江蘇師范大學數字電路模擬電路簡易出租車計價器

1、江蘇師范大學物電學院本科生課程設計課 程 名 稱： 電子綜合設計 題 目： 簡易出租車計價器 專 業(yè) 班 級： 11物41班 學 生 姓 名： 張婷玉 學 生 學 號： 11224020 日 期： 2013-6-1 指 導 教 師： 王立巍 物電學院教務部印制17江蘇師范大學物理與電子工程學院課程設計報告一、課程設計目的、任務和內容要求：在現代城市中，隨著人口的疾速增長，交通工具的使用也飛速上漲，而對于中國這樣一個經濟發(fā)張水平正穩(wěn)步前進的國家，出租車的使用也與日俱增，與此同時，出租車計費器的使用也逐日增加，因此，出租車計費器的設計不可忽視。本課程設計的任務就是設計一個簡易出租車計費器。鼓勵學生

2、在熟悉基本原理的前提下，與實際應用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設計。具體設計任務如下： 1熟悉出租車計費器工作原理； 2寫出出租車計費器的設計方案；3用硬件加以實現；4寫課程設計報告。設計要求：設計一個簡易出租車計費器控制電路。要求：1一般情況下，行車費用按車輪轉一圈0.1元計（可由玩具電機和光電轉換器進行模擬）；2起步價5元；用三位數碼管顯示金額（最大值為99.9元）；3發(fā)揮部分：考慮等車費用（按0.05元/每分鐘計） 二、進度安排：課程設計時間安排在學期結束前二周進行，共計14天。第1天： 選擇課題，論證設計方案；第2至3天： 原理設計，電路仿真（有條件進行這一步），原理修改；第4至5天：

3、 安裝工藝設計，購買元器件；第6至9天： 按安裝工藝和調試工藝分步安裝、焊接、調試，電路修改，總調；第10天： 結構設計與安裝（無外殼要求的可以不做此項）；第11至13天：撰寫課程設計報告(文搞要求有紙版和電子版)；第14天： 課程設計答辯、演示，驗收。三、主要參考文獻：1閻石.數字電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2006.52童詩白.模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2006.53周常森.電子電路計算機仿真技術.山東：山東科技出版社，20004鄭君里 應啟絎 楊為理.信號與系統(tǒng)（第二版）M.高等教育出版社,2000 指導教師簽字： 年 月 目錄摘要.1Abstract.1第一章

4、 課題背景（或緒論、概述）.21.1意義.21.2應解決的問題.21.3基本要求.21.4發(fā)揮部分.21.5理論依據.2第二章 設計方案簡述.32.1各模塊簡述.3第三章 詳細設計.43.1 74LS192功能43.2 74ls48各引腳功能解說43.3 555芯片介紹53.4 霍爾管原理7第四章 設計結果及分析84.1 仿真電路104.2遇到問題11第五章 總結.12參考文獻13摘要隨著科技的不斷發(fā)展有越來越多的科學技術應用到了人們的日常生活中，也給人們的生活帶來了很多方便，大家都見過出租車前面都放著一個待顯示的計價器，那么它是怎么起到計價功能的呢，其實很簡單，只要用現在所學的專業(yè)知識就可以

5、自己動手做一個簡易的出租車計價器，這里我們還特意加入了等車計價的功能。在數字電路基礎課中學到了好幾種計數器芯片，利用這些計數芯片和相關的譯碼器就可以實現我們的簡易計價器的制作，在等車計價方面采用555電路產生12秒為周期的震蕩電路從而實現了每過一分鐘計價0.05元的功能，加獲取計價信號方面采用了霍爾管在磁場下的特殊效應，來實現高低點平的產生。可以通過調節(jié)滑動變阻器就可一調節(jié)電機的轉速。關鍵詞：出租車計費器；74LS192；CD4543；555數字計數器AbstractAlong with the continuous development of a growing number of sci

6、ence and technology to the people of Richangshenghuo Zhong, Ye to the people of Shenghuodailai a lot of convenience, we have stood Du seen taxi Qianmian the valuation of a device to be Xian Shi, it is how it played valuation function is very simple, just now learning to use professional knowledge to

7、 make your own a simple taxi meter, here we have specially priced Jiaru the other car functions. In the digital circuit based class secondary to several counter chip, using these counts chips and associated decoder can achieve our simple meter production, in the other car pricing aspects of using 55

8、5 circuits have 12 seconds to cycle oscillator circuit to achieve over a minute per 0.05 yuan valuation function, plus access to pricing signals in the magnetic field using a Hall-pipe under the special effects, to achieve high and low level of production. Can be adjusted by a sliding rheostat can a

9、djust the motor speed.Keywords：74LS160, 74LS48, 74LS121, Hall element, Manostat第一章 概述 利用所學的專業(yè)知識設計并制作出具有預置起步價和等車計價功能的簡易出租車計價器，1.1意義：簡易出租車計費器的設計讓同學們的很好的掌握了芯片等的工作原理和使用方法，也讓同學們熟悉了電子線路設計的過程和動手操作的注意點，更好的讓同學們積累了一定的電路操作的動手能力。本次的課程設計是組隊設計，也很好的加強了同學們的團隊工作精神和互相幫助的友情。1.2應解決的問題：等車計價問題和模擬車輪轉動問題。1.3基本要求：行車費用按車輪轉一圈

