1、 課 程 設 計 說 明 書課程設計名稱：電子技術課程設計題 目： 出租車計費器的設計學 院：電氣信息學院學 生 姓 名：閔 勇專 業：電氣工程與自動化學 號：332011080706110指 導 教 師：陳 永 強西華大學課程設計說明書出租車計費器的設計摘 要：出租車計價器是加強行業管理、減少司機與乘客糾紛的重要系統設備。本文采用以計數器為核心,將行車里程、等候時間按相同的比價轉換成脈沖信號,然后對這些脈沖進行計數的方法,實現對出租車的多功能計價,輸出采用4段數碼顯示管。該計價器能實現基本的計價,還可以根據白天,黑夜,中途等待來調節單價,同時在不計價的時候作為時鐘為司機和乘客提供方便。本設計

2、主要用74LS160,555數字計數器,譯碼電路構成數字系統的設計思想。 關鍵詞：出租車，計數器，譯碼器，555,LED數碼管。 Abstract：Taximeter is a system device to enhance the industry management and reduce the dispute between taxi driver and passengers.In the paper,it uses the method that takes the counterer as core to transfer mileage,waiting timeto puls

3、e signals at the identical ratio and then counts these pulse sinalsto realize the goal of multi-function valuation,output in 8-segment LED.Thetaximeter can value basically and adjust the unit price according to the difference among day,nigh and midway waiting.Meanwhile,it works as clock fortaxi driv

4、er and passageners when its leisure. This design is mainly used 74LS160, 555 digital counter, decoder circuit design of digital systems thinking. Keywords：Taxi counter, decoder,555, display tubes.目 錄1 前言1 1.1 設計背景1 1.2 設計目標1 1.3 設計計劃2 1.4 必備條件22 總體方案設計3 2.1 方案一3 2.2 方案二4 2.3 方案比較與選擇53 單元模塊設計6 3.1 各單

5、元模塊功能介紹及電路設計6 3.1.1里程計數及顯示模塊設計6 3.1.2計價模塊設計73.1.3等車時間顯示電路模塊設計9 3.1.4里程顯示電路模塊設計10 3.3元器件的介紹10 3.3.1 74LS290計數器介紹10 3.3.2 74LS74雙D觸發器114 系統調試15 4.1調試環境154.2仿真過程154.2里程大于3KM的仿真圖154.2等候時間大于5分鐘的仿真圖155 系統功能與參數16 5.1 系統能實現的功能16 5.2 系統的參數16 5.3 系統調試方法與內容166 結論187 總結與體會198 謝辭209 參考文獻2110 附錄122II1 前言隨著出租車行業的快

6、速發展，出租車已經成為城市交通的重要組成部分，從加強行業管理以及減少司機與顧客之間的糾紛出發，具有良好的性能的計費器對于出租車司機和乘客來說都是很必要的。通過已經學過的數電和模電只是并查閱課外輔導資料，運用TINA仿真軟件等的設計和仿真測試，設計一定要求的出租車計費器。1.1 設計背景隨著出租車行業的發展，對出租車計費器的要求也越來越高，用戶不僅要求 計費器性能穩定，計費準確，有防作弊功能；同時還要求其具有車票資料打印、 IC卡付費、語音報話、和電腦串行通信等功能，而這些與電子技術的發展是分不 開的。二十世紀后半期，隨著集成電路和計算機技術的飛速發展，數字系統也得 到了飛速發展，其實現方法經歷

7、了由分立元件、SSI、MSI到LSI、VLSI以及UVLSI 的過程。 同時為了提高系統的可靠性與通用性， 微處理器和專業集成電路 （ASIC） 逐漸取代了通用全硬件LSI電路，而ASIC以其體積小、重量輕、功耗低、速度快、 成本低、保密性好而脫穎而出。目前，業界大量可編程邏輯器件（PLD） ，尤其是 現場可編程邏輯器件（FPLD）被大量地應用在ASIC的制作當中。在可編程集成電 路的開發過程中，以計算機為工作平臺，融合了應用電子技術、計算機技術、智 能化技術最新成果的電子設計自動化（EDA）技術主要能輔助進行三方面的設計 工作：IC設計,電子電路設計以及PCB設計 理想的可編程邏輯開發系統能

