)測試。靜態(tài)測試時，在各輸入端加入不同電平值，加高電平（一般接1千歐以上電阻到電源）、低電平（一般接地）后，用數(shù)字萬用表測量電路各主要點的電位，分析是否滿足設計要求。動態(tài)測試時，在各輸入端接入規(guī)定的脈沖信號，用示波器觀察各點的波形，分析它們之間的邏輯關系和延時。除了調試電路的正常工作狀態(tài)外，另外特別要注意調試初始狀態(tài)、系統(tǒng)清零、預置等功能，檢查相應的開關、按鍵、撥盤是否可靠，手感是否正常。47