10、0.1元計（可由玩具電機和光電轉換器進行模擬）；起步價5元；用三位數碼管顯示金額（最大值為99.9元）。1.4發(fā)揮部分：考慮等車費用（按0.05元/每分鐘計）；其它 1.5理論依據：74ls192芯片具有加減和預設處置功能，在譯碼和顯示方面分別采用的是74ls48譯碼器和7段共陰數碼管。發(fā)揮部分使用的是555定時電路把周期定在12秒剛好滿足每一分鐘增加0.05元的題目要求，車輪的計數由霍爾管和電機組成系統(tǒng)產生的脈沖給74ls192實現沒轉一圈數碼管實現加一的要求第二章 設計方案簡述2.1 各模塊簡述 根據題目的要求和設計需要，我選擇了具有加減和預設處置功能的74ls192芯片作為計數模塊，在譯

11、碼和顯示方面分別選用的是74ls48譯碼器和7段共陰數碼管。發(fā)揮部分我使用的是555定時電路把周期定在12秒剛好滿足每一分鐘增加0.05元的題目要求，車輪的計數由霍爾管和電機組成系統(tǒng)產生的脈沖給74ls192實現每轉一圈數碼管實現加一的要求。555外圍電路霍爾管電路第三章 詳細設計3.1 74LS192功能 74LS192 為 可 預 置 的 十 進 制 同 步 加 / 減 計 數 器 ， 其主要電特性的典型值如下：192 的清除端是異步的。當清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。192 的預置是異步的。當置入控制端（PL）為低電平時，不管時鐘CP的

12、狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預置成與數據輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)。192 的計數是同步的，靠CPD、CPU同時加在 4 個觸發(fā)器上而實現。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時變化，從而消除了異步計數器中出現的計數尖峰。當進行加計數或減計數時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。當計數上溢出時，進位輸出端（TCU）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當計數下溢出時，錯位輸出端（TCD）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。當把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進行級聯(lián)74ls192各引腳圖74ls48各引腳功

13、能圖、輸出狀態(tài)圖、邏輯電路圖、相似類型、性能參數 32 74ls48各引腳功能解說：16g電源正極、8g電源地        7、1、2、6g輸入端(A、B、C、D)     13、12、11、10、9、15、14g輸出端        3g測燈、4g消隱、5g滅零 3g測燈輸入 LT（lamp test input):指3腳為低電平時，芯片輸出為高電平，接到數碼管上，數碼管的各段發(fā)光二極管都亮，說明數碼管是好的，若

14、有一段以上發(fā)光二極管不亮，說明數碼管已壞。如果3腳為高低平，則斷開測試功能。用術語講，就是3腳對低電平有效。數碼管正常工作時，LT=1。 4g消隱輸入/滅零輸出 BI/RBO（Blanking Input/Ripple Blanking Output）：4腳對低電平有效，即4腳為低電平時，芯片執(zhí)行該功能，BI/RBO=1時，數碼管正常工作。BI/RBO消隱的特點是：當BI/RBO=0時，不管輸入端為何值，輸出端都為低電平，數碼管不發(fā)光，這樣做是為了降低顯示系統(tǒng)的功耗。BI/RBO是級別最高的控制端。 5g滅零輸入RBI (Ripple Blanking Input):5腳對低電平有效，當RBI

15、=0，若輸入端全為零時，輸出端也全為零，數碼管不顯示0字符，但其余的數字正常顯示。當RBI=1時，數碼管正常工作。這種設計是為了多位數顯示時，要去掉低位數的零（如小數點后的零是這種情形之一）。74LS48真值表:48芯片的邏輯圖就是根據這個真值表進行設計的。 D C B A LT BI/RBO RBI g f e d c b a BCD碼 × × × × 0 1 1 1   1   1   1   1   1   1 8  ×

16、 × × × × 0 × 0   0   0   0   0   0   0 不顯示 0 0 0 0 1 1 0 0   0   0   0   0   0   0 不顯示 0 0 0 1 1 1 0 0   0   0   0   1&#

17、160;  1   0 10 0 1 0 1 1 0 1   0   1   1   0   1   1 2 1 0 0 1 1 1 0 1   1   0   0   1   1   19 0 0 0 0 1 1 1 0   1   1   1  

18、 1   1   1 0 0 0 0 1 1 1 1 0   0   0   0   1   1   0 1 0 0 1 0 1 1 1 1   0   1   1   0   1   1 20 0 1 1 1 1 1 1   0   0   1&#

19、160;  1   1   13 0 1 0 0 1 1 1 1   1   0   0   1   1   0 40 1 0 1 1 1 1 1   1   0   1   1   0   1 50 1 1 0 1 1 1 1   1   1  

