出租车里程计价器设计

1、出租车里程计价器 沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 出租车里程计价器 系 别 电气工程系 班级 学生姓名 学号 指导教师 张玉梅 职称 讲师 起止日期：2011 年12 月 12 日起至2011年 12 月 16 日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 出租车里程计价器 系 别 电气工程系 班级 学生姓名 学 号 指导教师 张玉梅 职称 讲师 课程设计进行地点： 实训楼F303 任 务 下 达 时 间： 2011年 11 月17日 起止日期：2011年 12 月12日起至 2011 年 12 月16日止教研室主任 曲延华 2011 年 11月10 日批准沈 阳 工 程 学

2、院 电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 电气工程系 班级： 供电本094 学生姓名： 万里超 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导

3、教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中 文 摘 要 本次课程设计的题目是出租车里程计价器，完成此功能电路主要由这学期所学的数字电子电路来实现。由于设计目的的明确，在这次设计中我能及时完

4、成老师交给的各项任务，这次课程设计让我了解到电子技术是硬件的基本，每个芯片更是硬件的组成必要条件，只有更加了解一些芯片才能了解计算机以及其他电子设备的工作原理，了解一些设备更加方便了将来我们对计算机以及其他电子设备的日常维护，与保养。这次课程设计是以小组的形式展开的，更加增加了思路的灵活性，使我们可以一起讨论研究。掌握出租车里程计价器的构成、原理及设计方法熟悉集成电路的使用方法。里程计数电路用一个50进制的计数器来接收车轮传感器的2m一个脉冲信号，当计到100m时，就给一个1000进制的计数器一个高电平脉冲信号使之计数，这个1000进制的计数器计一个数就是0.1公里，能计到999.9公里。价钱

5、计数电路用一个由里程计数电路来控制，当到三千米是开始计数，不到三千米时置数为起价费，白天时给一个650进制的计数器一个高电平脉冲信号使之开始计数，它每计到650m时给总价计数器一个高电平脉冲信号使之计数，总价计数器是一个从9计到999的计数器，开始是9元，每到650m就追加1元。黑天时，搬动开关，给以个550进制的计数器一个高电平脉冲信号使之计数，总价计数器是一个10到999的计数器，开始时10元，每到550m就最加1元。时钟电路在信号源的选择上，采用了由555定时器构成的多谐振荡器，给时钟提供一个频率稳定的准确的方波信号,可保证数字钟的走时准确及稳定。分频器电路将高频方波信号分频后得到1Hz

6、（即1s）的方波信号供秒计数器进行计数。时间计数电路时间计数电路由分钟计时。其中秒位有两个74390组成六十进制计数器,分个位和分十位计数器为10进制计数器，记录总时间。等待计时电路采用555振荡器和分频器所产生出的标准秒信号来使1个900进制的计数器计数，当开关打开使之开始计数，当这个计数器每计到900s（15分钟）时，就会给总价计数器一个高电平脉冲信号，总价计数器就在原有的价格上追加一元。当开关闭合，计数器停止计数。显示电路将计数器输出转换成数码管需要的逻辑状态, 通过LED四段显示器显示出来。关键词 里程计数电路，价钱计数电路，振荡电路，分频电路计数器，等待计时电路, 时钟电路，显示电路

7、电子技术 课程设计成绩评定表3中 文 摘 要41 设计任务描述61.1 设计题目：出租车里程计价器61.2 设计要求61.2.1 设计目的61.2.2 基本要求61.2.3 发挥部分62 设计思路73 设计方框图84 各部分电路设计及参数计算94.1 秒信号产生电路及其参数设计94.1.1 秒信号产生电路设计94.1.2 秒信号产生电路参数计算104.2分秒计数显示电路114.2.1 分秒计数显示电路设计114.2.2 分秒计数电路工作原理114.2.3 译码显示电路114.2.3运行过程中显示电路124.3波形整形电路设计144.4 里程计数电路154.4.1里程计数电路设计154.4.2

8、里程计数电路工作原理164.5 比较电路164.5.1 比较电路设计164.6 计价电路174.6.1 计价电路设计174.6.2 计价电路工作原理204.6.3 3进制计数器204.7 白天夜间分频电路204.7.1白天夜间分频电路设计204.7.2 275分频电路波形图214.7.3 250分频电路波形图224.7.4 分频电路工作原理225 工作过程分析236 元器件清单247 主要元器件介绍257.1 双十进制计数器74390257.2 双十进制计数器74290267.3十六进制计数器74161277.4十进制计数器74160287.5 七段显示译码器4511297.6 数值比较器74

