江苏师范大学数字电路模拟电路简易出租车计价器

1、江苏师范大学物电学院本科生课程设计课 程 名 称： 电子综合设计 题 目： 简易出租车计价器 专 业 班 级： 11物41班 学 生 姓 名： 张婷玉 学 生 学 号： 11224020 日 期： 2013-6-1 指 导 教 师： 王立巍 物电学院教务部印制17江苏师范大学物理与电子工程学院课程设计报告一、课程设计目的、任务和内容要求：在现代城市中，随着人口的疾速增长，交通工具的使用也飞速上涨，而对于中国这样一个经济发张水平正稳步前进的国家，出租车的使用也与日俱增，与此同时，出租车计费器的使用也逐日增加，因此，出租车计费器的设计不可忽视。本课程设计的任务就是设计一个简易出租车计费器。鼓励学生

2、在熟悉基本原理的前提下，与实际应用相联系，提出自己的方案，完善设计。具体设计任务如下： 1熟悉出租车计费器工作原理； 2写出出租车计费器的设计方案；3用硬件加以实现；4写课程设计报告。设计要求：设计一个简易出租车计费器控制电路。要求：1一般情况下，行车费用按车轮转一圈0.1元计（可由玩具电机和光电转换器进行模拟）；2起步价5元；用三位数码管显示金额（最大值为99.9元）；3发挥部分：考虑等车费用（按0.05元/每分钟计） 二、进度安排：课程设计时间安排在学期结束前二周进行，共计14天。第1天： 选择课题，论证设计方案；第2至3天： 原理设计，电路仿真（有条件进行这一步），原理修改；第4至5天：

3、 安装工艺设计，购买元器件；第6至9天： 按安装工艺和调试工艺分步安装、焊接、调试，电路修改，总调；第10天： 结构设计与安装（无外壳要求的可以不做此项）；第11至13天：撰写课程设计报告(文搞要求有纸版和电子版)；第14天： 课程设计答辩、演示，验收。三、主要参考文献：1阎石.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.52童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.53周常森.电子电路计算机仿真技术.山东：山东科技出版社，20004郑君里 应启绗 杨为理.信号与系统（第二版）M.高等教育出版社,2000 指导教师签字： 年 月 目录摘要.1Abstract.1第一章

4、 课题背景（或绪论、概述）.21.1意义.21.2应解决的问题.21.3基本要求.21.4发挥部分.21.5理论依据.2第二章 设计方案简述.32.1各模块简述.3第三章 详细设计.43.1 74LS192功能43.2 74ls48各引脚功能解说43.3 555芯片介绍53.4 霍尔管原理7第四章 设计结果及分析84.1 仿真电路104.2遇到问题11第五章 总结.12参考文献13摘要随着科技的不断发展有越来越多的科学技术应用到了人们的日常生活中，也给人们的生活带来了很多方便，大家都见过出租车前面都放着一个待显示的计价器，那么它是怎么起到计价功能的呢，其实很简单，只要用现在所学的专业知识就可以

5、自己动手做一个简易的出租车计价器，这里我们还特意加入了等车计价的功能。在数字电路基础课中学到了好几种计数器芯片，利用这些计数芯片和相关的译码器就可以实现我们的简易计价器的制作，在等车计价方面采用555电路产生12秒为周期的震荡电路从而实现了每过一分钟计价0.05元的功能，加获取计价信号方面采用了霍尔管在磁场下的特殊效应，来实现高低点平的产生。可以通过调节滑动变阻器就可一调节电机的转速。关键词：出租车计费器；74LS192；CD4543；555数字计数器AbstractAlong with the continuous development of a growing number of sci

6、ence and technology to the people of Richangshenghuo Zhong, Ye to the people of Shenghuodailai a lot of convenience, we have stood Du seen taxi Qianmian the valuation of a device to be Xian Shi, it is how it played valuation function is very simple, just now learning to use professional knowledge to

7、 make your own a simple taxi meter, here we have specially priced Jiaru the other car functions. In the digital circuit based class secondary to several counter chip, using these counts chips and associated decoder can achieve our simple meter production, in the other car pricing aspects of using 55

8、5 circuits have 12 seconds to cycle oscillator circuit to achieve over a minute per 0.05 yuan valuation function, plus access to pricing signals in the magnetic field using a Hall-pipe under the special effects, to achieve high and low level of production. Can be adjusted by a sliding rheostat can a