20、1   1   0   0 60 1 1 1 1 1 1 0   0   0   0   1   1   1 71 0 0 0 1 1 1 1   1   1   1   1   1   181 0 0 1 1 1 1 1   1   0   0&#

21、160;  1   1   1 93.3 555芯片介紹555 芯片是定時器,是一種模擬和數字功能相結合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱為 555，用 CMOS 工藝制作的稱為 7555，除單定時器外，還有對應的雙定時器 556/7556。555 定時器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅動電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路電平兼容。 555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產生與變換電路。它

22、也常作為定時器廣泛應用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。555 定時器的內部電路框圖和外引腳排列圖分別如圖 2.9.1 和圖 2.9.2 所示。它內部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個 RS 觸發(fā)器，一個放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個基準電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2

23、的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時 TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。 3.4 霍爾管原理霍爾集成電路是一種磁敏傳感器。可以檢測磁場及其變化，可在各種與磁場有關的場合中使用?；魻柤呻娐肥且曰魻栃頌榛A工作的。      霍爾集成電路具有許多優(yōu)點，它們的結構牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達1MHZ），耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐

24、蝕。      按照霍爾集成電路的功能可將它們分為:霍爾線性集成電路和霍爾開關集成電路。前者輸出模擬量，后者輸出數字量。      霍爾線性集成電路的精度高、線性度好；霍爾開關集成電路無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復精度高（可達m級）。取用了各種補償和保護措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達55150。     通過霍爾集成電路將許多非電、非磁的物理量例如力、力矩、壓力、應力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉數、轉速以及工作

25、狀態(tài)發(fā)生變化的時間等，轉變成電量來進行檢測和控制。 霍爾開關電路的輸出級一般是一個集電極開路的NPN晶體管，其使用規(guī)則和任何一種相似的NPN開關管相同。輸出管截止時，輸漏電流很小，一般只有幾nA，可以忽略，輸出電壓和其電源電壓相近，但電源電壓最高不得超過輸出管的擊穿電壓（25V30V）。輸出管導通時，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個電阻器（即負載電阻器）來限制流過管子的電流，使它不超過最大允許值（一般為1020mA），以免損壞輸出管。輸出電流較大時，管子的飽和壓降也會隨之增大，使用者應當特別注意，僅這個電壓和你要控制的電路的截止電壓（或邏輯“零”）是兼容的。 

26、;以與發(fā)光二極管的接口為例，對負載電阻器的選擇作一估計。若在Io為20mA（霍爾電路輸出管允許吸入的最大電流），發(fā)光二極管的正向壓降VLED=1.4V，當電源電壓VCC=12V時，所需的負載電阻器的阻值和這個阻值最接近的標準電阻為560，因此，可取560的電阻器作為負載電阻器。負載電阻器阻值根據負載電流的大小一般取5005K.霍爾管實物和原理圖當霍爾管靠近磁鐵時其輸出一個高電平，遠離磁鐵時跳變?yōu)榈碗娖街虚g間隔時間很短，當輸出低電平時就可以給74ls192一個脈沖，從而實現了計數器加一的功能。此模塊能很好的模擬車輪的轉動。第四章 設計結果及分析4.1仿真電路4.2遇到問題原來在電路中是使用霍爾管

27、（或電機）來模擬車輪的轉動并實現計費，用示波器檢測霍爾管的輸出波形，呈現出標準的方波。但是在實際電路中計數器卻不能實現單一的計數，而用按鍵模擬的波形和霍爾管輸出的波形很相似卻可以實現單一的計數功能。所以我又安裝了一個點觸開關來模擬車輪的轉動來計費。此外，在發(fā)揮部分考慮等車費用（按0.05元/每分鐘計），我還用了了555和兩個電容電阻來進行出租車的時間計時，使最后一個數碼管12秒跳0.01元。但是經過幾次試驗后，在初始狀態(tài)下出現05.01因此我又加了一個撥碼開關和點觸開關來進行復位。這樣既方便復位，又方便老師和我檢查電路。此外，我認為05.01產生的原因是因為電路在一開始開關打開的瞬間就產生一個

28、脈沖了，或者是因為電容有一定充放電功能才會產生一個脈沖。但是具體什么原因我還不敢確定，還請老師答疑和多多指教。第五章總結 經過這么多天的努力終于實現了本設計的要求，通過理論和實踐的結合讓我更加深刻的知道了，理論和實際的差距，和動手操作的重要性，對各個芯片的功能和原理有了進一步的了解和掌握。雖然在實物制作過程中遇到了不少困難，但是這樣更加鍛煉了我。在這次課程設計中，我在找到錯誤時，學會分析錯誤產生的原因，讓我更好的了解到芯片每一個引腳所起的作用。此外，電路的排版和焊接也是需要思考改進和加強的，電路有時會因為焊錫絲的過多而發(fā)生短路，也會因為焊錫絲的過少而發(fā)生虛焊。這也為以后的電路設計積累了寶貴的經驗。這次課程和設計讓我學到了很多東西。總之，這次設計不光增強了我的動手能力，更讓我學會了分析問題和解決問題的方法。元器件清單：74ls