9、85317.7 定时器55532小 结33致 谢34参考文献35附 录 A1 逻辑电路图36附 录 A2 实际接线图371 设计任务描述 1.1 设计题目：出租车里程计价器 1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1) 掌握出租车里车里程计价器的构成、原理与设计方法； (2) 熟悉集成电路的使用方法1.2.2 基本要求(1) 设计秒脉冲产生信号；(2) 行驶里程信号用传感器产生，假设车轮每转一圈为2米。出租车起价费为3公里8 元，此后为每550米加收1元；(3) 计价表的计数、寄存、译码显示系统。1.2.3 发挥部分(1) 等候时间为3分钟计价器加收1元，等候时间信号由时钟产生； (2) 里程数

10、的计数、寄存、译码显示系统； (3) 白天、晚上的转换，晚上为3公里9元，此后为每500米加收1元； (4) 其他。2 设计思路拿到课程设计的题目出租车里程计价器，首先想到的就是自己乘坐出租车的经历，结合一年来对数字电子和模拟电子知识的学习，我的基本设计思路如下：由安装在车轮上的传感器产生信号，经过555施密特触发器整形，用74LS390设计一50进制计数器，即产生0.1公里信号，计数最小单位为0.1公里，最大显示99.9公里。计价电路分为白天和夜间两部分，白天是275分频，计数器预置8元，夜间是250分频，计数器预置9元。为实现三公里之内计价器保持预置数值不加钱，通过一比较器和或门从公里计数

11、器得到高电平控制价钱计数器的使能端。三公里之后计价器开始工作，计数、译码、显示乘车费用。设计中还增加了等候时间显示电路，由555多谐振荡器产生1赫兹信号，就有了秒脉冲信号。当乘客下车需要等待时，使多谐振荡器开始工作，显示等待时间，3分钟之后，经74161计数器产生高电平，经过或门在计价部分进行计价。设计中不仅满足了出租车计价器的基本要求，加入的发挥部分也使得整个设计更加合理。另外当换乘下一位乘客时，所有计数器的清零端（需预置的计数器的预置端）统一清零（预置），然后进行下一步的工作。如此往复，实现出租车计价器的工作要求。以上就是我的出租车里程计价器的整体设计思路。3 设计方框图分信号计数秒脉冲整

12、形传感器3进制计数250分频275分频50分频译码计数里程显示计数比较电路译码译码价钱显示时间显示4 各部分电路设计及参数计算4.1 秒信号产生电路及其参数设计4.1.1 秒信号产生电路设计下面的电路连接图4.1.1,即为设计的秒脉冲产生电路:图4.1.1秒脉冲信号产生电路图4.1.2秒脉冲信号产生电路波形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，需要分频电路。振荡器产生的振荡频率为1000Hz，用3片十进制74390进行分频后可得到1Hz

13、的秒脉冲信号。4.1.2 秒信号产生电路参数计算由555定时器组成的多谐振荡器的工作波形如图4.1.2。参数标注如图4.1.1，该电路的振荡周期计算如下： T=t1+t2=1 ms t2=0.7(R1+R2)C t1=0.7R2C若选定脉冲占空比为0.6，可得=0.6 t2=0.61ms=0.6ms t1=T-t1=1-0.6=0.4ms 取电容C2=0.1F，则R2=5.714k。 R1=- R2=-5.4171000=3.1k 取R2=5.7k, R1=3.1k图4.1.2 由555定时器组成的多谐振荡器理论工作波形 图4.1.3 由555定时器组成的多谐振荡器实际工作波形 4.2 分秒计

14、数显示电路4.2.1 分秒计数显示电路设计下图为设计中的等待时间分秒显示电路图4.2.1，显示最长时间为99分59秒。4.2.2 分秒计数电路工作原理如图4.2.1所示，由两片74390按反馈置清零的方法串联接成六十进制计数器，作为秒的计数电路。同理，分的计数电路接成一百进制，这样最大计数到99分钟59秒钟。74390具有异步清零功能，在其计数过程中，不管它的输出处于哪一状态，只要在异步清零端加一高电平电压，74390的输出会立即从那个状态回到0000状态，清零信号消失后，又从0000状态开始计数。同时第二片74390的QC端在从1变到0的瞬间为下一个计数器提供一个上升沿，使下一个计数器开始工

