出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表

1、信息科學(xué)與工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課題名稱: 出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表 專業(yè)班級: 學(xué) 號: 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 2013年7月目錄第1章 緒論.41.1 出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表的設(shè)計(jì)意義.41.2 Multisim軟件的概述.51.3 設(shè)計(jì)方案論證.71.4 總體設(shè)計(jì)方案方案.7第2章 出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表核心器件.82.1 555集成定時(shí)器.82.2 74LS160基本工作原理.9第3章 設(shè)計(jì)各單元電路.113.1 設(shè)計(jì)思路.113.2 各單元電路的設(shè)計(jì).11第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析.14第5章 課程設(shè)計(jì)總結(jié).15參考文獻(xiàn).16附錄 1.17附錄2.18摘 要本設(shè)計(jì)是以555定時(shí)器為核心,以74160智

2、能芯片為外設(shè)的出租車計(jì)價(jià)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)滿足集計(jì)程、計(jì)時(shí)、計(jì)費(fèi)等多種計(jì)量功能為一體的出租車計(jì)價(jià)器的實(shí)用要求。設(shè)計(jì)電路由等候時(shí)鐘信號電路，行駛里程電路，單價(jià)調(diào)整電路和總金額顯示電路組成。測控74160芯片通過555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖信號進(jìn)行里程計(jì)算,里程計(jì)費(fèi),利用外部脈沖信號產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號,以計(jì)算等待時(shí)間,等待費(fèi)用。以Electronics Workbench (EWB)軟件作為開發(fā)平臺,采用圖形方式創(chuàng)建電路、構(gòu)造電路、調(diào)用元器件和測試儀器，該工作平臺可以對電子元器件進(jìn)行一定程度的非線性仿真，不僅測試儀器的圖形與實(shí)物相似，而且測試結(jié)果與實(shí)際調(diào)試基本相似。555定時(shí)器和74160芯片的模塊化的設(shè)

3、計(jì)為系統(tǒng)功能的擴(kuò)展提供了空間和便利。關(guān)鍵詞：Multisim軟件；計(jì)費(fèi)系統(tǒng)；555定時(shí)器芯片；74160芯片第1章 緒論1.1 出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表的設(shè)計(jì)意義出租車是現(xiàn)代人類的重要交通工具，而出租車的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的安全性和先進(jìn)性是人們普遍關(guān)心的問題，要求計(jì)費(fèi)器性能穩(wěn)定，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確，以及預(yù)防司機(jī)作弊行為等等都關(guān)系到乘客的切身利益。因此，設(shè)計(jì)出符合人們普遍要求及放心的產(chǎn)品具有重要的意義。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,出租車計(jì)價(jià)器技術(shù)也在不斷進(jìn)步和提高,國內(nèi)出租車計(jì)價(jià)器已經(jīng)經(jīng)歷了四個(gè)階段的發(fā)展,從傳統(tǒng)的全部由機(jī)械元器件組成的機(jī)械式,到半電子式即用電子線路代替部分機(jī)械元器件的出租車計(jì)價(jià)器,再從集成電路式到目前的555定

4、時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器。 設(shè)計(jì)要求：1 .分析設(shè)計(jì)要求，明確性能指標(biāo)。必須仔細(xì)分析課題要求、性能、指標(biāo)及應(yīng)用環(huán)境等，廣開思路，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。2 .確定合理的總體方案。對各種方案進(jìn)行比較，以電路的先進(jìn)性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，并考慮器件的來源，敲定可行方案。3 .設(shè)計(jì)各單元電路?？傮w方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個(gè)設(shè)計(jì)。4.組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進(jìn)右出的規(guī)律擺放各電路，并標(biāo)出必要的說明。設(shè)計(jì)指標(biāo)：1 不同情況具有不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。白天、晚上、途中等待（>10min 開始收費(fèi)）。2 能