9、djust the motor speed.Keywords：74LS160, 74LS48, 74LS121, Hall element, Manostat第一章 概述 利用所学的专业知识设计并制作出具有预置起步价和等车计价功能的简易出租车计价器，1.1意义：简易出租车计费器的设计让同学们的很好的掌握了芯片等的工作原理和使用方法，也让同学们熟悉了电子线路设计的过程和动手操作的注意点，更好的让同学们积累了一定的电路操作的动手能力。本次的课程设计是组队设计，也很好的加强了同学们的团队工作精神和互相帮助的友情。1.2应解决的问题：等车计价问题和模拟车轮转动问题。1.3基本要求：行车费用按车轮转一圈

10、0.1元计（可由玩具电机和光电转换器进行模拟）；起步价5元；用三位数码管显示金额（最大值为99.9元）。1.4发挥部分：考虑等车费用（按0.05元/每分钟计）；其它 1.5理论依据：74ls192芯片具有加减和预设处置功能，在译码和显示方面分别采用的是74ls48译码器和7段共阴数码管。发挥部分使用的是555定时电路把周期定在12秒刚好满足每一分钟增加0.05元的题目要求，车轮的计数由霍尔管和电机组成系统产生的脉冲给74ls192实现没转一圈数码管实现加一的要求第二章 设计方案简述2.1 各模块简述 根据题目的要求和设计需要，我选择了具有加减和预设处置功能的74ls192芯片作为计数模块，在译

11、码和显示方面分别选用的是74ls48译码器和7段共阴数码管。发挥部分我使用的是555定时电路把周期定在12秒刚好满足每一分钟增加0.05元的题目要求，车轮的计数由霍尔管和电机组成系统产生的脉冲给74ls192实现每转一圈数码管实现加一的要求。555外围电路霍尔管电路第三章 详细设计3.1 74LS192功能 74LS192 为 可 预 置 的 十 进 制 同 步 加 / 减 计 数 器 ， 其主要电特性的典型值如下：192 的清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。192 的预置是异步的。当置入控制端（PL）为低电平时，不管时钟CP的

12、状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（P0P3）相一致的状态。192 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在 4 个触发器上而实现。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（TCU）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（TCD）输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平脉冲。当把TCD和TCU分别连接后一级的CPD、CPU，即可进行级联74ls192各引脚图74ls48各引脚功

13、能图、输出状态图、逻辑电路图、相似类型、性能参数 32 74ls48各引脚功能解说：16g电源正极、8g电源地        7、1、2、6g输入端(A、B、C、D)     13、12、11、10、9、15、14g输出端        3g测灯、4g消隐、5g灭零 3g测灯输入 LT（lamp test input):指3脚为低电平时，芯片输出为高电平，接到数码管上，数码管的各段发光二极管都亮，说明数码管是好的，若

14、有一段以上发光二极管不亮，说明数码管已坏。如果3脚为高低平，则断开测试功能。用术语讲，就是3脚对低电平有效。数码管正常工作时，LT=1。 4g消隐输入/灭零输出 BI/RBO（Blanking Input/Ripple Blanking Output）：4脚对低电平有效，即4脚为低电平时，芯片执行该功能，BI/RBO=1时，数码管正常工作。BI/RBO消隐的特点是：当BI/RBO=0时，不管输入端为何值，输出端都为低电平，数码管不发光，这样做是为了降低显示系统的功耗。BI/RBO是级别最高的控制端。 5g灭零输入RBI (Ripple Blanking Input):5脚对低电平有效，当RBI

15、=0，若输入端全为零时，输出端也全为零，数码管不显示0字符，但其余的数字正常显示。当RBI=1时，数码管正常工作。这种设计是为了多位数显示时，要去掉低位数的零（如小数点后的零是这种情形之一）。74LS48真值表:48芯片的逻辑图就是根据这个真值表进行设计的。 D C B A LT BI/RBO RBI g f e d c b a BCD码 × × × × 0 1 1 1   1   1   1   1   1   1 8  ×

16、 × × × × 0 × 0   0   0   0   0   0   0 不显示 0 0 0 0 1 1 0 0   0   0   0   0   0   0 不显示 0 0 0 1 1 1 0 0   0   0   0   1&#

17、160;  1   0 10 0 1 0 1 1 0 1   0   1   1   0   1   1 2 1 0 0 1 1 1 0 1   1   0   0   1   1   19 0 0 0 0 1 1 1 0   1   1   1  

