出租車計費器_數(shù)字電子課程設(shè)計

1、0河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院 數(shù)電課程設(shè)計 題題 目：目： 出租車計費器出租車計費器 姓姓 名：名： 丁丁 航航 學(xué)學(xué) 號：號： 1116303050 專專 業(yè)：業(yè)： 11 電氣八班電氣八班 指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師: 蘇蘇 玉玉 娜娜 日日 期：期： 2013.06.25 1摘 要隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對出租車計費器的要求也越來越高。該系統(tǒng)主要是使用Multisim10 進(jìn)行設(shè)計，運用計數(shù)器、加法器等進(jìn)行電路設(shè)計與仿真。論文內(nèi)容介紹了出租車計費器系統(tǒng)的組成及工作原理，簡述了用數(shù)字電子器件構(gòu)成該數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計思想和實現(xiàn)過程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： Multisim10 計數(shù)器 出租車計

2、費器 2目錄第第 1 章章 設(shè)計指標(biāo)設(shè)計指標(biāo).31.1 設(shè)計目的和意義.31.1.1 目的.31.1.2 意義.3第第 2 章章 器件選擇及部分功能簡介器件選擇及部分功能簡介 3 2.1 器件選擇 3 2.2 部分功能簡介 42.2.1 555 定時器 4 2.2.2 71LS160 4第第 3 章章 各單元電路設(shè)計各單元電路設(shè)計.43.1 里程計費電路設(shè)計.43.2 等候時間計費電路 53.3 計數(shù)、鎖存、顯示電路.53.4 時鐘電路.73.5 置位電路和脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計.7第第 4 章章 總體框圖總體框圖 8 4.1 總體框圖 9第第 5 章章 總結(jié)總結(jié).115.1 結(jié)論.115.2 優(yōu)

3、點與不足.125.3 心得與體會.12第第 6 章章 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).123第 1 章 設(shè)計指標(biāo)1.1 設(shè)計目的和意義1.1.1 目的目的1. 自動計費器具有行車?yán)锍逃嬞M、等候時間計費和起步費三部分，三項計費統(tǒng)一用 4位數(shù)碼管顯示，最大金額為 99.99 元。2. 行車?yán)锍虇蝺r設(shè)為 1.80 元/km，等候時間計費設(shè)為 1.5 元/10 分鐘，起步費設(shè)為 8.00元。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。3. 在啟動和停車時給出聲音提示。1.1.2 意義意義在我們是生活中，乘坐出租車是再常見不過的了，因此人們對出租

4、車計費問題也是非常的敏感的。隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對出租車計費器的要求也越來越高，用戶不僅要求計費器性能穩(wěn)定，計費準(zhǔn)確，有防作弊功能；同時還要求其具有車票資料打印 、卡付費、語音報話、和電腦串行通信等功能。因此出租車計費器在我們的生活中也是很重要的。4第 4 章 總體框圖4.1 總體框圖圖 9 出租車計費器原理框圖分別將行車?yán)锍?、等候時間都按相同的比價轉(zhuǎn)換成脈沖信號，然后對這些脈沖進(jìn)行計數(shù)，而起價可以通過預(yù)置送入計數(shù)器作為初值，如圖 1 的原理框圖所示。行車?yán)锍逃嫈?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(yīng)的脈沖數(shù)，例如單價是 1.80 元/km，則設(shè)計一個一百八十

5、進(jìn)制計數(shù)器，每公里輸出 180 個脈沖到總費計數(shù)器，即每個脈沖為 0.01 元。等候時間計數(shù)器將來自時鐘電路的秒脈沖作六百進(jìn)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(jìn)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。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。5第

6、3 章 各單元電路設(shè)計3.1 里程計費電路設(shè)計RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)11&111/Q1Q1CP1&P2RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1&11CP0&R11MNS+VCC74LS00圖 3 里程計費電路里程計費電路如圖 2 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(jìn) 10m 閉合一次，即輸出一個脈沖信號。

7、汽車每前進(jìn) 1km 則輸出 100 個脈沖。此時，計費器應(yīng)累加 1km 的計費單價，本電路設(shè)為 1.80 元。在圖 3 中，干簧繼電器產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)施密特觸發(fā)器整形得到 CP0。CP0 送入由兩片 74HC161 構(gòu)成的一百進(jìn)制計數(shù)器，當(dāng)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(jìn)制計數(shù)器開始對標(biāo)準(zhǔn)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(fù)位為 0，計數(shù)器停止計數(shù)。在一百八十進(jìn)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

