江蘇師范大學(xué)數(shù)字電路模擬電路簡易出租車計(jì)價(jià)器

1、江蘇師范大學(xué)物電學(xué)院本科生課程設(shè)計(jì)課 程 名 稱： 電子綜合設(shè)計(jì) 題 目： 簡易出租車計(jì)價(jià)器 專 業(yè) 班 級： 11物41班 學(xué) 生 姓 名： 張婷玉 學(xué) 生 學(xué) 號： 11224020 日 期： 2013-6-1 指 導(dǎo) 教 師： 王立巍 物電學(xué)院教務(wù)部印制17江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、課程設(shè)計(jì)目的、任務(wù)和內(nèi)容要求：在現(xiàn)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(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)張水平正穩(wěn)步前進(jìn)的國家，出租車的使用也與日俱增，與此同時(shí)，出租車計(jì)費(fèi)器的使用也逐日增加，因此，出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)不可忽視。本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)就是設(shè)計(jì)一個(gè)簡易出租車計(jì)費(fèi)器。鼓勵(lì)學(xué)生

2、在熟悉基本原理的前提下，與實(shí)際應(yīng)用相聯(lián)系，提出自己的方案，完善設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)任務(wù)如下： 1熟悉出租車計(jì)費(fèi)器工作原理； 2寫出出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)方案；3用硬件加以實(shí)現(xiàn)；4寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)簡易出租車計(jì)費(fèi)器控制電路。要求：1一般情況下，行車費(fèi)用按車輪轉(zhuǎn)一圈0.1元計(jì)（可由玩具電機(jī)和光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬）；2起步價(jià)5元；用三位數(shù)碼管顯示金額（最大值為99.9元）；3發(fā)揮部分：考慮等車費(fèi)用（按0.05元/每分鐘計(jì)） 二、進(jìn)度安排：課程設(shè)計(jì)時(shí)間安排在學(xué)期結(jié)束前二周進(jìn)行，共計(jì)14天。第1天： 選擇課題，論證設(shè)計(jì)方案；第2至3天： 原理設(shè)計(jì)，電路仿真（有條件進(jìn)行這一步），原理修改；第4至5天：

3、 安裝工藝設(shè)計(jì)，購買元器件；第6至9天： 按安裝工藝和調(diào)試工藝分步安裝、焊接、調(diào)試，電路修改，總調(diào)；第10天： 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝（無外殼要求的可以不做此項(xiàng)）；第11至13天：撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告(文搞要求有紙版和電子版)；第14天： 課程設(shè)計(jì)答辯、演示，驗(yàn)收。三、主要參考文獻(xiàn)：1閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006.52童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2006.53周常森.電子電路計(jì)算機(jī)仿真技術(shù).山東：山東科技出版社，20004鄭君里 應(yīng)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(dǎo)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(yīng)解決的問題.21.3基本要求.21.4發(fā)揮部分.21.5理論依據(jù).2第二章 設(shè)計(jì)方案簡述.32.1各模塊簡述.3第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì).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(shè)計(jì)結(jié)果及分析84.1 仿真電路104.2遇到問題11第五章 總結(jié).12參考文獻(xiàn)13摘要隨著科技的不斷發(fā)展有越來越多的科學(xué)技術(shù)應(yīng)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(gè)待顯示的計(jì)價(jià)器，那么它是怎么起到計(jì)價(jià)功能的呢，其實(shí)很簡單，只要用現(xiàn)在所學(xué)的專業(yè)知識就可以

