数字电路出租车计费器课程设计报告书Word下载.docx
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torealizethegoalofmulti-functionvaluation,outputin8-segmentLED.The
taximetercanvaluebasicallyandadjusttheunitpriceaccordingtothedifferenceamongday,nighandmidwaywaiting.Meanwhile,itworksasclockfor
taxidriverandpassagenerswhenitsleisure.Thisdesignismainlyused74LS160,555digitalcounter,decodercircuitdesignofdigitalsystemsthinking.
Keywords：
Taxicounter,decoder,555,displaytubes.
1前言1
1.1设计背景1
1.2设计目标1
1.3设计计划2
1.4必备条件2
2总体方案设计3
2.1方案一3
2.2方案二4
2.3方案比较与选择5
3单元模块设计6
3.1各单元模块功能介绍及电路设计6
3.1.1里程计数及显示模块设计6
3.1.2计价模块设计7
3.1.3等车时间显示电路模块设计9
3.1.4里程显示电路模块设计10
3.3元器件的介绍10
3.3.174LS290计数器介绍10
3.3.274LS74双D触发器11
4系统调试15
4.1调试环境15
4.2仿真过程15
4.2里程大于3KM的仿真图15
4.2等候时间大于5分钟的仿真图15
5系统功能与参数16
5.1系统能实现的功能16
5.2系统的参数16
5.3系统调试方法与容16
6结论18
7总结与体会19
8谢辞20
9参考文献21
10附录122
1前言
随着出租车行业的快速发展，出租车已经成为城市交通的重要组成部分，从加强行业管理以及减少司机与顾客之间的纠纷出发，具有良好的性能的计费器对于出租车司机和乘客来说都是很必要的。
通过已经学过的数电和模电只是并查阅课外辅导资料，运用TINA仿真软件等的设计和仿真测试，设计一定要求的出租车计费器。
1.1设计背景
随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高，用户不仅要求计费器性能稳定，计费准确，有防作弊功能；
同时还要求其具有车票资料打印、IC卡付费、语音报话、和电脑串行通信等功能，而这些与电子技术的发展是分不开的。
二十世纪后半期，随着集成电路和计算机技术的飞速发展，数字系统也得到了飞速发展，其实现方法经历了由分立元件、SSI、MSI到LSI、VLSI以及UVLSI的过程。
同时为了提高系统的可靠性与通用性，微处理器和专业集成电路（ASIC）逐渐取代了通用全硬件LSI电路，而ASIC以其体积小、重量轻、功耗低、速度快、成本低、保密性好而脱颖而出。
目前，业界大量可编程逻辑器件（PLD），尤其是现场可编程逻辑器件（FPLD）被大量地应用在ASIC的制作当中。
在可编程集成电路的开发过程中，以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果的电子设计自动化（EDA）技术主要能辅助进行三方面的设计工作：
IC设计,电子电路设计以及PCB设计理想的可编程逻辑开发系统能符合大量的设计要求：
它能够支持不同结构的器件，在多种平台运行，提供易于使用的界面，并且有广泛的特征。
此外，一个设计系统应该能给设计师提供充分自由的设计输入方法和设计工具选择。
随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计费器的普及也是毫无疑问的，所以未来汽车计费器的市场是十分有潜力的。
1.2设计目标
（1）计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费3部分；
（2）位数码管显示金额，最大值为99.9元，最小计价单元为0.1元；
（3）行程3公里，且等待累计时间3分钟，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；
（4）用两位数码管显示等待时间，最大值为59min；
1.3实施计划
（1）查阅参考资料，画出草稿图；
（2）单元电路的功能介绍与设计；
（3）电路参数的计算及器件选择；
（4）用proteus软件做出电路图；
（5）运行仿真，观察输出结果：
（6）绘制电路原理图；
（7）心得体会总结。
1.4必备条件
电子计算机、proteus软件（8.0版）
2总体方案设计
2.1方案一
（1）设计类容具体如下：
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）。
里程单价可由（B2=2.B1=1）BCD拔码开关设置，经比例乘法器后将里程计费变换成脉冲数P1=P3（1B1+0.11B2）.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=60，经比例乘法器后将等车计费变换成脉冲数P2=P4（0B4+0.1B3）.同理起步价也可以转换成脉冲数（P0=单价/当量）或者将P0作为计数器的预置信号。
最后行车费用转换成脉冲总数P=P0+P1+P2,结果用译码显示器显示。
（2）设计原理:
自动计费器包括里程计费电路、等候时间计费电路、BCD码加法器、起步价四部分，用三位数码管显示，最大金额99.9元。
里程计费电路工作原理：
干簧继电器产生的脉冲信号经由74LS290和74LS74组成的电路整形得到CP0,CP0送入74LS290计数器。
当计数记满10个脉冲时，一方由于与非门产生清零脉冲，加到Rd端使计数器清零，等候时间起始信号由手动开关给定。
（3）设计模块:
1.计费模块:
根据出租车计费原理,将出租车计费部分由3个计数器来完成分别为①计数器A完成车费十位。
②计数器B完成车费个位.③计数器C完成车费角。
2.车费的显示模块由动态扫描电路来完成.用专用模块来实现,完成数据的输入即动态数据的显示.