8、信號，代表每公里行車的里程計費，即每個脈沖的計費是 0.01 元，稱為脈沖當(dāng)量。63.2 等候時間計費電路RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)11&111/Q2Q2CP1&P1RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1&1560+5VRDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1CP2S1圖 4 等候時間計費電路等候時間計費電路如圖

9、 3 所示，由 74HC161（1） 、 （2） 、 （3）構(gòu)成的六百進(jìn)制計數(shù)器對秒脈沖 CP2 作計數(shù)，當(dāng)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(jìn)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(gòu)成的一百五十進(jìn)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(fù)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，表示單價為 1.50 元，即脈沖當(dāng)量為 0.01 元，等候計時的起始信號由接在 74HC161（1）的手動開關(guān)給定。3.

10、3 計數(shù)、鎖存、顯示電路如圖 4 所示，其中計數(shù)器由 4 位 BCD 碼計數(shù)器 74LS160 構(gòu)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(jìn)行十進(jìn)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(gòu)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。7Q0Q1Q2Q3ETCRD C BEP74LS160LDA顯顯示示器器7 74 4L LS S4 48 8( (4 4) )7 74 4L LS S4 48 8( (3 3) )74LS273(2)8Q5Q6Q7Q4Q3Q 2Q1Q8D 7D3D4D5D6D1D2DCPQ0

11、Q1Q2Q3ETCR D C BEP74LS160LDAQCCQ0Q1Q2Q3ETCRD C BEP74LS160LDA7 74 4L LS S4 48 8( (4 4) )7 74 4L LS S4 48 8( (3 3) )74LS273(2)8Q5Q6Q7Q4Q3Q 2Q1Q8D 7D3D4D5D6D1D2DCPQ0Q1Q2Q3ETCR D C BEP74LS160LDAQCCBS2024譯譯碼碼器器鎖鎖存存器器計計數(shù)數(shù)器器1 1QCC0 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0S2+5V10K4.7F+74LS

12、123(1)Rext Vcc 1Q 1/Q1A1B1/RDCext4.7F+5V74LS123(1)Rext Vcc2/Q2A2B2/RDCext4.7F+5V10K10K&S3+5V3.3K邏邏輯輯控控制制電電路路1 1Q1Q2+5V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(guān)系，如圖 4 所示。由圖 4 的時序結(jié)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(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)完 1km 脈沖（或等候 10 分鐘脈沖）則計數(shù)結(jié)束?，F(xiàn)在應(yīng)將計數(shù)器的數(shù)據(jù)鎖

13、存到 74LS273 中以便進(jìn)行譯碼顯示，鎖存信號由 74LS123（1）構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)，當(dāng) Q1 或 Q2 由 1 變 0 時啟動單穩(wěn)電路延時而產(chǎn)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(shè)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(jīng)延時后第二級單穩(wěn)的輸出產(chǎn)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。8P1(或或P2)Q1(或或Q2)單單穩(wěn)穩(wěn)電電路路2Q單單穩(wěn)

14、穩(wěn)電電路路1Q計計數(shù)數(shù)鎖鎖存存清清零零圖 6 計數(shù)、鎖存清零信號的時序圖圖中的 S2 為上電開關(guān)，能實現(xiàn)上電時自動置入起步價目，S3 可實現(xiàn)手動清零，使計費顯示為 00.00。其中，小數(shù)點為固定位置。3.4 時鐘電路時鐘電路提供等候時間計費的計時基準(zhǔn)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 6 所示。555512384Vcc760.01F0.1F5.1K2K10K74LS90(1)Q0Q3/CPA /CPBR0(1) R9(1)1KHz500Hz74LS90(2)Q0Q3/CPA /CPBR0(1) R9(1)10Hz74LS90(3)Q0Q3/CPA /CPBR0(1) R

15、9(1)1Hz圖 7 時鐘電路在圖 6 中，555 定時器產(chǎn)生 1kHZ 的矩形波信號，經(jīng) 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(zhǔn)信號。同時，可選擇經(jīng)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。3.5 置位電路和脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計在數(shù)字電路的設(shè)計中，常常還需要產(chǎn)生置位、復(fù)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(jī)的，需要通過電路自動產(chǎn)生置位、復(fù)位電平使之進(jìn)入預(yù)定的初始狀態(tài)，如前面設(shè)計中的圖 4，其中 S2就是通過上電實現(xiàn)計數(shù)器的數(shù)據(jù)預(yù)置。圖