8、符合大量的設計要求：它能夠支持不同結構的器 件，在多種平臺運行，提供易于使用的界面，并且有廣泛的特征。此外，一個設 計系統應該能給設計師提供充分自由的設計輸入方法和設計工具選擇。 隨著城市建設日益加快，象征著城市面貌的出租車行業也將加速發展，計費 器的普及也是毫無疑問的，所以未來汽車計費器的市場是十分有潛力的。1.2 設計目標(1） 計費包括起步價、行車里程計費、等待時間計費3部分；(2） 位數碼管顯示金額，最大值為99.9元，最小計價單元為0.1元；(3） 行程3公里內，且等待累計時間3分鐘內，起步費為8元，超過3公里，以每公里1.6元計費，等待時間單價為每分鐘1元；(4） 用兩位數碼管顯示

9、等待時間，最大值為59min；1.3 實施計劃(1) 查閱參考資料，畫出草稿圖；(2) 單元電路的功能介紹與設計；(3) 電路參數的計算及器件選擇；(4) 用proteus軟件做出電路圖；(5）運行仿真，觀察輸出結果：(6) 繪制電路原理圖；(7）心得體會總結。 1.4 必備條件電子計算機、proteus軟件（8.0版）2 總體方案設計2.1 方案一(1)設計類容具體如下：汽車在行駛時，里程傳感器將里程數轉換成與之成正比的脈沖個數，然后由計數譯碼電路變成收費金額。里程傳感器由磁鐵和干簧管組成，磁鐵置于變速器渦輪上，每行駛100米，磁鐵與干簧重合一次，即輸出一個脈沖信號。則10個脈沖/公里(設為

10、P3)。里程單價可由（B2=2. B1=1）BCD拔碼開關設置，經比例乘法器后將里程計費變換成脈沖數P1=P3（1B1+0.11B2）.由于P3=10，則P1為21個脈沖，即脈沖當量為0.1元/脈沖。同理等車計費也可以轉換成脈沖當量，這需要脈沖發生器產生10個脈沖/10 分鐘（設為P4），如果等車單價為0.6元/10分鐘（置B4=0，B3=60，經比例乘法器后將等車計費變換成脈沖數P2=P4（0B4 + 0.1B3）.同理起步價也可以轉換成脈沖數（P0=單價/當量）或者將P0作為計數器的預置信號。最后行車費用轉換成脈沖總數P=P0 + P1 + P2,結果用譯碼顯示器顯示。 (2)設計原理:自

11、動計費器包括里程計費電路、等候時間計費電路、BCD碼加法器、起步價四部分，用三位 數碼管顯示，最大金額 99.9 元。 里程計費電路工作原理：干簧繼電器產生的脈沖信號經由 74LS290和74LS74 組成的電路整形得到 CP0,CP0 送入 74LS290 計數器。當計數記滿 10 個脈沖時， 一方由于與非門產生清零脈沖，加到 Rd 端使計數器清零，等候時間起始信號由手動開關給定。 (3)設計模塊: 1. 計費模塊: 根據出租車計費原理, 將出租車計費部分由 3 個計數器來完成分別為計數 器 A 完成車費十位。計數器 B 完成車費個位.計數器 C 完成車費角。 2. 車費的顯示模塊 由動態掃

12、描電路來完成. 用專用模塊來實現, 完成數據的輸入即動態數據的顯示.(4)總體框圖:圖2.1方案一總體框圖2.2 方案二 (1) 基于 VHDL 的出租車計費器的設計. 采用 FPGA 芯片進行出租車計費器，主要分為分頻模塊、計量模塊、 計費模塊、控制模塊等模塊，利用 FPGA 的可編程性，簡潔又多變的設計方法，縮短了 研發周期。主要采用了 FPGA 芯片，使用 VHDL 語言進行編程，使其具有了更強的移 植性，更加利于產品的升級。  （2）設計原理： 根據設計要求，系統的輸入信號 clk，計價開始信號 Start，等待信號 Stop，里 程脈沖信號 fin。系統得輸出信號