15、作。4.2.3 译码显示电路 下面的电路连接图4.2.2为本次设计中用到的译码显示电路的一部分。图4.2.2 译码显示电路4.2.3运行过程中显示电路图4.2.3（a）初始显示电路图4.2.3（b）运行过程中显示电路图4.2.1 等待时间分秒显示电路在译码显示电路中，我用到的是4511译码器和共阴极显示器，具体相关工作情况如下描述：在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，数字显示电路通常由译码驱动器和显示器等部分组成。本设计中用到的七段数字显示器是目前常用的显示方式。发光二极管构成的七段显示器有两种，共阴极和共阳极电路，如图4.2.3、图4.2.4所示。共阴极电路中，七个

16、发光二极管的阴极连在一起接低电平，需要某一段发光，就将相应二极管的阳极接高电平。共阳极显示器的驱动则正好相反。 (a) (b)图4.2.4 七段数字显示器分段布置图 图4.2.5 二极管显示器等效电路 (a)共阳极电路 （b）共阴极电路4.3波形整形电路设计下面的电路连接图4.3.1为我这次设计中用到的波形整形电路。图4.3.1 波形整形电路该整形电路主要通过由555定时器的阀值输入端和触发输入端相接，即构成施密特触发器来完成。当由于车速过快、过慢或不规则造成传感器波形不规则时，施密特触发器可将其变换成与其同频率的矩形波，便于计数器更好的工作。4.4 里程计数电路4.4.1里程计数电路设计下图

17、为本设计中的里程计数电部分：图4.4.1 里程计数电路4.4.2 里程计数电路工作原理 由555构成的施密特触发器3脚输出端输出的出租车行驶信号，经过两片74390，由于74390是异步二十进制计数器，将第二片74390CKB接第一片来的脉冲信号，即构成五进制，两片连一起是一个五十进制计数器，车轮每转50圈，正好是100米，连接译码显示的计数器开始计数，最小单位就为0.1公里，最大能计数到99.9公里。4.5 比较电路4.5.1 比较电路设计 下图为本设计中的三公里比较电路：图4.5.1 比较电路本设计基本要求出租车3公里起价费白天为8元，为实现在三公里之内，计价器不计数，特用一比较电路控制价

18、钱计数器的工作与否。当里程的个位大于3或者十位上不是0的时候，说明行驶里程超过3公里，经比较器和四输入或门输出端最少有一个1，再经过二输入或门之后会有1输出，控制价钱计数器的使能端，确定计价器是否加钱。只有当里程数的个位数小于3的时候，计价器保持预置的数目不变。另外，当换乘下一位乘客时，需要把所有计数器的清零端统一都接成有效状态，需要预置的计数器把预置端接有效状态，继续记录下一位乘客的行驶里程和价钱数目。4.6 计价电路4.6.1 计价电路设计由于74160强大的功能,具有异步清零端，同步预置端，两个使能端，并有预置数据输入端，我在设计中的计价电路使用的计数器完全是由74160来完成的,下面的

19、电路就是设计中的计价电路:图4.6.1 计价电路4.6.2 计价电路工作原理首先清楚应该是出租车行驶超过3公里,或者等待时间超过3分钟之后.每几百米加收1元钱或者说是每等待3分钟加收一元钱。其中白天预置8元，晚上预置9元，通过一单刀双掷开关，有出租车司机手动完成操作。当司机处于等待状态时，等待时间电路工作，通过一个3进制计数器，每过3分钟就有一个上升沿，触发74160计数工作。当一位乘客下车，另一位新的乘客再次乘坐出租车，需要把上一位乘客的行驶里程、实际消费金额和等待时间统一清除，这时用清零开关对所有计数器进行一次清零，然后再让其回到无效的状态，继续为下一位乘客记录行驶里程和消费金额。4.6.

20、3 3进制计数器图4.6.2 3进制计数器3进制计数器是由74161用反馈清零法接成的，它适用于有清零输入端的集成计数器。74161具有异步清零功能，如图4.6.2所示当计数器接收从秒脉冲计数输出的分信号，输出0011状态（十进制数3）时输出端经过与非门之后产生一个低电平，使74161清零端有效，之后立即返回到0000状态，状态0011仅在瞬间出现一下，这样就构成了3进制计数器。4.7 白天夜间分频电路4.7.1白天夜间分频电路设计设计要求出租车在白天三公里之内8元钱，此后每550米加收一元，夜间的时候三公里起价9元钱，以后每500米加收一元。下图4.7.1为实现白天夜间的里程分频电路，控制里

