课程设计简单出租车计费器课程系统设计.docx
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课程设计简单出租车计费器课程系统设计
摘要
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。
该系统主要是使用Multisim10进行设计，运用计数器、加法器等进行电路设计与仿真。
论文内容介绍了出租车计费器系统的组成及工作原理，简述了用数字电子器件构成该数字系统的设计思想和实现过程。
Alongwiththedevelopmentofthetaxiindustry,therequirementsofthemessageaccountingdevicebecominghigherthaneverbefore.ThesystemismainlyusedMultisim10design,usingthecounter,addingmachinesofcircuitdesignandsimulation.Theessayintroducesthemessageaccountingdevicetaxisystemcompositionandworkingprinciple,thepaperwithdigitalelectroniccomponentsofthedigitalsystemdesignideaandtheimplementationprocess.
关键词：
Multisim10计数器出租车计费器
Cotent
第1章设计指标
1.1设计目的和意义
1.1.1目的
1.自动计费器具有行车里程计费、等候时间计费和起步费三部分，三项计费统一用4位数码管显示，最大金额为99.99元。
2.行车里程单价设为1.80元/km，等候时间计费设为1.5元/10分钟，起步费设为8.00元。
要求行车时，计费值每公里刷新一次；等候时每10分钟刷新一次；行车不到1km或等候不足10分钟则忽略计费。
3.在启动和停车时给出声音提示。
1.1.2意义
在我们是生活中，乘坐出租车是再常见不过的了，因此人们对出租车计费问题也是非常的敏感的。
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。
因此出租车计费器在我们的生活中也是很重要的。
第2章总体框图
2.1总体框图
图1出租车计费器原理框图
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送入计数器作为初值，如图1的原理框图所示。
行车里程计数电路每行车1km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，则设计一个一百八十进制计数器，每公里输出180个脉冲到总费计数器，即每个脉冲为0.01元。
等候时间计数器将来自时钟电路的秒脉冲作六百进制计数，得到10分钟信号，用10分钟信号控制一个一百五十进制计数器（等候10分钟单价计数器）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值，加上里程脉冲、等候时间脉冲即可得到总的用车费用。
上述方案中，如果将里程单价计数器和10分钟等候单价计数器用比例乘法器完成，则可以得到较简练的电路。
它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时间费用脉冲，然后将这两部分脉冲求和。
第3章各单元电路设计
3.1里程计费电路设计
图2里程计费电路
里程计费电路如图2所示。
安装在与汽车轮相接的涡轮变速器上的磁铁使干簧继电器在汽车每前进10m闭合一次，即输出一个脉冲信号。
汽车每前进1km则输出100个脉冲。
此时，计费器应累加1km的计费单价，本电路设为1.80元。
在图3中，干簧继电器产生的脉冲信号经施密特触发器整形得到CP0。
CP0送入由两片74HC161构成的一百进制计数器，当计数器计满100个脉冲时，一方面使计数器清0，另一方面将基本RS触发器的Q1置为1，使74HC161（3）和（4）组成的一百八十进制计数器开始对标准脉冲CP1计数，计满180个脉冲后，使计数器清0。
RS触发器复位为0，计数器停止计数。
在一百八十进制计数器计数期间，由于Q1=1，则P2=/CP1，使P2端输出180个脉冲信号，代表每公里行车的里程计费，即每个脉冲的计费是0.01元，称为脉冲当量。
3.2等候时间计费电路
图3等候时间计费电路
等候时间计费电路如图3所示，由74HC161
（1）、
（2）、（3）构成的六百进制计数器对秒脉冲CP2作计数，当计满一个循环时也就是等候时间满10分钟。
一方面对六百进制计数器清0，另一方面将基本RS触发器置为1，启动74HC161（4）和（5）构成的一百五十进制计数器（10分钟等候单价）开始计数，计数期间同时将脉冲从P1输出。
在计数器计满10分钟等候单价时将RS触发器复位为0，停止计数。
从P1输出的脉冲数就是每等候10分钟输出150个脉冲，表示单价为1.50元，即脉冲当量为0.01元，等候计时的起始信号由接在74HC161
（1）的手动开关给定。
3.3计数、锁存、显示电路
如图4所示，其中计数器由4位BCD码计数器74LS160构成，对来自里程计费电路的脉冲P2和来自等候时间的计费脉冲P1进行十进制计数。
计数器所得到的状态值送入由2片8位锁存器74LS273构成的锁存电路锁存，然后由七段译码器74LS48译码后送到共阴数码管显示。
图4计数、锁存、显示电路
计数、译码、显示电路为使显示数码不闪烁，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4所示。
由图4的时序结合图5的电路可见，在Q2或Q1为高电平1期间，计数器对里程脉冲P2或等候时间脉冲P1进行计数，当计数完1km脉冲（或等候10分钟脉冲）则计数结束。
现在应将计数器的数据锁存到74LS273中以便进行译码显示，锁存信号由74LS123
（1）构成的单稳态电路实现，当Q1或Q2由1变0时启动单稳电路延时而产生一个正脉冲，这个正脉冲的持续时间保证数据锁存可靠。
锁存到74LS273中的数据由74LS48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74LS123
（2）设置了第二级单稳电路，该单稳电路用第一级单稳输出脉冲的下跳沿启动，经延时后第二级单稳的输出产生计数器的清零信号。
这样就保证了“计数—锁存—清零”的先后顺序，保证计数和显示的稳定可靠。
图5计数、锁存清零信号的时序图
