出租车计费器
电子技术课程设计
电 子 技 术
课 程 设 计
成绩评定表
设计课题 : 出租车计费器 学院名称 : 电气工程学院 专业班级 : 学生姓名 : 学
号 : 指导教师 : 设计地点 : 设计时间 :
电子技术课程设计
电 子 技 术
课 程 设 计
课程设计名称: 出租车计费器
专 业 班 级 :
学 生 姓 名 : 学 号 :
指 导 教 师 :
课程设计地点:
课程设计时间:
电子技术课程设计
课程设计任务书
电子技术课程设计
目 录
1.
2. 引 言 .....................................................................................................2 总体方案设计 ......................................................................................2
2.1.
2.2.
2.3. 整体设计思路 ........................................................................................................ 2 拟定方案的原理框图 ............................................................................................ 3 设计方案的分析和比较 ........................................................................................ 4 3. 功能模块设计 ......................................................................................4
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6. 等候时间计费电路 ................................................................................................ 4 里程计费电路 ........................................................................................................ 6 计数、锁存、显示、语音电路 ........................................................................... 7 时钟电路 ................................................................................................................. 9 置位电路和脉冲产生电路 .................................................................................. 11 元器件选择 ........................................................................................................... 12 4. 系统调试............................................................................................ 15
4.1
4.2 调试过程: ........................................................................................................... 15 遇到的问题: ...................................................................................................... 16 5.
6.
7. 总 结 .................................................................................................. 16 参考文献............................................................................................ 17 附录 .................................................................................................... 17
附录一 总电路图 ................................................................................................................ 17 附录二 各单元电路仿真图 ............................................................................................... 18 附录三 元器件清单 ............................................................................................................ 21
电子技术课程设计
1. 引 言
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。所以,本次课程设计我选择的题目——出租车计费器,通过已经学过的数电和模电知识并查阅课外辅导资料,使用Altium Designer 09绘制电路原理图,同时运用仿真软件Multisim 12进行仿真测试,设计出符合要求的出租车计费器。
2. 总体方案设计 2.1. 整体设计思路
出租车计费器的整体结构如图 2.1 所示,它包括路程电路、等待电路、显示电路和计费电路四个模块。路程电路实现了路程的比较、计算、 单价以及路程计费的控制。等待电路实现了等待时间以及等待费用的控制。显示电路实现了所有功能的显示。计价电路实现了对起步价的控制以及对总价的计算。利用Altium Designer 09进行原理图设计,代替实际的电路连接, 大大简化了设计过程, 加快了设计速度。
图 2.1出租车计费器的整体结构图
电子技术课程设计
2.2. 拟定方案的原理框图
方案一:采用计数器电路为主实现自动计费。
该方案设计分别将行车里程、等候时间都按相同的比价转换成脉冲信号,然后对这些脉冲进行计数,而起价可以通过预置数送入计数器作为初始值,原理框图如图 2.2所示。
