出租车自动计费器.docx

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出租车自动计费器

中北大学

《电子线路》

课程设计说明书

学生姓名：

班级学号：

学院：

专业：

题目：

指导教师：

2011年1月4日

中北大学

《电子线路》课程设计任务书

2010/2011学年第一学期

学院：

专业：

学生姓名：

学号：

课程设计题目：

出租车自动计费器

起迄日期：

2011年1月4日～2011年1月14日

课程设计地点：

通信工程专业实验室

指导教师：

系主任：

下达任务书日期:

2011年1月4日

课程设计任务书

1．设计目的：

1）综合运用所学的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；

2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；

3）实践利用EDA软件绘制电子线路原理图、PCB图及仿真；

4）学会说明书的规范整理和书写。

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

1、设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用四位数码管显示金额，最大值为999.9元，最小计价单元为0.1元，行程3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步费为8元，超过3公里，以每公里1.6元计费，等待时间单价为每分钟1元。

用两位数码管显示总里程，最大为99公里。

用两位数码管显示等待时间，最大值为59min。

2、设计制作自动计费器，包括行车里程计费、等车时间和起步价三部分，用三位数码管显示，最大金额为99.9元。

3、行车单价、等车单价、起步价可分别由拨码开关或拨码盘预置。

3．设计工作任务及工作量的要求

1）分析设计任务，查阅相关资料；

2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；

3）利用EDA软件绘制所设计系统的原理图及PCB图及仿真；

4）按格式要求撰写课程设计说明书。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

1毕满清主编．电子技术实验与课程设计.第3版.北京：

机械工业出版社，2005

2陈晓文主编．电子线路课程设计.第1版.北京：

电子工业出版社，2004

3谢自美主编.电子线路综合设计.第1版.武汉：

华中科技大学出版社，2006

5．设计成果形式及要求：

1）用计算机仿真软件制图或仿真；

2）课程说明书用计算机打印，并装订；

6．工作计划及进度：

2011年1月4日~1月5日分析设计任务书，查阅相关资料及设计手册；

2011年1月6日~1月9日确定系统方案，组成模块框图，设计各模块电路；

2011年1月10日~1月12日分析电路各参数及其特性并绘制电子线路原理图、

PCB图及仿真分析，并撰写课程设计说明书；

2011年1月12日~1月13日按格式要求完成课程设计说明书；

2011年1月14日成绩考核

系主任审查意见：

签字：

年月日

第1章引言6

1.1出租车计价器概述6

1.2、主要功能7

1.4、设计要求8

第2章设计思路8

第3章设计方框图9

4.1秒信号产生及等待电路设计10

4.1.2参数计数12

4.1.3等待计时电路12

4.2.2十公里计数电路设计13

4.3价钱计数电路设计13

4.3.1白天计费电路设计13

第5章工作过程分析15

第6章元器件清单16

第7章主要元器件介绍16

7.1计数器74LS9016

7.2计数器74LS16017

7.3数值比较器74LS8518

7.4定时器5G55519

7.5、译码器74LS4820

第8章实验总结23

第9章心得体会23

参考文献23

附件：

摘要：

出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具。

它关系着交易双方的利益。

具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。

因此，汽车计价器的研究也是十分有一个应用价值的。

而采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。

而采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。

针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻易而举的实现。

避免了机械开关带来的不稳定因素。

另外在本方案中那个使用了点阵的液晶，可以实现更加友好的使用界面。

数据信息一目了然，并且即使是成品也可以方便的修改使用界面，更可根据不同的公司客户使用不同的局面……

第1章引言

1.1出租车计价器概述

随着生活水平的提高，人们已经不再满足于衣食住的享受，出行的舒适已经受到越来越多人的关注。

于是，出租车行业低价高质的服务给人们带来了出行的享受。

但是总存在着买卖纠纷，困扰着行业的发展。

而在出租车行业中解决这矛盾的最好的方法就是使用计价器，用规范的价格来为乘客提供更加方便快捷的服务。

同时，出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则，是出租车行业发展的重要标志，它关系着交易双方的利益。

