出租車計(jì)費(fèi)器_數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)

1、0河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 題題 目：目： 出租車計(jì)費(fèi)器出租車計(jì)費(fèi)器 姓姓 名：名： 丁丁 航航 學(xué)學(xué) 號(hào)：號(hào)： 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(duì)出租車計(jì)費(fèi)器的要求也越來(lái)越高。該系統(tǒng)主要是使用Multisim10 進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用計(jì)數(shù)器、加法器等進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真。論文內(nèi)容介紹了出租車計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)的組成及工作原理，簡(jiǎn)述了用數(shù)字電子器件構(gòu)成該數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞： Multisim10 計(jì)數(shù)器 出租車計(jì)

2、費(fèi)器 2目錄第第 1 章章 設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)計(jì)指標(biāo).31.1 設(shè)計(jì)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(jiǎn)介器件選擇及部分功能簡(jiǎn)介 3 2.1 器件選擇 3 2.2 部分功能簡(jiǎn)介 42.2.1 555 定時(shí)器 4 2.2.2 71LS160 4第第 3 章章 各單元電路設(shè)計(jì)各單元電路設(shè)計(jì).43.1 里程計(jì)費(fèi)電路設(shè)計(jì).43.2 等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路 53.3 計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路.53.4 時(shí)鐘電路.73.5 置位電路和脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì).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(diǎn)與不足.125.3 心得與體會(huì).12第第 6 章章 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).123第 1 章 設(shè)計(jì)指標(biāo)1.1 設(shè)計(jì)目的和意義1.1.1 目的目的1. 自動(dòng)計(jì)費(fèi)器具有行車?yán)锍逃?jì)費(fèi)、等候時(shí)間計(jì)費(fèi)和起步費(fèi)三部分，三項(xiàng)計(jì)費(fèi)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(jià)設(shè)為 1.80 元/km，等候時(shí)間計(jì)費(fèi)設(shè)為 1.5 元/10 分鐘，起步費(fèi)設(shè)為 8.00元。要求行車時(shí)，計(jì)費(fèi)值每公里刷新一次；等候時(shí)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(jì)費(fèi)。3. 在啟動(dòng)和停車時(shí)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(guò)的了，因此人們對(duì)出租

4、車計(jì)費(fèi)問(wèn)題也是非常的敏感的。隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)出租車計(jì)費(fèi)器的要求也越來(lái)越高，用戶不僅要求計(jì)費(fèi)器性能穩(wěn)定，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確，有防作弊功能；同時(shí)還要求其具有車票資料打印 、卡付費(fèi)、語(yǔ)音報(bào)話、和電腦串行通信等功能。因此出租車計(jì)費(fèi)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(jì)費(fèi)器原理框圖分別將行車?yán)锍?、等候時(shí)間都按相同的比價(jià)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，然后對(duì)這些脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，而起價(jià)可以通過(guò)預(yù)置送入計(jì)數(shù)器作為初值，如圖 1 的原理框圖所示。行車?yán)锍逃?jì)數(shù)電路每行車 1km 輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，啟動(dòng)行車單價(jià)計(jì)數(shù)器輸出與單價(jià)對(duì)應(yīng)的脈沖數(shù)，例如單價(jià)是 1.80 元/km，則設(shè)計(jì)一個(gè)一百八十

5、進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每公里輸出 180 個(gè)脈沖到總費(fèi)計(jì)數(shù)器，即每個(gè)脈沖為 0.01 元。等候時(shí)間計(jì)數(shù)器將來(lái)自時(shí)鐘電路的秒脈沖作六百進(jìn)制計(jì)數(shù)，得到 10分鐘信號(hào)，用 10 分鐘信號(hào)控制一個(gè)一百五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（等候 10 分鐘單價(jià)計(jì)數(shù)器）向總費(fèi)計(jì)數(shù)器輸入 150 個(gè)脈沖。這樣，總費(fèi)計(jì)數(shù)器根據(jù)起步價(jià)所置的初值，加上里程脈沖、等候時(shí)間脈沖即可得到總的用車費(fèi)用。上述方案中，如果將里程單價(jià)計(jì)數(shù)器和 10 分鐘等候單價(jià)計(jì)數(shù)器用比例乘法器完成，則可以得到較簡(jiǎn)練的電路。它將里程脈沖乘以單價(jià)比例系數(shù)得到代表里程費(fèi)用的脈沖信號(hào)，等候時(shí)間脈沖乘以單位時(shí)間的比例系數(shù)得到代表等候時(shí)間的時(shí)間費(fèi)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(jì)3.1 里程計(jì)費(fèi)電路設(shè)計(jì)RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)11&111/Q1Q1CP1&P2RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1RDDCBARCOEPETCPQAQBQC QDLD74HC161(3)1&11CP0&R11MNS+VCC74LS00圖 3 里程計(jì)費(fèi)電路里程計(jì)費(fèi)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(gè)脈沖信號(hào)。