图中的S2为上电开关，能实现上电时自动置入起步价目，S3可实现手动清零，使计费显示为00.00。
其中，小数点为固定位置。
3.4时钟电路
时钟电路提供等候时间计费的计时基准信号，同时作为里程计费和等候时间计费的单价脉冲源，电路如图6所示。
图6时钟电路
在图6中，555定时器产生1kHZ的矩形波信号，经74LS90组成的3级十分频后，得到1Hz的脉冲信号，可作为计时的基准信号。
同时，可选择经分频得到的500Hz脉冲作为CP1的计数脉冲。
也可采用频率稳定度更高的石英晶体振荡器。
3.5置位电路和脉冲产生电路的设计
在数字电路的设计中，常常还需要产生置位、复位的信号，如SD、RD。
这类信号分高电平有效、低电平有效两种。
由于实际电路在接通电源瞬间的状态往往是随机的，需要通过电路自动产生置位、复位电平使之进入预定的初始状态，如前面设计中的图4，其中S2就是通过上电实现计数器的数据预置。
图7表示了几种上电自动置位、复位或置数的电路。
图7开机置位、复位和置数命令产生电路
在图（a）中，当S接通电源时，由于电容C两端电压不能突变仍为零，使RD为0，产生Q置0的信号。
此后，C被充电使C两端的电压上升到RD为1时，D触发器进入计数状态。
图（b）则由于非门对开关产生的信号进行了整形而得到更好的负跳变波形。
图（c）和图（d）中的CC4013是CMOS双D触发器，这类电路置位和复位信号是高电平有效，由于开关闭合时电容可视为短路而产生高电平，使RD=1，Q=0；若将此信号加到SD，则SD=1，Q=1;置位、复位过后，电容充电而使RD（SD）变为0，电路可进入计数状态。
图（e）是用开关电路产生点动脉冲，每按一次开关产生一个正脉冲，使触发器构成的计数器计数1次；图（f）是用开关电路产生负脉冲，每按一次开关产生一个负脉冲
第4章器件选择及部分功能简介
4.1器件选择
元器件名称
数量
备注
555定时器
2
构成脉冲电路
160计数器
10
十进制计数器
163计数器
1
十六进制计数器
Spst单掷开关
1
控制起价电路
Spdt双掷开关
2
控制行程里程、等候时间电路
或非门
2
控制总电路
电容
6
3个0.1UF3个0.01UF
电源电压vcc
1
5
四位显示器
1
显示数字
电阻
6
滑动变阻器
2
2ohm
与非门
2
控制总电路
4.2部分功能简介
4.2.1555定时器
555芯片是定时器,，是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。
它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等。
用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能，555定时器可以由TTL电路或CMOS电路构成。
它是一种能产生时间延迟和多种脉冲信号的控制电路。
只要在外部配上几个适当的电阻元件，就可以构成单稳态触发器，多谐振荡器以及施密特触发器等脉冲产生与整形电路，在工业自动控制，
定功能时，仿声和防盗报警等方面有广泛的应用。
图8555定时器的内部原理图及逻辑符号
输入
输出
阈值输入端6
触发输入端2
复位端4
输出端3
放电管T端7
×
×
0
0
导通
<2/3Vcc
<1/3Vcc
1
1
截止
>2/3Vcc
>1/3Vcc
1
0
导通
<2/3Vcc
>1/3Vcc
1
不变
不变
表1555定时器功能表
4.2.274LS160
74LS160为十进制计数器，直接清零。
74LS160的预置是同步的。
当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。
对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。
74LS160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。
当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。
对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。
74LS160有超前进位功能。
当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。
在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。
对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。
图974LS160内部电路图
第5章总结
5.1结论
1.设计原理明了，设计步骤清晰，设计电路基本达到设计的要求；
2.这次的课程设计使我对所学的数电知识起到了加深和巩固的作用，也使我有的了搭建和调试实验电路的能力；
3.锻炼了我主动学习的能力、与他人合作的能力，及从各种渠道获得一定的资料共同加以学习研究，提高了个人的综合动手能力。
4.使我对Multisim10有了更深入的了解。
5.2优点与不足
优点：
该计费器实现了预置参数自动计费、自动计程。
不足：
一些细节等还没有十分透彻的了解，电路图的画法与仿真还没有熟练掌握，致使所绘制的电路图不甚美观。
5.3心得与体会
此次的课程设计，让我懂得了实践的重要性。
我们需要真正做到学以致用，在实践中不断的发现和改正问题。
此外，在为期两周的课程设计我认真学习了相关的知识，极大地拓宽了我的知识面,我感到收获不小。
从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解，再从概要设计、详细设计到开始使用软件，以及最后的调试，整个过程感觉很充实。
虽然遇到了不少困难，但当我通过自己查资料，与同学互讨论，而设计出解决方案并成功实现时，那种成就感和满足感足以忘却所有的辛苦。
但是由于自己知识的不足，所以该设计还有许多不尽如人意的地方，可能在实际应用中有些功能不到位。
此外，课程设计还让我明白很多做人做事的道理，做事情要有耐心和毅力，关键时刻要能静下心，只有这样才能更好的接受和克服困难，更早的达到成功的道路。
第6章参考文献
[1]艾永乐《数字电子技术基础》，中国电力出版社.
[2]康华光《电子技术基础》（第四版），高等教育出版社.
[3]朱兆优等《电子电路设计技术》，国防工业出版社.
[4]刘鸣《电子线路综合设计实验教程》，天津大学出版社.
[5]康晓明等《电路仿真与绘图快速入门教程》，国防工业出版社.
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