13、有：總費用數 cha0 cha3，行駛距離 km0 km1， 等待時間 min0 min1 等。系統有兩個脈沖輸入信號 clk_750k、fin，其中 clk_750k 將根據設計要求分頻成 13hz、15hz 和 1hz 分別作為公里計費和超時計費的脈沖。 兩個控制輸入開關 start、stop；控制過程為：start 作為計費開始開關，當 start 為高 電平時，系統開始根據輸入的情況計費。當有乘客上車并開始行駛時，fin 脈沖到 來，進行行駛計費，此時的 stop 需要置為 0；如需停車等待，就把 stop 變為高電平， 并去除 fin 輸入脈沖，進行等待計費；當乘客下車且不等待時，直

14、接將 start 置為 0， 系統停止工作；價格開始歸為起步價 8.0 元。 整個設計由分頻模塊、計量模塊、計費模塊、控制模塊等四個部分組成。 其中計量模塊是整個系統實現里程計數和時間計數的重要部分；控制模塊是實現不 同計費方式的選擇部分，根據所設計的使能端選擇是根據里程計費還是根據等待時 間計費；同時設計通過分頻模塊產生不同頻率的脈沖信號來實現系統的計費。計量 模塊采用 1HZ 的驅動信號，計費模塊采用 13HZ、15HZ 的驅動信號 （3）總體原理框圖： 圖2.2 方案二總體框圖 2.3方案比較選擇 經過上面的兩種方案的比較，兩種方案各有千秋,但它們實質是一樣的。由于剛剛學完了模電和數電，

15、較兩種方案而言，第一種方案對于加強和鞏固所學的數電知識十分明顯，所以我最終選擇了第一種方案。3 單元模塊設計本節主要介紹系統里程計數及顯示電路、計價、等候時間顯示電路模塊的具體功能、電路結構、工作原理、以及各個單元模塊之間的聯接關系；同時本節也會對相關電路中的參數計算、元器件選擇、以及核心器件進行必要說明。3.1各單元模塊功能介紹及電路設計本系統主要分為3個單元模塊，它們分別是：里程計數及顯示電路模塊、計價模塊和秒信號發生器及等候計時電路模塊里程顯示計數模塊、清零復位。各單元模塊功能及相關電路的具體說明如下。3.1.1里程計數及顯示模塊在計程車轉軸上加裝傳感器，以便獲得“行駛里程信號”。設汽車

16、每走10米發一個脈沖，到1公里時發100個脈沖，所以對里程計數要設計一個模100計數器，如下圖所示3.2 圖3.1里程計數及顯示框圖1具體模100計數器電路： 3、2模100計數器里程的計數顯示，側用十進制計數，顯示、譯碼顯示即可，如圖3.3計數器采用74LS290，顯示可用譯碼，驅動、顯示三合一器件或共陰、共陽顯示組成（74LS248、 LC5011-11或74LS247、 LC5011-11）。2里程計數、譯碼、顯示電路 3.3里程計數、譯碼、顯示電路3.1.2 計價電路模塊設計該電路由兩部分組成，一是里程計價：在起價公里以內（如3公里內），按起步價算；若超過起價公里，則每走一公里，計價器

17、則加上每公里的單價款。二是等候計價；汽車運行時，自動關斷計時等待，而當要等候計數時，需要手動按動“等侯”計費開關，進行計時，時間到（如10分鐘），則輸出1公里的脈沖，相當于里程增加了1公里，數字顯示均為十進制數。因此，加法也要以BCD碼相加。 1、一位BCD碼相加的電路如圖3.4所示，當二位二進制BCD碼數字相加超過數值9時，有進位輸出。 具體一位8421BCD碼加法器模塊的具體電路: 圖3.4 計數器模塊電路2、里程判別電路如圖4.5所示。當所設置的起價公里數到時，使觸發器翻轉。圖3.5中為3公里時觸發器動作。具體里程判別模塊電路設計： 圖3.5里程判別電路框圖3.1.3秒信號發生器及等候計