现在，城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加快发展，计价器的普及是毫无疑问的，所以未来出租车行业计价器的市场是很有潜力的。

本文是为了探索计价器的设计而制作的。

计价器显示的营运金额是营运里程与价格的函数（等候时间一般折算成一定比例的里程来计算）。

出租车计价器通过传感器与行驶车辆连接。

出租汽车的实际里程通过传感器的脉冲信号在计价器里折算成一定的计价营运里程。

目前市场上出租车计价器功能主要有具有数据的复位功能、白天/晚上转换功能、数据输出功能、计时计价功能等等，但能够进行语音播报数据信息的出租车计价器还是比较少见的，针对这一点我们来设计一款多功能出租车计价器，在原有功能的基础上增加单价输出、单价调整、路程输出、显示当前的系统时间、语音播报数据信息等功能。

1.2、主要功能

设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用四位数码管显示金额，最大值为999.9元，最小计价单元为0.1元，行程3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步费为8元，超过3公里，以每公里1.6元计费，等待时间单价为每分钟1元。

用两位数码管显示总里程，最大为99公里。

用两位数码管显示等待时间，最大值为59min。

1.3、设计说明

汽车在行驶时，里程传感器将里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后由计数译码电路变成收费金额。

里程传感器由磁铁和干簧管组成，磁铁置于变速器涡轮上，每行驶100米，磁铁与干簧管重合一次，即输出一个脉冲信号，则10个脉冲/公里（设为P3）。

里程单价（设2.1元/公里）可由两位（B2=2、B1=1）BCD拨码开关设置，经比例乘法器（如J690）后将里程计费变换成脉冲数P1=P3（1B2+0.1B1）。

由于P3=10，则P1为21个脉冲，即脉冲当量为0.1元/脉冲。

同理，等车计费也可以转换成脉冲当量，这需要由脉冲发生器产生10个脉冲/10分钟（设为P4），如果等车单价为0.6元/10分钟（置B4=0、B3=6），经比例乘法器后将等车计费变换成脉冲数P2=P4（0B4+0.1B3）。

由于P4=10，则P2为6个脉冲，即得到相同的脉冲当量为0.1元/脉冲。

同理，起步价（设3元）也可以转换成脉冲数（P0=单价/当量=5/0.1=50个脉冲）或者将P0作为计数器的预置信号（框图所示）。

最后行车费用转换成脉冲总数P=P0+P1+P2，其结果用译码显示器显示。

1.4、设计要求

（1）设计制作自动计费器，包括行车里程计费、等车时间和起步价三部分，用三位数码管显示，最大金额为99.9元。

（2）行车单价、等车单价、起步价可分别由拨码开关或拨码盘预置。

其它说明：

行车里程可由玩具电机和光电（或磁铁和干簧管）转换器进行模拟。

第2章设计思路

本电路设计时一共分为5个主体部分，

1、秒信号产生及等待计时电路设计，本电路中的振荡器是由555定时器构成的多谐振荡器，需要三个74LS90芯片做为分频电路。

振荡器产生的振荡频率为1000Hz，经过3片74LS90芯片进行分频后可得到1Hz的秒脉冲信号,做为计数器计时的基本条件并同时用于校验电路需要。

为等待乘客而计时的电路,方便乘客查看等待时间,等待时间是通过555多谐振荡器和分频电路产生的方波做为秒信号,用三个74LS161芯片实现600进制计数60次为一分钟;

2、公里计数电路,当汽车运行的时候,通过车轮上的传感器产生的脉冲一个脉冲设为两米控制行驶的公里数，用五个74LS160芯片控制公里数，使乘客清楚的知道本次乘车所走的公里数;

