数字电路实验项目计价器设计报告.docxVIP

一、项目概述

本实验项目旨在通过数字电路设计与搭建，实现一个功能基本完善的简易计价器。该计价器能够模拟常见计费场景，如基于时间或特定计量单位进行累计计费，并通过数码管直观显示当前费用。通过本项目的实践，旨在加深对数字逻辑电路设计方法、时序逻辑电路应用以及模块化电路集成的理解与掌握，提升综合运用所学知识解决实际问题的能力。

二、设计目标与功能需求

（一）核心设计目标

设计并实现一个基于数字集成电路的计价器，能够根据设定的计费规则（如起步价、单位时长/单位距离费用）进行自动计费，并清晰显示累计金额。

（二）主要功能需求

1.计费功能：具备基本的计时或计次功能，并能根据预设的单价进行费用累计。为简化设计，本计价器采用“计时计费”模式，即模拟出租车等按时间计费的场景，设定一个起步价，并在起步时间后，按固定时间间隔累加费用。

2.显示功能：通过数码管动态显示当前累计的费用金额，金额精确到小数点后一位（即角）。

3.清零功能：具备手动清零功能，以便在每次服务开始前将金额重置为零。

4.（可选）起步价设置：若电路复杂度允许，可考虑设置简单的起步价与单价调整接口，但本设计初期以固定参数为主。

三、总体设计方案

（一）方案构思

计价器的核心在于“计时”与“计费”的转换及累加。整体设计思路如下：

1.时钟信号产生：提供稳定的基准时钟，用于计时。

2.计时模块：对基准时钟进行计数，实现时间的累积。根据设计需求，需将计时单位转换为费用累加的触发信号（例如，每若干秒产生一个计费脉冲）。

3.费用计算与累加模块：接收计时模块产生的计费脉冲，按照预设的单价进行费用累加。起步价可通过预置初始值实现。

4.显示驱动模块：将累加得到的费用数值（通常为BCD码形式）转换为数码管的驱动信号，实现金额显示。

5.控制模块：主要实现清零控制，以及可能的启动/暂停控制。

（二）总体框图

（此处为文字描述的总体框图逻辑）

本计价器系统由以下几个主要模块构成：

*基准时钟源→提供计时基准脉冲。

*分频/计时单元→对基准时钟分频，获得所需的计时单位，并产生计费触发信号。

*计费累加单元→接收触发信号，进行费用的累加计算（含起步价预置）。

*BCD码锁存/译码驱动单元→锁存当前费用的BCD码，并译码驱动数码管显示。

*控制单元（清零）→接收外部清零信号，控制各计数、累加单元复位。

*数码管显示单元→直观显示费用金额。

四、单元电路设计

（一）基准时钟模块

时钟是数字系统的心脏。本设计可采用555定时器构成多谐振荡器，产生稳定的方波信号。

*核心芯片：NE555定时器。

*设计思路：通过外接电阻和电容，调整555定时器的振荡频率。例如，可设计产生周期为1秒的方波，作为基本计时单位。具体参数计算需根据555多谐振荡器公式进行：T=0.693*(R1+2*R2)*C。选择合适的R1、R2和C值，使输出频率满足设计要求。

（二）计时与计费触发模块

该模块负责将基准时钟转换为实际的计费间隔。例如，若设定起步价包含一定时长（如3分钟），之后每1分钟（或30秒）加收一定费用。

*核心芯片：十进制计数器（如74LS160/162）、与非门等。

*设计思路：

1.起步计时：可通过一个计数器对基准时钟（如1秒脉冲）进行计数，当计数值达到起步时长（如180秒）后，该计数器停止计数或发出信号，启动后续的累加计费。

2.计费间隔计时：另一个计数器（或同一个计数器在起步后切换计数模式）对基准时钟进行计数，当计满一个计费间隔（如60秒）时，产生一个计费脉冲，触发费用累加模块进行一次金额累加。

*（简化设计：若省略起步计时，直接从开始即按单位时间计费，则可简化为一个计数器，每计满N个基准时钟周期，产生一个计费脉冲。）

（三）费用计算与累加模块

此模块是计价器的核心，负责金额的计算与累加。

*核心芯片：BCD加法器（如74LS183/283）、寄存器（如74LS175/174）、预置数电路。

*设计思路：

1.起步价预置：系统上电或清零后，费用寄存器预置为起步价的BCD码。例如，起步价5元，则预置为01010（假设显示X.X元，整数位1位，小数位1位，此处简化为整数部分5元，小数部分0角）。

2.单位费用累加：当接收到来自计时模块的计费脉冲时，将当前费用寄存器中的值与单位费用（如1元/5角，用BCD码表示）通过BCD加法器相加，结果送回费用寄存器锁存。

*例如，单位费用为1元，则每次累加00010；若为0.5元，则累加00001010（需注意小数点位置和进制处理，此处可能需要对小数部分单独处理或采用合适的编码）。

*位数考虑：