18、時電路模塊設計 秒信號可用32768Hz石英晶體振蕩經CD4060分頻后獲得。簡易的可用555定時器近似獲得。 我們采用14位同步二進制計數器和振蕩器4060，外接石英晶體實現振蕩與分頻功能，可以輸出2Hz的信號，在經過二分頻就可以得到1Hz（T=1s）的脈沖信號。 14位同步二進制計數器和振蕩器4060由兩部分組成，一部分是14級分頻器，分頻系數為1616384，從Q4Q14端輸出；另一部分是振蕩器電路，通過外接電阻和電容構成RC振蕩器，或外接石英構成晶體振蕩器。圖如圖3.6所示，功能表見表3.1。由功能表可知，CLR為復位端，高電平時計數器清零，低電平時，執行計數器功能。 表 3.1 40

19、60功能表我們可以用4060的Q4端得到的2Hz的脈沖信號進入有4518構成的二分頻器，在輸出端Q0上就可以得到1Hz的脈沖信號。功能表如表3.2。電路如圖3.6所示。表3.2 4518功能表侯時計數器每10分鐘輸出一個脈沖，個位秒計數器為60進制，分計數器為十進制，這就組成了600進制計數器。 圖3.6 4046和4518構成的二分頻器3.1.4里程計數顯示單元模塊設計計程車起動后，每前進10米，發一個脈沖，通過IC19與門（74LS08），輸入到IC4CP0端進行計數，IC4、IC5（74LS290）為模100計數器，當計數器計滿1Km（100*10），在IC5的Q3輸出一個脈沖，使IC6

20、計數，顯示器就顯示1公里。IC6、IC7、IC8為三位十進制計數器，計程（數）最大范圍為999。 計程車計價（程）時，開關K合上（打在位置2上）3.1.5里程計數顯示單元模塊設計清零復位后，要使各計數均清0，顯示器中僅有單價和起步價顯示外，其余均顯示為0。 汽車啟動后，里程顯示開始計數。當汽車等候時，等候時間開始顯示。運行計數和等候計數二者不同時計數工作。 計程車計價器總圖分別由里程計數單元、侯時計數單元、起步價、單價預置開關、加法器、顯示及控制觸發器等部分組成。3.1.5時間等候計數IC3、IC2、IC1為時間等候計數器。當計程車在等候時，司機按一下“侯時”鍵，IC9被置成1，觸發器Q端輸出

21、1信號，使4046定時振蕩，輸出1Hz的脈沖到IC1、IC2、進行60秒計數，IC3為十進制計數器。當計滿10分鐘，輸出一個脈沖，CP10到IC18或門，給里程計數器計數，即等候10分鐘，相當于行程1公里。 若等候5分鐘時，汽車恢復行駛，這時，汽車運行輸出的脈沖，使IC9翻轉（Q=0），計時停止而轉入計程。這樣，二者不會重復計數，實現正確，合理的收費3.3元器件的介紹本系統中主要使用了如下一些功能器件：74LS74、74LS83、74LS290及門電路下面就這些器件的功能特點、主要參數和使用方法作相應說明。3.3.1 74LS290計數器介紹74LS290是二/五分頻十進制計數器，功能如下：（

22、1） 異步清零端 MR1,MR2 為高電平時，只要置 9 端 MS1,MS2 有一個為低電平，就可以完成清零功能；（2） 當 MS1,MS2 均為高電平時，不管其他輸入端狀態如何，就可以完成置9功能；（3） 當 MR1,MR2 中有一個以及 MS1,MS2 中有一個同時為低電平時，在時鐘端/CP0,/CP1 脈沖下降沿作用下進行計數操作：1) 十進制計數：應將/CP1 與 Q0 連接，計數脈沖由/CP0 輸入。2) 二、五混合進制計數：將/CP0 與 Q1 連接，計數脈沖由/CP1 輸入。3) 二分頻、五分頻計數：Q0 為二分頻輸出，Q1Q3 為五分頻輸出 表3.274LS290參數表 3.3