3、价钱计数,分为白天价钱计费和夜间计费两种。

白天计费电路用一个74LS85比较器比较公里数，超出3公里用三个74LS161计数器实现275进制和。

白天计费一个74LS161计数器预置8元，最终实现3公里8元,超出3公里每走550米计价器加一元。

夜晚计数电路,因为白天出租车的收费标准是前3公里8元,这后每550米加收1元,而夜晚的收费标准是前3公里9元,之后每时每500米加收1元.所以设计了两种计价方式并通过一开关控制是白天还是夜晚的计数方式.用二个74LS161芯片实现250进制和一个与夜晚开关联动的复位开关，当夜晚开关闭合时因为联动开关也闭合产生一个CP脉冲向白天预置8元的计数器进一，就实现了夜间出租车行驶里程超出3公里9元起价之后每走500米加收一元的功能，此功能同样也实现了使用空调计费的功能。

这样就能使乘客清楚的知道本次乘车所用的费用;

4、显示电路,完成以上各部分的显示功能;由五个74LS48译码器和五个七段显示器组成。

本次设计任务基本分为以上4部分.最终实现出租车计价器的总体基本功能。

第3章设计方框图

显示器

（钱数或等待时）间）

显示器

（公里数）

显示译码器

计数器

数值比较器

分频电路

振荡器

传感器

第4章各部分电路设计及参数计算

4.1秒信号产生及等待电路设计

4.1.1秒信号产生电路设计

图4.1555振荡器与分频器的连接电路

本电路中的振荡器是由555定时器构成的多谐振荡器。

由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。

工作原理：

时间标准信号的频率很高，要得到秒脉冲，需要三个74LS90芯片做为分频电路。

振荡器产生的振荡频率为1000Hz，经过3片74LS90芯片进行分频后可得到1Hz的秒脉冲信号,做为计数器计时的基本条件并同时用于校验电路需要。

该等待计时电路的工作原理是:

由555多谐振荡器产生稳定的高频脉冲信号,经过电路输出标准的秒脉冲信号,作为秒计时脉冲.秒计数器计满60后向钱数计数器产生进位脉冲,秒计数器时时的向显示译码器输送脉冲,译码器同时向显示器输送脉冲,使等待时间能时时的显示出来.

由555组成的单稳态触发器可以构成分频系数很大的分频电路，接通电源后，它经过电阻向电容C充电，当VC上升略高于3分之2VCC时，比较器C1的输出为“0”，将触发器置“0”。

这时，S＝1，放电管T导通，电容C放电。

当VC下降略低于3分之VCC时，比较器C2的输出为“0”，将触发器置“1”，又由“0”变为“1”，放电管T截止，又经过电阻向和电容C充电。

如此重复上述过程，为连续的矩形波。

74LS90主要负责分频，他有两个时钟输入端CPA和CPB，其中CPA和Q0组成一位2进制计数器；若将Q0与CPB相连接，时钟脉冲从CPA输入，则构成8421BCD码10进制计数器。

74LS90有两个清零端R0

（1）、R0

（2）和两个置9端R9

（1）、R9

（2）参与分频。

本电路中用了三片中规模集成电路74LS90可以构成分频电路产生所需信号。

上图中每片为1/10分频，第1片的Q0端输出频率为500HZ的方波信号，Q3端输出频率为100HZ方波信号；第2片的Q3端输出为10HZ的方波信号；第3片Q3端输出频率为1HZ的方波信号。

4.1.2参数计数

参数计算:

Tw≈0.7（R1+2R2）C≈8540

ｆ=1/Tw≈1/0.7（R1+2R2）C≈1kHZ

4.1.3等待计时电路

图4.3600进制计数器等待电路设计

图43所示为600进制的计数器，用于等待电路计数等待时间。

由三片74LS161芯片串接组成，构成10分钟计数电路。

同时还作为等待时间显示器的输入信号。

电路设计中等待电路可以与白天模式和夜间模式其中之一同时使用。

只要出租车停车自动进入等待状态，取消等待可手动按取消开关离开等待状态。

等待时间可由显示器显示出来，方便顾客使用。

4.2公里计数电路设计

4.2.1一公里计数电路设计

图4.4500进制计数器一公里计数电路设计

由于出租车行驶车轮转动，带动传感器产生CP脉冲信号，设车轮转动一圈为2米因此用计数器设计500进制，由三个74LS160芯片串接而成构成一公里计数。

4.2.2十公里计数电路设计

图4.510进制计数器10公里计数电路设计

由一公里计数器进位构成十公里计数器然后接74LS48译码器、七段显示译码器构成显示公里数。

该电路的工作原理是:

