电子技术课程设计

1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设计目的掌握出租车里程计价器的构成、原理与设计方法;熟悉集成电路的使用方法。1.2.2基本要求设计秒脉冲产生信号；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500米加收1元；等候时间为15分钟计价器加收1元，等候时间信号由时钟产生；计价表的计数、寄存、译码显示系统。1.2.3发挥部分里程数的计数、寄存、译码显示系统；白天、晚上的转换，晚上为3公里10元，此后为每450米加收1元;等待时间每隔15分钟产生一报警信号，扬声器工作。2设计思路拿到课程设计的题目一一出租车里程计价器，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325分频，计数器预置9元，夜间是275分频，计数器预置10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1000赫兹信号分频之后就有秒脉冲信号。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，十五分钟之后，经555单稳态触发器和振荡器驱动扬声器工作，以提醒司机和乘客，等待时间已经达到15分钟。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，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设计方框图等待记时电路时钟电路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:U53图4.1.1秒脉冲信号产生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=1mst2=0.7(R1+R2)Ct1=0.7R2C若选定脉冲占空比为0.6可得1uF1uF图4.1.2由555定时器组成的多谐振荡器工作波形§=—-2—=0.6t+tt2=0.6x1ms=0.6mst1=T-t1=1-0.6=0.4ms取电容C2=0.、F,则R2==t10.4x0.0010.7C]0.7x0.1x0.000001=5.714kq。R1=t2-R2=0.6x0.0010.7C0.7x0.1x0.0000011取R2=5.7kq,R1=3.1kq-5.417x1000=3.1kq4.2分秒计数显示电路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99.99分。U22U26U237448N38BCD1263032U257448NU277448NU47A74390N35674639U48A74390N清零开关分信号7404N^^^|u28U297448N秒信号U49A74390N50A4390N图4.2.1等待时间分秒显示电路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99.99分钟。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作。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。

U13RATED传感器VCCRSTOUTDISU13RATED传感器VCCRSTOUTDISTHRTRICONGND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为本设计中的里程计数电部分:

1314151412U11A74390N61519.U12A74390N图4.4.1里程计数电路U15A74390NU10A74390N传感器12U14A74390N清零开关4.4.2里程计数电路工作原理1314151412U11A74390N61519.U12A74390N图4.4.1里程计数电路U15A74390NU10A74390N传感器12U14A74390N清零开关由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是异步二一十进制计数器，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:JOR4A3OAGTBB3OAEQBA2OALTBB2A1B1A0B0AGTBAEQBALTB7485N90.5JOR4A3OAGTBB3OAEQBA2OALTBB2A1B1A0B0AGTBAEQBALTB7485N90.5U10A74390N142U11A74390NU12A74390N清零开关0.公里信号图4.5.1比较电路4.5.2比较电路工作原理本设计基本要求出租车3公里起价费白天为9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,下面的电路就是设计中的计价电路：清零开关高电平U16CKU18CK1cDEFG-!~B~si~:~Pl-1:I911U3074160NU177448N电.清零开关高电平U16CKU18CK1cDEFG-!~B~si~:~Pl-1:I911U3074160NU177448N电.IU197448NU3274160NU35A7404NU3374161N图4.6.1计价电路AB^DEE345671•:、U36

hfR3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15分钟之后.每几百米加收1元钱或者说是每等待15分钟加收一元钱。其中白天预置9元，晚上预置10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15进制计数器，每过15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3,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。15进制计数器U347ABCD31456分信号U3374161N高电平U35A7404N图4.6.215进制计数器7ABCD31456分信号U3374161N高电平U35A7404N15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1111状态（十进制数15）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1111仅在瞬间出现一下，这样就构成了15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9元钱，此后每650米加收一元，夜间的时候三公里起价10元钱，以后每550米加收一元。下图4.7.1为实现白天夜间的里程分频电路，控制里程计价电路的计数。行驶脉冲图4.7.1白天夜间分频电路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325分频首先将三片74160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325个计数脉冲作用后，计数器输出为010100100011状态时，经过五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000000000000状态，状态010100100011仅在瞬间出现一下，这样就构成了325分频电路，车轮每转325圈，即每650米产生一个边沿。夜间同理采用275进制计数器，车轮每转一圈走两米，275即550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。4.8报誓电路4.8.1报警电路设计该报警电路的主要构成为由555定时器构成的单稳态触发器和多谐振荡器，基本电路如图4.8.1。（b）多谐振荡器（a）（b）多谐振荡器（a）单稳态触发器4.8.2报警电路工作原理图4.8.2555定时器的电路结构555定时器的电路结构如图4.8.2接通电源后如果触发输入端2脚没有输入信号，3脚输出端为低电平。电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态，即低电平。当触发输入端施加触发信号时，电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C充电，当电容充电至电源电压的三分之二时电路的输出电压由高电平翻转为低电平，同时T导通，电容C放电，电路返回到稳定状态。电路的工作波形如图4.8.2所示。如果忽略T的饱和压降，则电容充电的时间，即为输出电压的脉宽。输出电压的脉宽有一定的持续时间，这样由555定时器构成的多谐振荡器开始工作，扬声器发出声响。Vi▲图4.8.3单稳态触发器波形4.8.3报警电路相关参数计算用555定时器组成的单稳态触发器：通常电阻的取值在几百欧至几兆欧之间，电容的取值为几百皮法到几百微法，这样电路产生的脉冲宽度可从几个微秒到数分钟，精度可达到0.1%。本设计选择脉冲宽度5秒。输出电压的脉宽T=1.1RC即报警5秒R=T/1.1C，R=90KQ，C=50四F用555定时器组成的多谐振荡器：具体参数计算同4.1.2秒信号产生电路参数计算相同。电容C6的取值一般不宜小于100皮法，本设计中C6=0.5四F。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74160构成的325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650米就有一边沿产生，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99.99分。然后，从第二片74390经过74161构成的15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5554片译码器744810片计数器7439012片计数器741609片计数器741611片曰二取显示器TIL30910片比较器74851片非门74044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片五输入与门AND51片六输入与门AND61片电阻5.7kQ2个电阻3.1kQ2个电阻90kQ1个电容0.01gF4个电容0.1gF2个电容0.5gF1个7主要元器件介绍7.1双+进制计数器7439074390管脚图本设计中用到的74390的管脚图，如图7.1.1所示。图7.1.174390管脚图74390功能表表7-174390功能表输入输出清零MR时钟CPQ1Q2Q3Q4HXLLLLLJ计数LX保持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。7.2七段显示译码器74487448管脚图本设计中用到的七段显示译码器7448管脚图如下图7.2.1Vm±aIj<?clci)7118bc：ltBiirieia成］11IIlliIIs图7.2.17448管脚图7448功能表7448功能表见表7.2。7448功能介绍常用的集成七段显示译码器有两类，一类译码器输出高电平有效信号，用来驱动共阴极显示器，另一类输出低电平有效信号，以驱动共阳极显示器。本设计中用到的七段显示译码器7448,是OC门，含上拉电阻，高有效输出，可直接驱动共阴极LED数码管，不需限流电阻。A、B、C、D为高有效数据输入端，a、b、c、d、e、f、g为译码输出端，另外7448还具有三个辅助功能LT、RBI、BI/RB。灭灯输入BI/RBO：BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI=0时，无论其他输入端是什么电平，所有各段输出a〜g均为0，所以字形熄灭。