23、.2 74LS74雙D觸發器介紹1：74LS74是雙D觸發器,功能多,可作雙穩態,寄存器,移位寄存器,振蕩器,單穩態,分頻,等2: 74LS74雙D觸發器: 圖3.6 RS觸發器邏輯圖3：74LS74雙D觸發器功能表：表3.2 74LS74功能表4. 系統調試本設計用proteus仿真軟件對里程計數電路模塊、計價模塊和等候時間電路模塊進行了仿真。4.1調試環境Proteus是英國Labcenter公司開發的電路分析與仿真軟件。該軟件的特點是：集原理圖設計、仿真和PCB設計于一體，真正實現從概念到產品的完整電子設計工具，具有模擬電路、數字電路、單片機應用系統、嵌入式系統（不高于ARM7）設計與仿

24、真功能，具有全速、單步、設置斷點等多種形式的調試功能，具有各種信號源和電路分析所需的虛擬儀表，支持Keil C51 uVision2、MPLAB等第三方的軟件編譯和調試環境，具有強大的原理圖到PCB板設計功能，可以輸出多種格式的電路設計報表。擁有PROTEUS電子設計工具，就相當于擁有了一個電子設計和分析平臺。Proteus軟件自 1989 年問世至今，經歷了近20年的發展歷史，功能得到了不斷的完善，性能越來越好，全球的用戶也越來越多。PROTEUS之所以在全球得到應用，原因是它具有自身的特點和結構。PROTEUS電子設計軟件由原理圖輸入模塊（簡稱ISIS）、混合模型仿真器、動態器件庫、高級圖

25、形分析模塊、處理器仿真模型及PCB板設計編輯（簡稱ARES）六部分組成。4.2仿真過程4.2.1 里程大于3KM的仿真圖如下4.1414.2.2 等待時間大于5分鐘仿真圖如下4.2 .5 系統功能與參數指標本節主要介紹本設計所設計的出租車計費器所能實現的具體功能。5.1系統能實現的功能1、此設計的出租車計費器計費包括起步價、行車里程計費、等待時間計費3部分。數碼管能顯示的金額最大99.9元，精確到0.1元。2、程3公里內，且等待累計時間3分鐘內，起步費為8元，超過3公里，以每公里1.6元計費，等待時間單價為每分鐘1元。3、兩位數碼管顯示等待時間，最大值為59min。5.2 系統參數指標1、系統

26、電源有效參數為:5V±0.02V，12V±0.02V。2、CL002顯示為0-9的十進制數字。3、系統的頻率維持在1KHZ左右。5.3 調試方法與內容 數字電路系統的設計完成后，一個重要的步驟是安裝調試。這一步是對設計內容的檢驗，也是設計修改的實踐過程，是理論知識和實踐知識綜合應用的重要環節。安裝調試的目標是 使設計電路滿足設計的功能和性能指標，并且具有系統要求的可靠性、穩定性、抗干擾能力。這里簡要敘述安裝調試數字電路的幾個步驟：（1）檢測電路元件 最主要的電路元件是集成電路，常用的檢測方法是用儀器測量、用電路實驗或 用替代方法接入已知的電路中。 集成電路的檢測儀器主要用集

27、成電路測試儀，還可用數字電壓表作簡易測量。 實驗電路則模擬現場應用環境測試集成芯片的功能。替代法 測試必須具備已有的完好工作電路，將待測元件替代原有器件后觀察工作情況。除集成電 路芯片外， 還應檢測各種準備接入的其他各種元件，如三極管、電阻、電容、開關、指示燈、數碼管等。應確信元件的功能正確、可靠才能裝入電路安裝。 （2）電路安裝數字電路系統在設計調試中，往往是先用面包板進行試裝，只有試裝 成功，經 調試確定各種待調整的參數合適后，才考慮設計成印制電路。試裝中，首先要選 用質量較好的面包板，使各接插點和接插線之間松緊適度。安裝中的問題往往集中在接插線 的可靠性上，特別需要引起注意。安裝的順序一

28、般是按照信號流向的順序，先單元后系統、邊安裝邊測試的原則進行。先安裝調試單元電路或子系統，在確定各單元電路或子系統成功的基礎上，逐步擴大電路的 規模。各單元電路的信號連接線最好有標記，如用特別顏色的線，以便能方便斷開進行測試。 （3）系統調試將安裝測試成功的各單元連接起來，加上輸入信號進行調試，發現問題則先對故障進行定位，找出問題所在的單元電路。一般采用故障現象估測法（根據故障情況估計問題所在位置）、對分法（將故障大致所在部分的電路對分成兩部分，逐一查找）、對比法（將類型相同的電路部分進行對比或對換位置）等。 系統測試一般分靜態測試和動態測試。靜態測試時，在各輸入端加入不同電平值，加 高電平（