21、程计价电路的计数。图4.7.1 白天夜间分频电路4.7.2 275分频电路波形图图4.7.2 275分频电路波形图4.7.3 250分频电路波形图图4.7.3 250分频电路波形图4.7.4 分频电路工作原理本次设计的白天夜间里程分频电路均运用反馈置零法实现。白天采用275分频首先将三片74161级联，接成一千进制的计数器，在此基础上借助与非门译码和计数器异步清零功能，具体连接如图4.7.1工作时，在第275个计数脉冲作用后，计数器输出为0001 0001 0011状态时，经过四输入与非门输出低电平，分别作用在每个计数器的清零端CLR（低电平有效），使计数器立即返回到0000 0000 000

22、0状态，状态0001 0001 0011仅在瞬间出现一下，这样就构成了275分频电路，车轮每转275圈，即每550米产生一个边沿。夜间同理采用250进制计数器，车轮每转一圈走两米，250即500米。两个分频电路的使能端都由比较电路输出信号控制，当里程计数达到个位数大于3，或者是十位数不为零的时候，输出一高电平使计数器电路开始工作，进入计数状态。通过白天夜间转换开关的切换，可将分频得到的信号输出到计价电路。5 工作过程分析当有乘客上车出租车开始行驶时，由安装在车轮上的传感器产生信号，经用555定时器组成的施密特触发器对信号进行整形之后，经由两片74390构成的50进制计数器后，就有0.1公里的里

23、程信号产生。因为车轮每转一圈是两米，50进制就是100米，即0.1公里。再由三片74390级联，对0.1公里信号计数，将计数器的输出端接到译码器上，在通过七段显示器显示，其中最大计数到99.9公里。在车辆行驶中，里程大于3公里时，通过一比较电路，里程个位数大于3用7485比较，或者十位数不等于0时将输出端的每一位二进制数都通过一或门，只要有一个输出是1，就会有1输出，再与比较器的输出，共同经过一或门，当输出是1时就会使分频电路开始工作，控制价钱计数电路的工作。另外，在白天，将开关拨到由三片74161构成的275分频电路，当大于3公里比较电路输出一高电平，分频电路工作，每过550米就有一边沿产生

24、，价钱计数电路开始计数，通过七段显示器显示价钱。黑夜的时候转换开关，同上述实现一样。当乘客中途需要下车，或者遇见特殊情况时，打开等待候时开关。用555定时器组成的多谐振荡器，产生1000赫兹的信号，经过三片74390构成的1000分频的计数器后，再通过计数、译码、显示之后，能清晰的看到等待时间，最大显示99分59秒。然后，从第二片74390经过74161构成的3进制计数器，产生信号。白天夜间的分频电路和等待时间都通过一或门，只要有一个电路工作都会使计价电路开始计数，方便乘客看到自己的消费金额。以上就是整个出租车里程计价器的工作过程。6 元器件清单名称型号数量定时器5552片译码器451110片

25、计数器743909片计数器742903片计数器741603片计数器741614片显示器SEVEN-SEG-COM-K-BLUE10片比较器74851片非门74043片二输入或门OR21片四输入或门OR41片二输入与门AND22片四输入与门AND41片 三输入与门AND31片三输入或门OR31片电阻57.72 k1个电阻28.88 k1个电阻5.76 k1个电阻3.09 k1个电容0.01F2个电容0.1F2个7 主要元器件介绍7.1 双十进制计数器743907.1.1 74390管脚图本设计中用到的74390的管脚图，如图7.1.1所示。图7.1.1 74390管脚图7.1.2 74390功能

26、表表7-1 74390功能表输入输出清零MR时钟CPQ1 Q2 Q3 Q4HXL L L LL计数LX保持7.1.3 74390功能介绍 74390是一异步双十进制计数器，异步清零端高电平有效，当其为高电平时，无论是上升沿还是下降沿，还是维持不变的高低电平，计数器输出都为0。应注意，当进行十进制计数时应将1Q0与1CP1连接，2Q0与2CP1连接，为两个十进制计数器，计数脉冲由1CP0输入。7.2 双十进制计数器742907.2.1 74290管脚图图7.2.1 74290管脚图7.2.2 74290功能表表7-2 74290功能表7.3十六进制计数器741617.3.1 74161管脚图图7