里程计费电路原理:行车里程计数电路每行车1 km输出一个脉冲信号,启动行车单价计数器输出与单价对应的脉冲数。例如,单价是1.80元/km,则设计一个180进制的计数器,每1 km路程输出180个脉冲到总计数器,即每个脉冲为0.01元。
等候时间计费电路原理:等候时间计数器将来自时间电路的
“秒”脉冲作600
进制计数,得到10
min信号,然后进行4
分频得到150
个脉冲信号,即用10 min
信号去控制150
进制计数器(等候时间
10 min单价计数器,相当每等候4 s
计费0.
01元)
向总费计数器输入150个脉冲。这样总费计数器根据起步价所置
的初始值,加上里程脉冲、等候时间脉冲,即可得到总的用车费用。
图 2.2出租车计费器原理框图一
若将里程单价计数器和等候时间单价计数器用比例乘法器完成,将里程脉冲乘以单价比例系数得到代表里程费用的脉冲信号,等候时间脉冲乘以单位时间的比例系数得到代表等候时间的费用脉冲,然后将这两部分脉冲求和。
如果总费计数器采用BCD码加法器,即利用每计满1 km的里程信号,每等候10 min的时间信号控制加法器加上相应的单价值,就计算出用车费用。
电子技术课程设计
方案二:采用单片机为主的自动计费器
单片机具有较强的计算功能,用单片机加上少量的外围电路便能实现设计
要求,电路框图如图 2.3所示。
图 2.3出租车计费器原理框图二
方案三:采用FPGA/CPLD芯片的自动计费器
采用VHDL编程,用FPGA/CPLD制作成“自动计费器”的专用集成电路芯片ASIC,加上少数外围电子元件,即能实现设计要求。
2.3. 设计方案的分析和比较
比较方案的标准有三:一是技术指标的比较,哪一种方案完成的技术指标最完善的;二是电路简易的比较,哪一种方案在完成技术指标的条件下,最简单、容易实现;三是经济指标的比较,在完成上指标的情况下,选择价格低廉的方案。经过比较后确定一个最佳方案。在技术方面方案一、方案二和方案三都能满足要求,但是后两者都需要编程,技术要求较高。在电路简易程度上,方案二外围电路简单,方案一较为复杂。经济指标上,方案一需要的都是基本数电元件,而方案二、三需要的元器件比较特殊。
将上述3种方案进行比较,根据设计任务书的要求,本次是数电课程设计,应该尽量结合运用数模电的知识。所以,本次设计选择方案一。
3. 功能模块设计
3.1. 等候时间计费电路
等候时间计费电路如图 3.1所示。由74HCl61(U3、U7、U13)构成的600进制计数器对“秒”脉冲进行计数,当计满一个循环时也就是等候时间满10 rain。一方面对600进制计数器清零,另一方面将基本的RS触发器置1,启动
在74HCl61(U3)的手动开关S1给定。
图 3.1等候时间计费电路 电子技术课程设计
数状态。U3的CET和CEP通过开关S1控制,当S1闭合,U3就一直处于计数工
TC作为U7的CET和CEP输入,每当U3计数到15时TC变为1,下个CLK时钟信冲,表示单价为1.50元,即脉冲当量为0.01元。等候时间计费的起始信号由接直接按并行进位方式,通过置零法连接得到600进制计数器。以U3的进位输出数期间同时将脉冲从P2输出。在计数器计满10 min等候单价时将RS触发器复74HCl61(U6、U11)构成的150进制计数器(10 min等候时间单价)开始计数,计到低电平。当U7计数达到15时,它的TC端输出高电平给U13,使U13进入计位为0,停止计数。从P2输出的脉冲数就是每次等候10 min对应输出150个脉本单元10min等候时间计数电路中,M=600,N1=8,N2=5,N3=2,将三片74HC161号到达时,U7进入计数工作状态,计入1,而U3计数再次从0开始,TC端也回任意计数器工作原理(以10min等候时间电路构建600进制计数器为例):
新计数。
3.2. 里程计费电路 触发器置高,U6才能处于计数状态。其计费脉冲从P2端输出。
图 3.2里程计费电路 电子技术课程设计
电路设定为1.80元。在图 3.2中,干簧继电器B产生的脉冲信号经施密特触经74LS20译出的信号使RS触发器置一,启动150进制单价电路,工作过程发器计满100个脉冲时,一方面使计数器清零,另一方面将基本RS触发器的Q
信号变为低电平时,此时的RS触发器输出保持高电平是U16A决定的,只有RS使干簧管继电器在汽车每前进10 m路程时闭合一次,即输出一个脉冲信号。汽里程计费电路如图 3.2所示,安装在与汽车轮相接的涡轮变速器上的磁铁车每前进1 km,则输出100个脉冲。此时,计费器应累加1 km的计费单价。本与600进制电路类似,不再作详述。唯一不同的地方在于,当600进制电路译出作状态。当计数到600时,通过74LS20与非门译出RST`=0的信号,使计数器重
电子技术课程设计
端置“1”,使74HCl61(U8)和(U12)组成的180进制计数器开始对标准的秒脉冲,计数计满180个脉冲后,使计数器清零,RS触发器复位为“0”,计数器停止计数。在180进制计数器计数期间,由于Ql=1,则P2等于秒脉冲,使P2端输出180个脉冲信号,对应1 km行车的里程计费,即每个脉冲的计费是0.01元,称为脉冲当量。
由于仿真软件不存在干簧管继电器,在仿真过程中(仿真图见附录二)采用时钟信号模拟干簧管状态产生脉冲信号。单价计数电路是180进制计数器,由两片74HC161构成,其工作过程与等候时间计费电路类似,这里也不再一一分析。其计费脉冲从P1端输出。
3.3. 计数、锁存、显示、语音电路
计数、锁存、显示、语音电路如图 3.3所示,图中的4位8421BCD码计数器由带异步清零同步十进制计数器74LSl60构成,对来自里程计费电路的脉冲P1和来自等候时间的计费脉冲P2,进行十进制计数。
从图 3.4和图 3.3知,在Q1或Q2为高电平1期间,计数器对里程脉冲P1或等候时间脉冲P2进行计数,当计数完1 km里程脉冲(或等候10 min脉冲),则计数结束。应将计数器的数据锁存到74LS273中,以便进行译码显示。锁存控制信号由74121(U24)构成的单稳态电路产生,当Q1(或Q2)由“1变到0”时启动单稳态电路延时而产生一个正脉冲,这个正脉冲的持续时间保证了数据锁存过程所需要的时间。锁存到74HS273中的数据由74HC48译码后,在显示器中显示出来。只有在数据可靠锁存后才能清除计数器中的数据,因此,电路中用74121(U28)设置了第2级单稳态电路,第2级单稳态电路由第1级单稳态输出脉冲的下跳沿来启动,经延时后第2级单稳态电路的输出产生计数器的“清零”信号。这样保证了“计数一锁存一清零”的先后顺序,以保证计数和显示过程稳定可靠。图 3.3中的S2为上电开关,能实现对上电时自动置人用车起步价费用和语音提示,S3可实现手动清零,使计费器显示00.00,其中小数点为固定位置。
计数器所得到的状态值送到由2片锁存器74HC273构成的锁存电路锁存,然后由七段译码器74LS48译码后送到共阴极数码管显示。为了使显示数码不闪烁,需要保证计数、锁存和计数器清零信号之间正确的时序关系,如图 3.4所示。
间常数RC决定,这里
零,这有利于数码管不出现闪烁的状况。
图 3.3计数、锁存、显示、语音电路
电子技术课程设计
稳态电路使数据能够有充分的锁存时间,在下一次计数之前在通过单稳态电路清
这里采用集成单稳态触发器74121,输出的脉冲宽度(即暂稳态时间)由时
从图 3.5中可以看出与之前设计的时序图相同,先进行计数,然后通过单
电子技术课程设计