29、一般接1千歐以上電阻到電源）、低電平（一般接地）后，用數字萬用表測量電路 各主要點的電位，分析是否滿足設計要求。動態測試時，在各輸入端接入規定的脈沖信號，用示波器觀察各點的波形，分析它們之間的邏輯關系和延時。除了調試電路的正常工作狀態外，另外特別要注意調試初始狀態、系統清零、預置等 功能，檢查相應的開關、按鍵、撥盤是否可靠，手感是否正常。6 結論本次所設計的出租車計費器實現最大金額為99.9元的計費,計費金額精確到了角。同時也能實現出租車司機按下開關后在等車過程中計費，等車重大時間為59分鐘，讓后再根據所等的時間計費。本次所設計的出租車計費器，操作簡單，電路結構清晰明了，充分結合了所學的數電知

30、識，但是由于所選芯片個數的局限性，該計費器計費金額最高位只能是十位，而且電路各模塊之間的連接也需要認真分析，仔細連接，極易出現連線錯誤，如果乘客的路程比較遠的話，那么會出現報錯，進而失去了它應有的功能。較當下的出租車計費器，本次所設計的計費器還只停留在行業的最基礎階段，計費金額也只停留在100元以內，因此需要今后的不斷改進與創新。在今后的改進方面，可以通過選擇合理的元器件，盡量實現計費金額更大，同時所選芯片越少，電路越簡單越好。根據我們所查閱的資料，單片機的功能十分強大，而且較運用555、74LS160等組成的邏輯電路簡單明了的多。因此，在今后對計數器改進方面，可以采用單片機，會給我們帶來許多

31、意外的驚喜。7 總結與體會這兩周的實習讓我對數電有了更深層的認識。 當然包括在這兩周中我做的出租車計費器,不僅對它的內部結構有了認識,更對其內部芯片等的作用有了更多的了解。 在這次實習過程中,我們遇到了很多問題,而在所有問題中最主要問題是整個電路的連接問題。我們最初的辦法是將整個模塊分塊做出來,當每個模塊都運行正確的時候再將他們整合在一起. 雖然有很多次的努力, 可是我們沒有成功. 后來經過仔細思考，我試著改變電路整體模塊電路中的頻率，最終才得到了我們的預期結果 。經過這次多.不僅僅是關于電子電路的知識,更有的是讓我學到了面對人生的知識。當我由尋找電路圖的迷茫,到找到有關參考書籍困惑,再到畫圖

32、設計過程中的煩憂,最后到解決后的舒心,我們學會了一種面對困難不屈不撓的精神,我們發現,只要你真正的靜下心 來鉆研,其實一切很簡單,只不過因為當時我們的害怕心理,還有我們的浮躁, 讓我們亂了陣腳.所以不管我們以后是做什么事情,最最重要的是要靜下心,然后努力,這樣之后,我堅信,成功就在不遠方。通過此次課程設計讓我能夠親身參予電子產品的設計師使我更加深深地體會到：現代的社會是信息的社會，很多與人們生活緊密相關的產品都是電子產品，比如決定現代社會發展方向的電腦以及幾乎每個同學都擁有的收音機等等無不說明電子產品的重要性。作為一名信息工程專業大三的大學生，我認識到我不僅要學好課本上的理論知識，還要學會將所學到的知識聯系并應用到現實生活中，做到理論聯系實際。 經過兩個星期的設計過程，我學到了很多東西，對一年以來所學過的電子方面的知識也重新學習了一遍，也對自己在數字電子方面的能力有了更客觀的評價，在這次設計過程中，從最基本的查元件，找資料做起，了解了完整的電子設計的一般步驟，也和同學們共同探討研究，學到了很多課堂上學不到的東西，也遇到了各種各樣從沒想過的問題，并認真的解決了它們。另外，對各種電子類設計的