5、自己動手做一個(gè)簡易的出租車計(jì)價(jià)器，這里我們還特意加入了等車計(jì)價(jià)的功能。在數(shù)字電路基礎(chǔ)課中學(xué)到了好幾種計(jì)數(shù)器芯片，利用這些計(jì)數(shù)芯片和相關(guān)的譯碼器就可以實(shí)現(xiàn)我們的簡易計(jì)價(jià)器的制作，在等車計(jì)價(jià)方面采用555電路產(chǎn)生12秒為周期的震蕩電路從而實(shí)現(xiàn)了每過一分鐘計(jì)價(jià)0.05元的功能，加獲取計(jì)價(jià)信號方面采用了霍爾管在磁場下的特殊效應(yīng)，來實(shí)現(xiàn)高低點(diǎn)平的產(chǎn)生?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)滑動變阻器就可一調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞：出租車計(jì)費(fèi)器；74LS192；CD4543；555數(shù)字計(jì)數(shù)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(xué)的專業(yè)知識設(shè)計(jì)并制作出具有預(yù)置起步價(jià)和等車計(jì)價(jià)功能的簡易出租車計(jì)價(jià)器，1.1意義：簡易出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)讓同學(xué)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(xué)們熟悉了電子線路設(shè)計(jì)的過程和動手操作的注意點(diǎn)，更好的讓同學(xué)們積累了一定的電路操作的動手能力。本次的課程設(shè)計(jì)是組隊(duì)設(shè)計(jì)，也很好的加強(qiáng)了同學(xué)們的團(tuán)隊(duì)工作精神和互相幫助的友情。1.2應(yīng)解決的問題：等車計(jì)價(jià)問題和模擬車輪轉(zhuǎn)動問題。1.3基本要求：行車費(fèi)用按車輪轉(zhuǎn)一圈

10、0.1元計(jì)（可由玩具電機(jī)和光電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬）；起步價(jià)5元；用三位數(shù)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(fèi)用（按0.05元/每分鐘計(jì)）；其它 1.5理論依據(jù)：74ls192芯片具有加減和預(yù)設(shè)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(shù)碼管。發(fā)揮部分使用的是555定時(shí)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(jì)數(shù)由霍爾管和電機(jī)組成系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖給74ls192實(shí)現(xiàn)沒轉(zhuǎn)一圈數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)加一的要求第二章 設(shè)計(jì)方案簡述2.1 各模塊簡述 根據(jù)題目的要求和設(shè)計(jì)需要，我選擇了具有加減和預(yù)設(shè)處置功能的74ls192芯片作為計(jì)數(shù)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(shù)碼管。發(fā)揮部分我使用的是555定時(shí)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(jì)數(shù)由霍爾管和電機(jī)組成系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖給74ls192實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)一圈數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)加一的要求。555外圍電路霍爾管電路第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 74LS192功能 74LS192 為 可 預(yù) 置 的 十 進(jìn) 制 同 步 加 / 減 計(jì) 數(shù) 器 ， 其主要電特性的典型值如下：192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)，不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（PL）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CP的

12、狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0P3）相一致的狀態(tài)。192 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在 4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CPU，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端（TCU）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)，錯(cuò)位輸出端（TCD）輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。當(dāng)把TCD和TCU分別連接后一級的CPD、CPU，即可進(jìn)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(shù) 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(shí)，芯片輸出為高電平，接到數(shù)碼管上，數(shù)碼管的各段發(fā)光二極管都亮，說明數(shù)碼管是好的，若

14、有一段以上發(fā)光二極管不亮，說明數(shù)碼管已壞。如果3腳為高低平，則斷開測試功能。用術(shù)語講，就是3腳對低電平有效。數(shù)碼管正常工作時(shí)，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(shí)，芯片執(zhí)行該功能，BI/RBO=1時(shí)，數(shù)碼管正常工作。BI/RBO消隱的特點(diǎn)是：當(dāng)BI/RBO=0時(shí)，不管輸入端為何值，輸出端都為低電平，數(shù)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(dāng)RBI

15、=0，若輸入端全為零時(shí)，輸出端也全為零，數(shù)碼管不顯示0字符，但其余的數(shù)字正常顯示。當(dāng)RBI=1時(shí)，數(shù)碼管正常工作。這種設(shè)計(jì)是為了多位數(shù)顯示時(shí)，要去掉低位數(shù)的零（如小數(shù)點(diǎn)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(jù)這個(gè)真值表進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shí)器,是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)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(shí)器外，還有對應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓范圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)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(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)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(chǎn)生與變換電路。它

22、也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)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(shí)器的內(nèi)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(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng) 5 腳懸空時(shí)，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(shí) 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?？梢詸z測磁場及其變化，可在各種與磁場有關(guān)的場合中使用?；魻柤呻娐肥且曰魻栃?yīng)原理為基礎(chǔ)工作的。      霍爾集成電路具有許多優(yōu)點(diǎn)，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高（可達(dá)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(guān)集成電路。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量。      霍爾線性集成電路的精度高、線性度好；霍爾開關(guān)集成電路無觸點(diǎn)、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高（可達(dá)m級）。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)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(yīng)力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速以及工作