7、汽車每前進(jìn) 1km 則輸出 100 個(gè)脈沖。此時(shí)，計(jì)費(fèi)器應(yīng)累加 1km 的計(jì)費(fèi)單價(jià)，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(hào)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(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)滿 100 個(gè)脈沖時(shí)，一方面使計(jì)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(jì)數(shù)器開始對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖 CP1 計(jì)數(shù)，計(jì)滿180 個(gè)脈沖后，使計(jì)數(shù)器清 0。RS 觸發(fā)器復(fù)位為 0，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在一百八十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)期間，由于 Q1=1，則 P2=/CP1，使 P2 端輸出 180 個(gè)脈沖

8、信號(hào)，代表每公里行車的里程計(jì)費(fèi)，即每個(gè)脈沖的計(jì)費(fèi)是 0.01 元，稱為脈沖當(dāng)量。63.2 等候時(shí)間計(jì)費(fèi)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(shí)間計(jì)費(fèi)電路等候時(shí)間計(jì)費(fèi)電路如圖

9、 3 所示，由 74HC161（1） 、 （2） 、 （3）構(gòu)成的六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)秒脈沖 CP2 作計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿一個(gè)循環(huán)時(shí)也就是等候時(shí)間滿 10 分鐘。一方面對(duì)六百進(jìn)制計(jì)數(shù)器清 0，另一方面將基本 RS 觸發(fā)器置為 1，啟動(dòng) 74HC161（4）和（5）構(gòu)成的一百五十進(jìn)制計(jì)數(shù)器（10 分鐘等候單價(jià)）開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)期間同時(shí)將脈沖從 P1 輸出。在計(jì)數(shù)器計(jì)滿 10 分鐘等候單價(jià)時(shí)將 RS 觸發(fā)器復(fù)位為 0，停止計(jì)數(shù)。從 P1 輸出的脈沖數(shù)就是每等候10 分鐘輸出 150 個(gè)脈沖，表示單價(jià)為 1.50 元，即脈沖當(dāng)量為 0.01 元，等候計(jì)時(shí)的起始信號(hào)由接在 74HC161（1）的手動(dòng)開關(guān)給定。3.

10、3 計(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路如圖 4 所示，其中計(jì)數(shù)器由 4 位 BCD 碼計(jì)數(shù)器 74LS160 構(gòu)成，對(duì)來(lái)自里程計(jì)費(fèi)電路的脈沖 P2 和來(lái)自等候時(shí)間的計(jì)費(fèi)脈沖 P1 進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)。計(jì)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(jì)計(jì)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(jì)數(shù)、鎖存、顯示電路計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路為使顯示數(shù)碼不閃爍，需要保證計(jì)數(shù)、鎖存和計(jì)數(shù)器清零信號(hào)之間正確的時(shí)序關(guān)系，如圖 4 所示。由圖 4 的時(shí)序結(jié)合圖 5 的電路可見，在 Q2 或 Q1 為高電平 1 期間，計(jì)數(shù)器對(duì)里程脈沖 P2 或等候時(shí)間脈沖 P1 進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)完 1km 脈沖（或等候 10 分鐘脈沖）則計(jì)數(shù)結(jié)束?，F(xiàn)在應(yīng)將計(jì)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(hào)由 74LS123（1）構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路實(shí)現(xiàn)，當(dāng) Q1 或 Q2 由 1 變 0 時(shí)啟動(dòng)單穩(wěn)電路延時(shí)而產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，這個(gè)正脈沖的持續(xù)時(shí)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(lái)。只有在數(shù)據(jù)可靠鎖存后才能清除計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)。因此，電路中用 74LS123（2）設(shè)置了第二級(jí)單穩(wěn)電路，該單穩(wěn)電路用第一級(jí)單穩(wěn)輸出脈沖的下跳沿啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)后第二級(jí)單穩(wěn)的輸出產(chǎn)生計(jì)數(shù)器的清零信號(hào)。這樣就保證了“計(jì)數(shù)鎖存清零”的先后順序，保證計(jì)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(jì)計(jì)數(shù)數(shù)鎖鎖存存清清零零圖 6 計(jì)數(shù)、鎖存清零信號(hào)的時(shí)序圖圖中的 S2 為上電開關(guān)，能實(shí)現(xiàn)上電時(shí)自動(dòng)置入起步價(jià)目，S3 可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)清零，使計(jì)費(fèi)顯示為 00.00。其中，小數(shù)點(diǎn)為固定位置。3.4 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路提供等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的計(jì)時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)作為里程計(jì)費(fèi)和等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的單價(jià)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(shí)鐘電路在圖 6 中，555 定時(shí)器產(chǎn)生 1kHZ 的矩形波信號(hào)，經(jīng) 74LS90 組成的 3 級(jí)十分頻后，得到 1Hz 的脈沖信號(hào)，可作為計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)。同時(shí)，可選擇經(jīng)分頻得到的 500Hz 脈沖作為CP1 的計(jì)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(jì)在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中，常常還需要產(chǎn)生置位、復(fù)位的信號(hào)，如 SD、RD。這類信號(hào)分高電平有效、低電平有效兩種。由于實(shí)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(guò)電路自動(dòng)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(jì)中的圖 4，其中 S2就是通過(guò)上電實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器的數(shù)據(jù)預(yù)置。圖

