数字电路课程设计出租车里程计价器 昌锋.docx
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数字电路课程设计出租车里程计价器昌锋
铜陵学院
数字电路课程设计报告书
（09版）
姓名：
昌锋
班级：
07自动化（本）
学号：
时间：
2009年5月
课程设计题目：
出租汽车自动计价器
[设计要求]：
用中、小规模集成电路设计与制作出租汽车自动计价器。
具体要求如下：
1、能计汽车行驶的里程和停车等候时间。
2、能自动显示出该收的车费和停车等候费。
3、每公里该收的行车费（如0.45元）各十分钟应该收的行等候费（如0.25元）均有拨码开关可预先设置。
[设计器材]:
74LS48（及配合LED），74LS160，74LS00，74LS32，74LS04，74LS08，74LS86，74LS112，CC4072，5G555，电阻、电容若干，干簧继电器，拨码开关。
[设计摘要]：
本设计主要介绍了基于电子工作平台ElectronicsWorkbench（EWB）出租车计价器控制电路的设计。
整个自动控制系统由四个主要电路构成：
里程计数及显示、计价电路、基本里程判别电路、秒信号发生器（用555多谐振荡器实现）及等候计时电路和清零复位电路。
以ElectronicsWorkbench（EWB）软件作为开发平台,采用图形方式创建电路、构造电路、调用元器件和测试仪器，该工作平台可以对电子元器件进行一定程度的非线性仿真，不仅测试仪器的图形与实物相似，而且测试结果与实际调试基本相似。
该设计不仅仅实现了显示计程车计费的功能，其多功能表现在它可以显示计程车累计走的总路程和里程单价。
加法器是构成计算机内部算术运算器（ALU）的基本单元，加法器的逻辑功能是实现两个二进制数的相加，因计算机内部的加、减、乘、除算术运算通常是利用加法器来实现。
在做电路过程中要熟练各个器件的功能。
每一个组件的作用，应该清楚的记住，大的组合是从每一个小块组成的，所以认真了解每一个小块功能，然后从整体出发。
一、概论
1.1、分析方案
经过分析其原理方框图如图1－1所示。
采用传感器件，输出脉冲信号，等器件完成
图1-3出租车自动计价器原理框图
1.2、加法器的介绍及其十进制系数乘法器：
◆74LS160逻辑功能测试
74LS160是中规模集成同步十进制加法计数器，具有异步清零和同步预置数的功能。
使用74LS160通过置零法或置数法可以实现任意进制的计数器。
先对74LS160的基本功能进行测试，并将计数器的工作状态填入表中。
①异步清零：
当
＝0时，Q0＝Q1＝Q2＝Q3＝0。
②同步预置：
当
＝0时，在时钟脉冲CP上升沿作用下，Q0＝D0，Q1＝D1，Q2＝D2，Q3＝D3。
③锁存：
当使能端
时，计数器禁止计数，为锁存状态。
④计数：
当使能端EP＝ET＝1时，为计数状态。
74LS160的逻辑功能表
时钟CP
异步清除
同步置数
EP ET
工作状态
×
0
×
× ×
↑
1
0
× ×
×
1
1
0 1
×
1
1
× 0
↑
1
1
1 1
◆74160的应用
（1）用两片74160和门电路构成24进制计数器（用复位法），要求译码显示，并显示数字为00－23的循环。
1）接成并行进位型。
设计电路并用数码显示验证计数功能，记录数码显示情况。
2）接成串行进位型。
设计电路并用数码显示验证计数功能，记录数码显示情况。
（2）74160引脚图
1.3、设计方案及其原理分析：
出租车自动计价器原理框图如图1-3所示。
它是由传感器，里程单价电路（比例乘法器），振荡器，分频器，等候时间单价电路（比例乘法器）和或门计数译码显示器组成.