18、 1   1   1 0 0 0 0 1 1 1 1 0   0   0   0   1   1   0 1 0 0 1 0 1 1 1 1   0   1   1   0   1   1 20 0 1 1 1 1 1 1   0   0   1&#

19、160;  1   1   13 0 1 0 0 1 1 1 1   1   0   0   1   1   0 40 1 0 1 1 1 1 1   1   0   1   1   0   1 50 1 1 0 1 1 1 1   1   1  

20、1   1   0   0 60 1 1 1 1 1 1 0   0   0   0   1   1   1 71 0 0 0 1 1 1 1   1   1   1   1   1   181 0 0 1 1 1 1 1   1   0   0&#

21、160;  1   1   1 93.3 555芯片介绍555 芯片是定时器,是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它

22、也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3。555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2

23、的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 3.4 霍尔管原理霍尔集成电路是一种磁敏传感器。可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔集成电路是以霍尔效应原理为基础工作的。      霍尔集成电路具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐

24、蚀。      按照霍尔集成电路的功能可将它们分为:霍尔线性集成电路和霍尔开关集成电路。前者输出模拟量，后者输出数字量。      霍尔线性集成电路的精度高、线性度好；霍尔开关集成电路无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。     通过霍尔集成电路将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作

25、状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 霍尔开关电路的输出级一般是一个集电极开路的NPN晶体管，其使用规则和任何一种相似的NPN开关管相同。输出管截止时，输漏电流很小，一般只有几nA，可以忽略，输出电压和其电源电压相近，但电源电压最高不得超过输出管的击穿电压（25V30V）。输出管导通时，它的输出端和线路的公共端短路。因此，必须外接一个电阻器（即负载电阻器）来限制流过管子的电流，使它不超过最大允许值（一般为1020mA），以免损坏输出管。输出电流较大时，管子的饱和压降也会随之增大，使用者应当特别注意，仅这个电压和你要控制的电路的截止电压（或逻辑“零”）是兼容的。 

26、;以与发光二极管的接口为例，对负载电阻器的选择作一估计。若在Io为20mA（霍尔电路输出管允许吸入的最大电流），发光二极管的正向压降VLED=1.4V，当电源电压VCC=12V时，所需的负载电阻器的阻值和这个阻值最接近的标准电阻为560，因此，可取560的电阻器作为负载电阻器。负载电阻器阻值根据负载电流的大小一般取5005K.霍尔管实物和原理图当霍尔管靠近磁铁时其输出一个高电平，远离磁铁时跳变为低电平中间间隔时间很短，当输出低电平时就可以给74ls192一个脉冲，从而实现了计数器加一的功能。此模块能很好的模拟车轮的转动。第四章 设计结果及分析4.1仿真电路4.2遇到问题原来在电路中是使用霍尔管

27、（或电机）来模拟车轮的转动并实现计费，用示波器检测霍尔管的输出波形，呈现出标准的方波。但是在实际电路中计数器却不能实现单一的计数，而用按键模拟的波形和霍尔管输出的波形很相似却可以实现单一的计数功能。所以我又安装了一个点触开关来模拟车轮的转动来计费。此外，在发挥部分考虑等车费用（按0.05元/每分钟计），我还用了了555和两个电容电阻来进行出租车的时间计时，使最后一个数码管12秒跳0.01元。但是经过几次试验后，在初始状态下出现05.01因此我又加了一个拨码开关和点触开关来进行复位。这样既方便复位，又方便老师和我检查电路。此外，我认为05.01产生的原因是因为电路在一开始开关打开的瞬间就产生一个

28、脉冲了，或者是因为电容有一定充放电功能才会产生一个脉冲。但是具体什么原因我还不敢确定，还请老师答疑和多多指教。第五章总结 经过这么多天的努力终于实现了本设计的要求，通过理论和实践的结合让我更加深刻的知道了，理论和实际的差距，和动手操作的重要性，对各个芯片的功能和原理有了进一步的了解和掌握。虽然在实物制作过程中遇到了不少困难，但是这样更加锻炼了我。在这次课程设计中，我在找到错误时，学会分析错误产生的原因，让我更好的了解到芯片每一个引脚所起的作用。此外，电路的排版和焊接也是需要思考改进和加强的，电路有时会因为焊锡丝的过多而发生短路，也会因为焊锡丝的过少而发生虚焊。这也为以后的电路设计积累了宝贵的经验。这次课程和设计让我学到了很多东西。总之，这次设计不光增强了我的动手能力，更让我学会了分析问题和解决问题的方法。元器件清单：74ls