（4）总体框图:
图2.1方案一总体框图
2.2方案二
（1）基于VHDL的出租车计费器的设计.采用FPGA芯片进行出租车计费器，主要分为分频模块、计量模块、计费模块、控制模块等模块，利用FPGA的可编程性，简洁又多变的设计方法，缩短了研发周期。
主要采用了FPGA芯片，使用VHDL语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品的升级。
（2）设计原理：
根据设计要求，系统的输入信号clk，计价开始信号Start，等待信号Stop，里程脉冲信号fin。
系统得输出信号有：
总费用数cha0~cha3，行驶距离km0~km1，等待时间min0~min1等。
系统有两个脉冲输入信号clk_750k、fin，其中clk_750k将根据设计要求分频成13hz、15hz和1hz分别作为公里计费和超时计费的脉冲。
两个控制输入开关start、stop；
控制过程为：
start作为计费开始开关，当start为高电平时，系统开始根据输入的情况计费。
当有乘客上车并开始行驶时，fin脉冲到来，进行行驶计费，此时的stop需要置为0；
如需停车等待，就把stop变为高电平，并去除fin输入脉冲，进行等待计费；
当乘客下车且不等待时，直接将start置为0，系统停止工作；
价格开始归为起步价8.0元。
整个设计由分频模块、计量模块、计费模块、控制模块等四个部分组成。
其中计量模块是整个系统实现里程计数和时间计数的重要部分；
控制模块是实现不同计费方式的选择部分，根据所设计的使能端选择是根据里程计费还是根据等待时间计费；
同时设计通过分频模块产生不同频率的脉冲信号来实现系统的计费。
计量模块采用1HZ的驱动信号，计费模块采用13HZ、15HZ的驱动信号
（3）总体原理框图：
图2.2方案二总体框图
2.3方案比较选择
经过上面的两种方案的比较，两种方案各有千秋,但它们实质是一样的。
由于刚刚学完了模电和数电，较两种方案而言，第一种方案对于加强和巩固所学的数电知识十分明显，所以我最终选择了第一种方案。
2
单元模块设计
本节主要介绍系统里程计数及显示电路、计价、等候时间显示电路模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；
同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。
3.1各单元模块功能介绍及电路设计
本系统主要分为3个单元模块，它们分别是：
里程计数及显示电路模块、计价模块和秒信号发生器及等候计时电路模块里程显示计数模块、清零复位。
各单元模块功能及相关电路的具体说明如下。
3.1.1里程计数及显示模块
在计程车转轴上加装传感器，以便获得“行驶里程信号”。
设汽车每走10米发一个脉冲，到1公里时发100个脉冲，所以对里程计数要设计一个模100计数器，如下图所示3.2
图3.1里程计数及显示框图
1具体模100计数器电路：
3、2模100计数器
里程的计数显示，侧用十进制计数，显示、译码显示即可，如图3.3计数器采用74LS290，显示可用译码，驱动、显示三合一器件或共阴、共阳显示组成（74LS248、LC5011-11或74LS247、LC5011-11）。
2里程计数、译码、显示电路
3.3里程计数、译码、显示电路
3.1.2计价电路模块设计
该电路由两部分组成，一是里程计价：
在起价公里以（如3公里），按起步价算；
若超过起价公里，则每走一公里，计价器则加上每公里的单价款。
二是等候计价；
汽车运行时，自动关断计时等待，而当要等候计数时，需要手动按动“等侯”计费开关，进行计时，时间到（如10分钟），则输出1公里的脉冲，相当于里程增加了1公里，数字显示均为十进制数。
