电子技术课程设计

1.2 设计要求。

1) 掌握出租车里程计价器的构成、原理与设计方法；

2) 熟悉集成电路的使用方法。

1) 设计秒脉冲产生信号；

2) 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；

3) 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；

4) 计价表的计数、寄存、译码显示系统。

1) 里程数的计数、寄存、译码显示系统；

2) 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；

3) 等待时间每隔15分钟产生一报警信号，扬声器工作。

拿到课程设计的题目——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。

下面的电路连接图4.1.1,即为设计的秒脉冲产生电路：

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。

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=1 ms

t2=0.7(r1+r2)c

t1=0.7r2c

若选定脉冲占空比为0.6，可得。

图4.1.2 由555定时器组成的多谐振荡器工作波形。

t2=0.61ms=0.6ms

t1=t-t1=1-0.6=0.4ms

取电容c2=0.1f，则r2===5.714k。

r1=- r2=-5.4171000=3.1k

取r2=5.7k, r1=3.1k

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。

图4.2.1 等待时间分秒显示电路。

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。

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。

图4.3.1 波形整形电路。

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。

下图为本设计中的里程计数电部分：

图4.4.1 里程计数电路

4.4.2 里程计数电路工作原理

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—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。

下图为本设计中的三公里比较电路：

图4.5.1 比较电路。

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。

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：

图4.6.1 计价电路。

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。

图4.6.2 15进制计数器。

15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。

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。

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0101 0010 0011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0000 0000 0000状态，状态0101 0010 0011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。

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。

a）单稳态触发器b）多谐振荡器。

图4.8.1 报警电路。

图4.8.2 555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。

图4.8.3 单稳态触发器波形。

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=90kω，c=50μf

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=0.5μf。

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