27、.3.1 74161管脚图7.3.2 74161功能表表7-3 74161功能表7.3.3 74161功能介绍74161是一种典型的高性能、低消耗CMOS 4 位同步二进制加计数器。在电路中，当置数端输入低电平时为并行数据预置操作，每个数据选择器左边的与门打开，于是，D3-D0到达相应触发器的输入端，当CP脉冲沿到达时，该组数据进入触发器而实现同步预置；当置数端输入高电平是，右边的与门打开，各触发器与相应的同或门实现T触发器功能，接受同步计数的控制信号。7.4十进制计数器741607.4.1 74160管脚图图7.4.1 74160管脚图7.4.2 74160功能表表7-4 74160功能表输

28、入输出CLKCLRLOADEPETABCDQAQBQCQDX0XXXXXXX000010XXABCDABCDX110XXXXX保持X11X0XXXX保持1111XXXX加法计数10XX000000007.4.3 74160功能介绍74160是十进制计数器，为上升沿触发的计数器。CP端为触发脉冲输入端，用于外接触发脉冲的输入；R端清零端，它拥有优先级最高的控制权；PE为并行置数使能端，置数控制端，它有仅次于清零端的控制权；CET与CEP端为计数使能端，当他们连接不同电平时实现计数器多种不同的工作状态；TC 端为进位信号输出端。7.5 七段显示译码器4511 7.5.1 4511管脚图本设计中用到

29、的七段显示译码器4511管脚图如下图7.5.1图7.5.1 4511管脚图7.5.2 4511功能表输 入输 出 LEBILIDCBAabcdefg显示 XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐 01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐 01110110000000消隐 0111100

30、0000000消隐 01111010000000消隐 01111100000000消隐 0111111000000消隐 111XXXX锁 存 锁存 7.5.3 4511功能介绍4511管脚功能介绍如下： LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，4511输出被保持在LE=0时的数值。A0、A1、A2、A3、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，

31、译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否正常。7.6 数值比较器74857.6.1 7485引脚图本设计中用到的数值比较器是7485,其管脚图如图7.6.1。图7.6.1 7485引脚图 7.6.2 7485功能表表7-6 7485功能表7.6.3 7485功能介绍在数字系统中，经常需要对两个数的大小进行比较。数值比较器就是对两个二进制数进行比较的逻辑电路，比较结果有AB、AB以及A=B三种情况。集成数值比较器7485是4位数值比较器，有八个数据输入端，三个数据输出端，以及三个扩展输入端。扩展输入端与其他数值比较器的输出连接，以便组成位数更

32、多的数值比较器。7.7 定时器5557.7.1 555引脚图图7.7.1 555引脚图7.7.2 555功能表 555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。它不仅用于信号的产生和变换，还常用于控制与检测电路中。555内部电路由分压器、电压比较器两个、简单SR锁存器、放电三极管以及缓冲器组成，其内部结构如图4.8.2所示。三个五千欧姆的电阻串联组成分压器，为两个比较器提供参考电压。由于555定时器的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，因而在电子电路中有着广泛的应用。在本设计中，运用了由555定时器组成的多谐振荡器。表7.4 555定时器功能表输入输出阀值输入触发输

33、入复位输出放电管TXX00导通VccVccVcc10导通Vcc1不变不变7.7.3 555功能介绍1脚：电路地GND。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端7脚：放电端DISC。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 1

34、8V，一般用5V。小 结一周的课程设计真的让人感觉时间很短暂，忙忙碌碌中画原理图，改正错误，答辩，用电脑作图，写报告时间不知不觉就从指间,纸间电脑间溜走了。回首这一段时间以来，在图书馆自然科学阅览室找书的情景，在教室与老师、同学讨论问题的情景，深夜里和寝室同学一起画图到天亮的情景每一个场景都历历在目，也许这就是学习的快乐与痛苦所在吧。这次我的课程设计题目，是出租车里程计价器，看到设计与我们的生活息息相关，就有一种很亲切的感觉。由于老师布置的任务比较早，所以在很多同学还没有意识到这个问题的时候，我已经开始着手准备了。在图书馆找了两个上午也没看见关于出租车里程计价器的相关例子，一边忙着复习书本知识后，我发现其实我的设计就是一个计数器的问题。在看了大量相关资料的前提下，我的设计几乎是一气呵成。但是当我拿着自己的原理图和小组一起讨论时，才发现有很多问题。题目要求三公里之内不加钱，之后才每几百米加一元，而我的设计是，只有在个位数大于三公里的时候才能加钱，这都是由于自己的考虑不周才引起的。接下来就是更加完善我的设计