16、7 表示了幾種上電自動置位、復(fù)位或置數(shù)的電路。974LS74CPRDQ/Q+5VS10K4.7F+74LS74CPRDQ/Q+5VS10K4.7FCC4013CPRDQ/Q+5VS10K4.7F1（a）（b）（c）CC4013CPRDQ/Q1（d）+5VS10K4.7F74LS74CPRDQ/Q（e）+5V560S74LS74CPRDQ/Q（f）+5V560S圖 8 開機(jī)置位、復(fù)位和置數(shù)命令產(chǎn)生電路在圖（a）中，當(dāng) S 接通電源時，由于電容 C 兩端電壓不能突變?nèi)詾榱?，?RD為 0，產(chǎn)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(jìn)入計數(shù)狀態(tài)。圖

17、（b）則由于非門對開關(guān)產(chǎn)生的信號進(jìn)行了整形而得到更好的負(fù)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(fù)位信號是高電平有效，由于開關(guān)閉合時電容可視為短路而產(chǎn)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(fù)位過后，電容充電而使 RD（SD）變?yōu)?0，電路可進(jìn)入計數(shù)狀態(tài)。圖（e）是用開關(guān)電路產(chǎn)生點動脈沖，每按一次開關(guān)產(chǎn)生一個正脈沖，使觸發(fā)器構(gòu)成的計數(shù)器計數(shù) 1 次；圖（f）是用開關(guān)電路產(chǎn)生負(fù)脈沖，每按一次開關(guān)產(chǎn)生一個負(fù)脈沖10第 2 章 器件選擇及部分功能簡介2.1 器件選擇2.2 部分功能簡介2.2.1 555 定

18、時器定時器555 芯片是定時器,，是一種將數(shù)字功能和模擬功能集為一體的中規(guī)模集成電路。它的結(jié)構(gòu)比較簡單，使用卻非常靈活，也很方便，可以用它構(gòu)成多諧波振蕩器、施密特觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器等。用 555 定時器構(gòu)成的各種電路，都是通過定時控制，實現(xiàn)信號的產(chǎn)生與變換，從而完成其他控制功能，555 定時器可以由 TTL 電路或 CMOS 電路構(gòu)成。它是一種能產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號的控制電路。只要在外部配上幾個適當(dāng)?shù)碾娮柙?，就元器件名稱數(shù)量備注555 定時器2構(gòu)成脈沖電路160 計數(shù)器10十進(jìn)制計數(shù)器163 計數(shù)器1十六進(jìn)制計數(shù)器Spst 單擲開關(guān)1控制起價電路Spdt 雙擲開關(guān)2控制行程里程、等候

19、時間電路或非門2控制總電路電容63 個 0.1UF 3 個 0.01 UF 電源電壓 vcc15四位顯示器1顯示數(shù)字電阻6滑動變阻器22 ohm與非門2控制總電路11可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器以及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與整形電路，在工業(yè)自動控制，定功能時，仿聲和防盜報警等方面有廣泛的應(yīng)用。圖 1 555 定時器的內(nèi)部原理圖及邏輯符號輸入輸出閾值輸入端6觸發(fā)輸入端 2復(fù)位端 4輸出端 3放電管 T 端 700導(dǎo)通2/3Vcc2/3Vcc1/3Vcc10導(dǎo)通1/3Vcc1不變不變表 1 555 定時器功能表122.2.2 74LS16074LS160 為十進(jìn)制計數(shù)器，直接清零。 74LS16

20、0 的預(yù)置是同步的。當(dāng)置入控制器/PE 為低電平時，在 CP 上升沿作用下，輸出端 Q0-Q3 與數(shù)據(jù)輸入端 P0-P3 一致。對于 54/74160，當(dāng) CP 由低至高跳變或跳變前，如果計數(shù)器控制端 CEP、CET 為高電平，則/PE 應(yīng)避免由低至高電平的跳變，而 54/74LS160 無此種限制。 74LS160 的計數(shù)是同步的，靠 CP 同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。 當(dāng) CEP、CET 均為高電平時，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。對于 54/74LS160 的 CEP、CET 跳變與 CP 無關(guān)。 74LS160 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計數(shù)溢出時，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個高電平脈沖，其寬度為 Q0 的高電平部分。 在不外加門電路的情況下，可級聯(lián)成 N 位同步計數(shù)器。 對于 54/74LS160，在 CP 出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR 發(fā)生變化，電