用3个10进进制同步计数器做为米计数来接收触发器送过来的脉冲信号,当他们计数到1000时产生进位时,然后用两个10进制同步计数器作为公里计数.当传感器传来控制CP脉冲时用74160计数器来计数，74160的主要工作原理为当CLR为低电平时，计数器被清除为“0”；当LD为低电平时，计数器被预置为D0、D1、D2、D3端输入的值；当CP端有脉冲输入时，计数器进行累加计数；然后通过七段译码显示器显示出来。

4.3价钱计数电路设计

4.3.1白天计费电路设计

图4.6275进制计数器电路设计

因为白天计价方式是3公里8元，此电路实现的是超出三公里每走550米加收一元，由于传感器设为车轮走一轮为两米所以设计了275进制，图4.2所示是用三块中规模集成电路74LS161芯片按反馈置零法串接而成。

输出脉冲除用做自身清零外，同时还作为价钱显示器的输入信号。

4.3.2夜间计费电路设计

图4.7250进制计数器电路设计

图4.7所示为250进制的计数器，用于夜晚计费所设计，实现的是夜晚出租车超出3公里后每走500米加收一元的功能。

图4.3所示是用两块中规模集成电路74LS161芯片按反馈置零法串接而成。

设置在夜间与白天转换开关为联动，当夜间开关闭合时，有一个联动开关同时也接通向白天计数的计数器产生一个CP脉冲进位，就实现在了夜间与白天收费不同的转换。

4.3.3空调使用计费电路设计

此电路计费功能完全与夜间计费电路功能稳合，所以设计时使用空调计费的开关与夜间开关为同一个开关。

那么夜间电路计费就可能替代带有空调电路计费。

4.4.译码和显示电路

图4.8显示电路设计

本电路将计数器或寄存器送来的信号通过7448译码器编译完后再由七段显示器显示出来.半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每段为一发光二极管。

半导体数码管（或称LED数码管）的基本单元是PN结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光线。

单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以按分段式封装成半导体数码管，这是驱动显示器的核心部件，它可以将输入代码转换成相信的数字控制信号，使之在数码管上显示出来。

为了增强器件功能，七段显示译码器7448设有三个辅助信号LI非、RBI非、BI非/RBO非。

各控制信号功能如下。

BI非/RBO非为熄灭输入端/灭零输出端（低电平有效），该控制端具有双向控制功能，有时作为输入信号，有时作为输出信号。

当BI非/RBO非作为输入使用，切BI非=0时，不管其他输入状态如何，所有各段输出a～g均为0，显示管的七段均熄灭。

当BI非/RBO非作为输出使用时受控于LI非和RBI非。

LI非为灯测试输入端（低电平有效），当LI非=0时，BI非/RBO非是输出端。

当LI非=0且BI非=1时，不管其他状态如何，a～g均输出有效的逻辑1，显示管的七段均应亮点。

RBI非为零输入端，用来熄灭无意义的0的显示。

当LI非=1，RBI非=0且输入数码A3、A2、A1、A0=0000时，BI非/RBO非为输出端，切RBO非=0此时输出a～g均为0，显示管的七段均熄灭，不显示数字0，故称“灭零”利用LI非=1和RBI非=0，可以实现某一位0的“消隐”，通常用来把有效数字前面的0灭掉。

输入数码为其他数值时，显示管均能正常显示。

译码就是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态，用于驱动LED七段数码管，只要在它的输入端输入8421码，七段数码管就能显示十进制数字。