16、7 表示了幾種上電自動(dòng)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(shí)，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(hào)。此后，C 被充電使 C 兩端的電壓上升到 RD為 1 時(shí)，D 觸發(fā)器進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖

17、（b）則由于非門對(duì)開關(guān)產(chǎn)生的信號(hào)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(hào)是高電平有效，由于開關(guān)閉合時(shí)電容可視為短路而產(chǎn)生高電平，使 RD=1，Q=0；若將此信號(hào)加到 SD，則 SD=1，Q=1;置位、復(fù)位過(guò)后，電容充電而使 RD（SD）變?yōu)?0，電路可進(jìn)入計(jì)數(shù)狀態(tài)。圖（e）是用開關(guān)電路產(chǎn)生點(diǎn)動(dòng)脈沖，每按一次開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，使觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器計(jì)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(gè)負(fù)脈沖10第 2 章 器件選擇及部分功能簡(jiǎn)介2.1 器件選擇2.2 部分功能簡(jiǎn)介2.2.1 555 定

18、時(shí)器定時(shí)器555 芯片是定時(shí)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(jiǎn)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(shí)器構(gòu)成的各種電路，都是通過(guò)定時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生與變換，從而完成其他控制功能，555 定時(shí)器可以由 TTL 電路或 CMOS 電路構(gòu)成。它是一種能產(chǎn)生時(shí)間延遲和多種脈沖信號(hào)的控制電路。只要在外部配上幾個(gè)適當(dāng)?shù)碾娮柙驮骷Q數(shù)量備注555 定時(shí)器2構(gòu)成脈沖電路160 計(jì)數(shù)器10十進(jìn)制計(jì)數(shù)器163 計(jì)數(shù)器1十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器Spst 單擲開關(guān)1控制起價(jià)電路Spdt 雙擲開關(guān)2控制行程里程、等候

19、時(shí)間電路或非門2控制總電路電容63 個(gè) 0.1UF 3 個(gè) 0.01 UF 電源電壓 vcc15四位顯示器1顯示數(shù)字電阻6滑動(dòng)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(dòng)控制，定功能時(shí)，仿聲和防盜報(bào)警等方面有廣泛的應(yīng)用。圖 1 555 定時(shí)器的內(nèi)部原理圖及邏輯符號(hào)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(shí)器功能表122.2.2 74LS16074LS160 為十進(jìn)制計(jì)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(shí)，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(duì)于 54/74160，當(dāng) CP 由低至高跳變或跳變前，如果計(jì)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(wú)此種限制。 74LS160 的計(jì)數(shù)是同步的，靠 CP 同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。 當(dāng) CEP、CET 均為高電平時(shí)，在 CP 上升沿作用下 Q0-Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。對(duì)于 54/74LS160 的 CEP、CET 跳變與 CP 無(wú)關(guān)。 74LS160 有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TC）輸出一個(gè)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(jí)聯(lián)成 N 位同步計(jì)數(shù)器。 對(duì)于 54/74LS160，在 CP 出現(xiàn)前，即使CEP、CET、/MR 發(fā)生變化，電