因此，加法也要以BCD码相加。
1、一位BCD码相加的电路如图3.4所示，当二位二进制BCD码数字相加超过数值9时，有进位输出。
具体一位8421BCD码加法器模块的具体电路:
图3.4计数器模块电路
2、里程判别电路如图4.5所示。
当所设置的起价公里数到时，使触发器翻转。
图3.5中为3公里时触发器动作。
具体里程判别模块电路设计：
图3.5里程判别电路框图
3.1.3秒信号发生器及等候计时电路模块设计
秒信号可用32768Hz石英晶体振荡经CD4060分频后获得。
简易的可用555定时器近似获得。
我们采用14位同步二进制计数器和振荡器4060，外接石英晶体实现振荡与分频功能，可以输出2Hz的信号，在经过二分频就可以得到1Hz（T=1s）的脉冲信号。
14位同步二进制计数器和振荡器4060由两部分组成，一部分是14级分频器，分频系数为16~16384，从Q4~Q14端输出；
另一部分是振荡器电路，通过外接电阻和电容构成RC振荡器，，或外接石英构成晶体振荡器。
图如图3.6所示，功能表见表3.1。
由功能表可知，CLR为复位端，高电平时计数器清零，低电平时，执行计数器功能。
表3.14060功能表
我们可以用4060的Q4端得到的2Hz的脉冲信号进入有4518构成的二分频器，在输出端Q0上就可以得到1Hz的脉冲信号。
功能表如表3.2。
电路如图3.6所示。
表3.24518功能表
侯时计数器每10分钟输出一个脉冲，个位秒计数器为60进制，分计数器为十进制，这就组成了600进制计数器。
图3.64046和4518构成的二分频器
3.1.4里程计数显示单元模块设计
计程车起动后，每前进10米，发一个脉冲，通过IC19与门（74LS08），输入到IC4CP0端进行计数，IC4、IC5（74LS290）为模100计数器，当计数器计满1Km（100*10），在IC5的Q3输出一个脉冲，使IC6计数，显示器就显示1公里。
IC6、IC7、IC8为三位十进制计数器，计程（数）最大围为999。
计程车计价（程）时，开关K合上（打在位置2上）
3.1.5里程计数显示单元模块设计
清零复位后，要使各计数均清0，显示器中仅有单价和起步价显示外，其余均显示为0。
汽车启动后，里程显示开始计数。
当汽车等候时，等候时间开始显示。
运行计数和等候计数二者不同时计数工作。
计程车计价器总图分别由里程计数单元、侯时计数单元、起步价、单价预置开关、加法器、显示及控制触发器等部分组成。
3.1.5时间等候计数
IC3、IC2、IC1为时间等候计数器。
当计程车在等候时，司机按一下“侯时”键，IC9被置成1，触发器Q端输出1信号，使4046定时振荡，输出1Hz的脉冲到IC1、IC2、进行60秒计数，IC3为十进制计数器。
当计满10分钟，输出一个脉冲，CP10到IC18或门，给里程计数器计数，即等候10分钟，相当于行程1公里。
若等候5分钟时，汽车恢复行驶，这时，汽车运行输出的脉冲，使IC9翻转（Q=0），计时停止而转入计程。
这样，二者不会重复计数，实现正确，合理的收费
3.3元器件的介绍
本系统中主要使用了如下一些功能器件：
74LS74、74LS83、74LS290及门电路下面就这些器件的功能特点、主要参数和使用方法作相应说明。
3.3.174LS290计数器介绍
74LS290是二/五分频十进制计数器，功能如下：
（1）异步清零端MR1,MR2为高电平时，只要置9端MS1,MS2有一个为低电平，就可以完成清零功能；
（2）当MS1,MS2均为高电平时，不管其他输入端状态如何，就可以完成置9功能；