选用的译码器为74LS48，输出高电平有效，接共阴极七段显示译码器。

第5章工作过程分析

本次设计的出租车里程计价器.由五个主体部分组成。

本系统的设计电路由秒信号产生模块及等待计时电路、公里计数显示电路模块、价钱计费显示模块三大部分组成。

振荡器产生稳定的高频脉冲信号作为出租车的时间基准，然后经过分频器输出标准的秒脉冲。

振荡器产生的振荡频率为1000Hz，用3片74LS90进行分频后可得到1Hz的秒脉冲信号，由555多谐振荡器产生稳定的高频脉冲信号,经过电路输出标准的秒脉冲信号,作为秒计时脉冲.秒计数器计满60后向钱数计数器产生进位脉冲,秒计数器时时的向显示译码器输送脉冲,译码器同时向显示器输送脉冲,使等待时间能时时的显示出来译码显示电路将计数器的输出状态送到七段显示译码器译码，通过七位LED七段显示器显示出来。

公里计数电路,当汽车运行的时候,通过车轮上的传感器产生的脉冲一个脉冲设为两米控制行驶的公里数，用三个74LS160芯片实现500进制控制公里数两个74LS160芯片计数公里数，使乘客清楚的知道本次乘车所走的公里数;价钱计数,分为白天计费和夜间计费两种。

计费电路用一个74LS85比较器比较公里数，如果白天超出3公里用三个74LS161计数器实现275进制。

白天计费一个74LS161计数器预置8元，最终实现3公里8元,超出3公里每走550米计价器加一元。

如果是夜晚计数电路,用两个74LS161计数器实现250进制。

因为白天出租车的收费标准是前3公里8元,这后每550米加收1元,而夜晚的收费标准是前3公里9元,之后每时每500米加收1元.所以设计了两种计价方式并通过一开关控制是白天还是夜晚的计数方式.用二个74LS161芯片实现和一个与夜晚开关联动的复位开关，当夜晚开关闭合时因为联动开关也闭合产生一个CP脉冲向白天预置8元的计数器进一，就实现了夜间出租车行驶里程超出3公里9元起价之后每走500米加收一元的功能，此功能同样也实现了使用空调计费的功能。

这样就能使乘客清楚的知道本次乘车所用的费用;显示电路,完成以上各部分的显示功能;由五个74LS48译码器和五个七段显示器组成。

第6章元器件清单

序号

元件名称

规格及用途

数量

定时器

5G555

1片

计数器

74LS160

8片

计数器

74LS161

8片

译码器

74LS48

5片

显示器

BS201

5片

比较器

74LS85

1片

四二输入与门

74LS08

1片

二四输入与非门

74LS30

2片

四二输入或门

74LS32

1片

第7章主要元器件介绍

7.1计数器74LS90

7.1.1引脚图

7.1.2功能表

复位输入

（1）R0

（2）

置位输入

（1）R9

（2）

时钟

CPINA

输出

QBQCQD

下降沿

LLL

LLH

计数

7.1.3功能介绍

是常用的二－五－十进制异步计数器，做八进制的就先把74LS90接成十进制的（INB与QA接，以CPA做输入，Q3做输出就是十进制的），然后用异步置数跳过一个状态达到八进制计数。

以从0000计到0111为例：

先接成加法计数状态，从上图中的74LS90功能表可知，在输出为1000时（既Q4为高电平时）把Q4输出接到R01和R02脚上（即异步置0），这个时候当计数到1000时则立刻置0，重新从0开始计。

1000的状态为瞬时状态。

7.2计数器74LS160

7.2.1引脚图

7.2.2功能表

清零

预置

使能

S1 S2

时钟

预置数输入

ABCD

输出

QAQBQCQD

上升沿

ABCD

0000

ABCD

保持

计数

7.2.3功能介绍

以从0000计到0111为例：

1000的状态为瞬时状态。

7.3数值比较器74LS85

7.3.1引脚图

7.3.2功能表

7.3.3功能介绍

以从0000计到0111为例：

1000的状态为瞬时状态。

7.4定时器5G555

7.4.1引脚图

7.4.2功能表

输入

输出

阀值输入

Vcc

触发输入

Vcc

复位

输出

不变

放电管T

导通

截止

导通

不变

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