根据原理框图，用中，小规模集成电路完成各个部分后所连接的总体出租车自动计价器电路图。
有上，中，下3部分，下面分析了电路图中比较重要的部分。
其实一共有3部分介绍如下：
◆计数，译码，显示电路（上）
这部分电路由4片74LS160芯片构成串行计数器，用来计费，所计的费用是用4位十进制数经BCD译码器74LS48译码后由LED进行显示。
◆等候费用产生电路（中）
首先由5G555构成多谐振荡器产生秒信号P4，然后由计数器芯片74LS160进行六分频产生0.1分钟的脉冲信号P5,也就是表示每10分钟会产生100个P5脉冲。
十分钟单价电路由拨码开关设置，如设置0.25元，有两级74LS160及J-K触发器74LS112分别构成两级BCD比例乘法器和单价相乘后，就以输出脉冲个数计为等候时间的所收费用P6。
◆公路行车费用产生电路（下）
图1.4中传感器采用普通干簧继电器，用环氧树脂密封。
汽车本省设置一套涡轮变速装置，一般安装在变速器后的软轴接头上，保证汽车每前进10m，涡轮边缘的磁铁从干簧继电器旁经过一次，发出一个信号P4，为负脉冲，与非门G2则产生一个P2正脉冲。
行驶1km则产生100个P2脉冲，里程单价电路也由拨码开关设置，如设置为0.45元，行驶里程信号P2和里程单价经两级74LS160及J-K触发器74LS112构成的BCD比例乘法器相乘后便可得到每公里的收费信号P3也是以输出的脉冲个数计算的。
上述两部分产生的费用——脉冲P3，P6分别经或门送往计数、译码、显示，就得到汽车行驶里程和停车等候时间的收费数。
计算器的复位电路是由Knc-2w1d单刀双掷开关手动控制来完成的基本是这样实现的说明如下：
开始时产生一个秒脉冲经过6分频即变为6秒的脉冲即为0.1分钟的，经过74LS160后就会是它开始计数而J-k触发器则为置1状态当74LS160输出与单价相同时J-K就置0，再经过与门与上面的P5合成以后形成脉冲个数然后往上传直到上面的74LS160中开始计数，然后在数码管上面显示。
第一图中下面的的74LS60基本与上面的一样只是在脉冲的时候与上面的Qd经过与门处理后输出总体输出脉冲个数为20（上面）+5（下面）的和即为等候单价。
下面图的说明基本同上面一样只是少个6分频而已。
图中一个74LS160状态转换图为
图中其他74LS160基本状态转换图
1.4、设计方案及其原理分析：
总电路图
下面的三部分总电路分别为
（1）计数、译码、显示电路（上）
（2）等候费用产生电路（中）
（3）公里行车费用产生电路（下）
让电路图2中的P6、电路图3中的P3接到电路图1中的74LS32两个输入端就可以构成一个完整的出租汽车自动计价器。
计数、译码、显示电路（上）
等候费用产生电路（中）
公里行车费用产生电路（下）
二、单元电路设计与分析部分说明
振荡器
振荡器可由晶振组成，也可以由555定时器组成。
图4是由555定时器构成的1HZ的自激振荡器，其原理是0.7（2R2+R1）C1=1s，f=1/t=1HZ。
输出的便是1HZ的信号，从而达到目的。
图4555定时器产生频率为1HZ信号的电路
数码显示器
在Multisim8仿真器件中，数码管分为需要译码器显示的和无需译码直接显示的两种，需要译码器的数码管有共阳极和共阴极之分，此电路既用到不需译码直接显示的数码管也用到了需译码器的双数码显示（如图1所示），这样就简化了电路，增加了调试的正确性。
如图2所示的数码管需要译码器才能显示，74LS47是驱动共阳极数码管的器件，74LS48是驱动共阴极数码管的器件。
图1不需译码管的数码管图2需译码器的双数码显示
图3译码器驱动共阴极数码管电路
如图3所示电路，从74LS48的A，B，C，D端输入二进制数便可完成显示功能，而图1的数码管直接输入二进制数便可显示。
七段显示译码管74LS48（图1-7）
图1-6
74LS48是驱动共阴极数码管的器件。
在实验中使用时,由于数码管的电流太小,故在74LS48输出是加了限流电阻。
数码管
将七个发光二极管封装在一起，每个发光二极管做成字符的一个段，就是所谓的7段LED字符显示器。
根据内部连接的不同，LED显示器有共阴和共阳之分，共阴LED显示器适用于高电平驱动，共阳LED显示器适用于低电平驱动。
由于集成电路的高电平输出电流小，而低电平输出电流相对比较大，采用集成门电路直接驱动LED时，较多地采用低电平驱动方式。
七段显示器：
图1-7
（a）字段排列能（b）共阴极LED（c）共阳极LED
三、调试方法：
1．按图上部电路连接好计数、译码、显示线路，用函数发生器的方波脉冲作为输入信号，调试译码、显示到正常工作。
2．用555连接好秒信号产生电路，用P4信号驱动上述计数、译码、显示电路，调试、观察秒信号电路工作到正常为止。
3．秒信号台电路与74LS160构成的计数器相连，产生P5信号，又接入计数、译码显示电路中，调试，观察当显示100个计数脉冲时，等候时间是否为10分钟，直到正常工作为止。
4．完整连接好图中部电路，再观察译码、显示电路的数字和等候时间P6的关系是否随拨码开关的变化而成比例变化，直到正常工作为止。
5．安装图下部电路，函数发生器的方波脉冲产生P2信号，将P3直接做为上部电路的输入脉冲，调试、观察显示结果和拨码开关的对应关系，直到正常工作为止。
6．连接好复位电路，清零后，调整电路，直至正常工作为止。
四、设计心得:
在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。
似乎所有的事都得自己新手去操作才会在脑海中留下深刻的印象，这个小小的课程设计让我可以熟练的操作和Multisim仿真软件，也了解了不少器件的功能的应用，也加深了对数字电路认识和理解。
整个过程基本上都是我一个人独立完成的，虽简单，但收获不小，发现调试的过程并不是想象中的那样简单，需要耐心、仔细地分析和解决问题，可以让我的性格更加沉稳。
在调试的过程中，通过排除故障，我学到了许多经验，这些是书本上学不到的。
巩固和运用了在“模拟电子技术”、“数字电子技术”及“电路分析”等课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能。
这样的课程设计很能培养我们的能力，让我们不再局限于书本上的知识。
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