（3）当MR1,MR2中有一个以及MS1,MS2中有一个同时为低电平时，在时钟端/CP0,/CP1脉冲下降沿作用下进行计数操作：
1）十进制计数：
应将/CP1与Q0连接，计数脉冲由/CP0输入。
2）二、五混合进制计数：
将/CP0与Q1连接，计数脉冲由/CP1输入。
3）二分频、五分频计数：
Q0为二分频输出，Q1~Q3为五分频输出
表3.274LS290参数表
3.3.274LS74双D触发器介绍
1：
74LS74是双D触发器,功能多,可作双稳态,寄存器,移位寄存器,振荡器,单稳态,,分频,等
2:
74LS74双D触发器:
图3.6RS触发器逻辑图
3：
74LS74双D触发器功能表：
表3.274LS74功能表
4.系统调试
本设计用proteus仿真软件对里程计数电路模块、计价模块和等候时间电路模块进行了仿真。
4.1调试环境
Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与仿真软件。
该软件的特点是：
①集原理图设计、仿真和PCB设计于一体，真正实现从概念到产品的完整电子设计工具，②具有模拟电路、数字电路、单片机应用系统、嵌入式系统（不高于ARM7）设计与仿真功能，③具有全速、单步、设置断点等多种形式的调试功能，④具有各种信号源和电路分析所需的虚拟仪表，⑤支持KeilC51uVision2、MPLAB等第三方的软件编译和调试环境，⑥具有强大的原理图到PCB板设计功能，可以输出多种格式的电路设计报表。
拥有PROTEUS电子设计工具，就相当于拥有了一个电子设计和分析平台。
Proteus软件自1989年问世至今，经历了近20年的发展历史，功能得到了不断的完善，性能越来越好，全球的用户也越来越多。
PROTEUS之所以在全球得到应用，原因是它具有自身的特点和结构。
PROTEUS电子设计软件由原理图输入模块（简称ISIS）、混合模型仿真器、动态器件库、高级图形分析模块、处理器仿真模型及PCB板设计编辑（简称ARES）六部分组成。
4.2仿真过程
4.2.1里程大于3KM的仿真图如下4.1
4．1
4.2.2等待时间大于5分钟仿真图如下4.2
.5系统功能与参数指标
本节主要介绍本设计所设计的出租车计费器所能实现的具体功能。
5.1系统能实现的功能
1、此设计的出租车计费器计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费3部分。
数码管能显示的金额最大99.9元，精确到0.1元。
2、程3公里，且等待累计时间3分钟，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。
3、两位数码管显示等待时间，最大值为59min。
5.2系统参数指标
1、系统电源有效参数为:
5V±
0.02V，12V±
0.02V。
2、CL002显示为0-9的十进制数字。
3、系统的频率维持在1KHZ左右。
5.3调试方法与容
数字电路系统的设计完成后，一个重要的步骤是安装调试。
这一步是对设计容的检验，也是设计修改的实践过程，是理论知识和实践知识综合应用的重要环节。
安装调试的目标是使设计电路满足设计的功能和性能指标，并且具有系统要求的可靠性、稳定性、抗干扰能力。
这里简要叙述安装调试数字电路的几个步骤：
（1）检测电路元件最主要的电路元件是集成电路，常用的检测方法是用仪器测量、用电路实验或用替代方法接入已知的电路中。
集成电路的检测仪器主要用集成电路测试仪，还可用数字电压表作简易测量。
实验电路则模拟现场应用环境测试集成芯片的功能。
替代法测试必须具备已有的完好工作电路，将待测元件替代原有器件后观察工作情况。