25、狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)間等，轉(zhuǎn)變成電量來進(jìn)行檢測和控制。 霍爾開關(guān)電路的輸出級一般是一個(gè)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(guān)管相同。輸出管截止時(shí)，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(dǎo)通時(shí)，它的輸出端和線路的公共端短路。因此，必須外接一個(gè)電阻器（即負(fù)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(shí)，管子的飽和壓降也會隨之增大，使用者應(yīng)當(dāng)特別注意，僅這個(gè)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(fù)載電阻器的選擇作一估計(jì)。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(dāng)電源電壓VCC=12V時(shí)，所需的負(fù)載電阻器的阻值和這個(gè)阻值最接近的標(biāo)準(zhǔn)電阻為560，因此，可取560的電阻器作為負(fù)載電阻器。負(fù)載電阻器阻值根據(jù)負(fù)載電流的大小一般取5005K.霍爾管實(shí)物和原理圖當(dāng)霍爾管靠近磁鐵時(shí)其輸出一個(gè)高電平，遠(yuǎn)離磁鐵時(shí)跳變?yōu)榈碗娖街虚g間隔時(shí)間很短，當(dāng)輸出低電平時(shí)就可以給74ls192一個(gè)脈沖，從而實(shí)現(xiàn)了計(jì)數(shù)器加一的功能。此模塊能很好的模擬車輪的轉(zhuǎn)動。第四章 設(shè)計(jì)結(jié)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(jī)）來模擬車輪的轉(zhuǎn)動并實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)，用示波器檢測霍爾管的輸出波形，呈現(xiàn)出標(biāo)準(zhǔn)的方波。但是在實(shí)際電路中計(jì)數(shù)器卻不能實(shí)現(xiàn)單一的計(jì)數(shù)，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(shí)現(xiàn)單一的計(jì)數(shù)功能。所以我又安裝了一個(gè)點(diǎn)觸開關(guān)來模擬車輪的轉(zhuǎn)動來計(jì)費(fèi)。此外，在發(fā)揮部分考慮等車費(fèi)用（按0.05元/每分鐘計(jì)），我還用了了555和兩個(gè)電容電阻來進(jìn)行出租車的時(shí)間計(jì)時(shí)，使最后一個(gè)數(shù)碼管12秒跳0.01元。但是經(jīng)過幾次試驗(yàn)后，在初始狀態(tài)下出現(xiàn)05.01因此我又加了一個(gè)撥碼開關(guān)和點(diǎn)觸開關(guān)來進(jìn)行復(fù)位。這樣既方便復(fù)位，又方便老師和我檢查電路。此外，我認(rèn)為05.01產(chǎn)生的原因是因?yàn)殡娐吩谝婚_始開關(guān)打開的瞬間就產(chǎn)生一個(gè)

28、脈沖了，或者是因?yàn)殡娙萦幸欢ǔ浞烹姽δ懿艜a(chǎn)生一個(gè)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(jié) 經(jīng)過這么多天的努力終于實(shí)現(xiàn)了本設(shè)計(jì)的要求，通過理論和實(shí)踐的結(jié)合讓我更加深刻的知道了，理論和實(shí)際的差距，和動手操作的重要性，對各個(gè)芯片的功能和原理有了進(jìn)一步的了解和掌握。雖然在實(shí)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(shè)計(jì)中，我在找到錯(cuò)誤時(shí)，學(xué)會分析錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因，讓我更好的了解到芯片每一個(gè)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(jìn)和加強(qiáng)的，電路有時(shí)會因?yàn)楹稿a絲的過多而發(fā)生短路，也會因?yàn)楹稿a絲的過少而發(fā)生虛焊。這也為以后的電路設(shè)計(jì)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。這次課程和設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多東西。總之，這次設(shè)計(jì)不光增強(qiáng)了我的動手能力，更讓我學(xué)會了分析問題和解決問題的方法。元器件清單：74ls