表7-27448功能表十进制数或功能输入BI/RBI输出说明LTRBIDCBAabcdefg011000011111110011d000110110000121d001011101101231d001111111001341d010010110011451d010111011011561d011010011111671d011111110000781d100011111111891d1001111110119101d101010001101111d101110011001121d110010100011131d110111001011141d111010001111151d111110000000消隐dddddd00000000熄灭脉冲消隐11000000000000灭零灯测试0ddddd11111111测试试灯输入LT：当LT=0时，BI/RBO是输出端，且RBO=1，此时无论其他输入端是什么状态，所有各段输出a〜g均为1,显示字形:•。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。动态灭零输入RBI：当LT=1，RBI=0且输入代码DCBA=0000时各段输出a〜g均为低电平，与BCD码相应的字形9熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位0的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。动态灭零输入RBO：BI/RBO作为输出使用时受控于LT和RBI。当LT=1且RBI=0，输出代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=1且RBI=1，贝RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码之间的连接。

由功能表还可以看出，对输入代码0000,译码条件是：LT和RBI同时等于1,而对其他输入代码则仅要求LT=1，这时候，译码器各段a〜g输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求。7.3数值比较器74857485引脚图本设计中用到的数值比较器是7485，其管脚图如图7.3.1。|16|||||||9VccA3ts.A2Bo)7485B*AcBA=BAA<B|1IIIIII|8图7.3.17485引脚图7485功能表表7-37485功能表输入|输出一A3B3A2B2AlB1AoBoIa>bIa<bIa=bFa>bFa<bFa=bA3>BsXXXXXA3>BsXXXXXXa3<b3XXXXXXAs=B32XXXXXAs=B3A2XXXXXAm二BaA2=B2Ai>BtXXXAs=B3A2=B2Ai<BiXXXA3=B3A2=B2Ai=Bi&>B0XXA3=B3A2=B2Al二BiAo<BoXXA3=B3A2=B2Ai=BiAo=BOHLA3=B3A2=B2Al=BiAo=BoLLAs=B3A2=B2Ai二B]Ao=BoXHA3=B3A2=B2Al二BiAq=BoHHLAs=B3A2=B2Al=BiAn=BoLLLLLLLLLLLLLHLLLHLHLHLHLHLLHHLHLHLHLHLLLH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A>B、A<B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，以便组成位数更多的数值比较器。7.4定时器555555引脚图图7.4.1555引脚图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，分别运用了由555定时器组成的单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器表7.4555定时器功能表输入输出阀值输入触发输入复位输出放电管TXX00导通<2Vcc<-LVcc11截止>2Vec>-LVcc10导通<2Vcc>-LVcc1不变不变7.4.3555功能介绍1脚：电路地GND。2脚：TL低触发端3脚：输出端Vo4脚：膈是直接清零端。当膈端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、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0.01^F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3〜18V，一般用5V。经过一周的电子技术课程设计，我学到了很多关于电子技术方面的知识，我在平时的学习当中，只学到了一些关于电子技术最基本的知识，到了具体的应用领域，我们能做的非常有限。这次我们课程设计的课题是设计一个比较适用的出租车里程计价器。在这次设计中，我需要用很多课本上没有的知识，尤其是关于一些课本上没有的电子集成芯片的应用知识，这就要求我们自己从网上和图书管查找关于这些芯片的中文应用资料，但是有些时候，一些我需要用到的集成芯片只能找到英文资料，再加上我们需要应用全英文版电子设计软件画电路图，这些使我感觉到自己所学的英文还远远不够我现在的学习和将来的工作使用。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。为了做好这次课设，我上图书馆查阅了相关的资料，紧接着用电脑作图是我最头疼的一件事。没有电脑，英语学得不好，对电脑的使用也不太熟练，这无疑给我的设计带来了很大的麻烦，一步步，克服一个又一个困难，终于写到了小结部分。通过这次课程设计我明白了很多事情，没有什么大不了的困难是过不去的，所谓“态度决定一切”，有付出才能有所收获。温故而知新，课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对