除集成电路芯片外，还应检测各种准备接入的其他各种元件，如三极管、电阻、电容、开关、指示灯、数码管等。
应确信元件的功能正确、可靠才能装入电路安装。
（2）电路安装数字电路系统在设计调试中，往往是先用面包板进行试装，只有试装成功，经调试确定各种待调整的参数合适后，才考虑设计成印制电路。
试装中，首先要选用质量较好的面包板，使各接插点和接插线之间松紧适度。
安装中的问题往往集中在接插线的可靠性上，特别需要引起注意。
安装的顺序一般是按照信号流向的顺序，先单元后系统、边安装边测试的原则进行。
先安装调试单元电路或子系统，在确定各单元电路或子系统成功的基础上，逐步扩大电路的规模。
各单元电路的信号连接线最好有标记，如用特别颜色的线，以便能方便断开进行测试。
（3）系统调试将安装测试成功的各单元连接起来，加上输入信号进行调试，发现问题则先对故障进行定位，找出问题所在的单元电路。
一般采用故障现象估测法（根据故障情况估计问题所在位置）、对分法（将故障大致所在部分的电路对分成两部分，逐一查找）、对比法（将类型相同的电路部分进行对比或对换位置）等。
系统测试一般分静态测试和动态测试。
静态测试时，在各输入端加入不同电平值，加高电平（一般接1千欧以上电阻到电源）、低电平（一般接地）后，用数字万用表测量电路各主要点的电位，分析是否满足设计要求。
动态测试时，在各输入端接入规定的脉冲信号，用示波器观察各点的波形，分析它们之间的逻辑关系和延时。
除了调试电路的正常工作状态外，另外特别要注意调试初始状态、系统清零、预置等功能，检查相应的开关、按键、拨盘是否可靠，手感是否正常。
3结论
本次所设计的出租车计费器实现最大金额为99.9元的计费,计费金额精确到了角。
同时也能实现出租车司机按下开关后在等车过程中计费，等车重大时间为59分钟，让后再根据所等的时间计费。
本次所设计的出租车计费器，操作简单，电路结构清晰明了，充分结合了所学的数电知识，但是由于所选芯片个数的局限性，该计费器计费金额最高位只能是十位，而且电路各模块之间的连接也需要认真分析，仔细连接，极易出现连线错误，如果乘客的路程比较远的话，那么会出现报错，进而失去了它应有的功能。
较当下的出租车计费器，本次所设计的计费器还只停留在行业的最基础阶段，计费金额也只停留在100元以，因此需要今后的不断改进与创新。
在今后的改进方面，可以通过选择合理的元器件，尽量实现计费金额更大，同时所选芯片越少，电路越简单越好。
根据我们所查阅的资料，单片机的功能十分强大，而且较运用555、74LS160等组成的逻辑电路简单明了的多。
因此，在今后对计数器改进方面，可以采用单片机，会给我们带来许多意外的惊喜。
4总结与体会
这两周的实习让我对数电有了更深层的认识。
当然包括在这两周中我做的出租车计费器,不仅对它的部结构有了认识,更对其部芯片等的作用有了更多的了解。
在这次实习过程中,我们遇到了很多问题,而在所有问题中最主要问题是整个电路的连接问题。
我们最初的办法是将整个模块分块做出来,当每个模块都运行正确的时候再将他们整合在一起.虽然有很多次的努力,可是我们没有成功.后来经过仔细思考，我试着改变电路整体模块电路中的频率，最终才得到了我们的预期结果。
经过这次多.不仅仅是关于电子电路的知识,更有的是让我学到了面对人生的知识。
当我由寻找电路图的迷茫,到找到有关参考书籍困惑,再到画图设计过程中的烦忧,最后到解决后的舒心,我们学会了一种面对困难不屈不挠的精神,我们发现,只要你真正的静下心来钻研,其实一切很简单,只不过因为当时我们的害怕心理,还有我们的浮躁,让我们乱了阵脚.所以不管我们以后是做什么事情
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