5、進(jìn)行手動修改單價(jià)。3 具有數(shù)據(jù)的復(fù)位功能。4 白天/晚上收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換開關(guān)，數(shù)據(jù)的清零開關(guān)，單價(jià)的調(diào)整，單價(jià)輸出2位，路程輸出2位，總金額輸出3位。5 按鍵：啟動計(jì)時(shí)開關(guān)，數(shù)據(jù)復(fù)位（清零）。白天/晚上轉(zhuǎn)換。1.2 Multisim軟件的概述電子工作平臺Electronics Workbench (EWB)(現(xiàn)稱為MultiSim) 軟件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電子電路仿真的虛擬電子工作臺軟件，“虛擬電子工作平臺”（Electronics Workbench），簡稱EWB。使用虛擬測試儀器對電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)如同置身于實(shí)

6、驗(yàn)室使用真實(shí)儀器測試電路，既解決了購買大量元器件和高檔儀器的難處，又避免了儀器損壞等不利因素。同時(shí)在該軟件下調(diào)試所得結(jié)果電路可以和tango、protel和orcad等印制電路設(shè)計(jì)軟件共享，生成印制電路，自動排出印制電路版，從而大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度，提高工作效率。而且該軟件直觀的電路圖和仿真分析結(jié)果的顯示形式非常適合于電子類課程課堂和實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，是一種非常好的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)工具。它具有這樣一些特點(diǎn)：（1）采用直觀的圖形界面創(chuàng)建電路：在計(jì)算機(jī)屏幕上模仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作臺，繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選?。唬?）軟件儀器的控制面板外形和操作方式都與實(shí)物相似，可以

7、實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果。（3）EWB軟件帶有豐富的電路元件庫，提供多種電路分析方法。（4）作為設(shè)計(jì)工具，它可以同其它流行的電路分析、設(shè)計(jì)和制板軟件交換數(shù)據(jù)。（5）EWB還是一個(gè)優(yōu)秀的電子技術(shù)訓(xùn)練工具，利用它提供的虛擬儀器可以用比實(shí)驗(yàn)室中更靈活的方式進(jìn)行電路實(shí)驗(yàn)，仿真電路的實(shí)際運(yùn)行情況，熟悉常用電子儀器測量方法。3.2 EWB的仿真方法 一、仿真環(huán)境的設(shè)定 用戶在對電路進(jìn)行仿真之前，要先對仿真分析環(huán)境進(jìn)行設(shè)定。在菜單欄上依次選取ANALYSIS、ANALYSISOPTION，則彈出ANALYSISOPTION對話框，用戶可對其中的仿真環(huán)境參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，如環(huán)境溫度，絕對電流誤差等。二、對繪制好的電路進(jìn)行

8、仿真在上述步驟完成后，按下啟動按鈕即可進(jìn)行電路仿真。此時(shí)用戶可以對電路的工作進(jìn)行各種分析，如付里葉分析，噪聲分析等等，用鼠標(biāo)雙擊電路中的儀器可以打開儀器面板，通過改變面板上的參數(shù)來改變電路輸入狀態(tài)或查看電路仿真結(jié)果，如改變信號發(fā)生器的輸出波形、幅度和頻率等來改變電路的輸入狀態(tài)，用戶也可以查看它的仿真結(jié)果，如查看萬用表上的指示值，查看示波器上的波形等。 EWB中的儀器是非常直觀的，其儀器面板幾乎和我們平時(shí)所用的儀器一樣，用戶會發(fā)覺這些儀器比實(shí)際使用中的那些儀器還要好用，比如示波器，它不僅無需進(jìn)行同步調(diào)整，而且它還有波形記憶功能，用戶可以隨時(shí)查看仿真過程中任一時(shí)該的輸出波形。EWB的工具欄上的按鈕

9、是用來作分析用的，當(dāng)電路中有使用到如示波器或掃頻儀等儀器時(shí)，按下該按鈕就會彈出如下圖所示的ANALYSIS GRAPHS窗口，用戶可以清楚地看到電路中的波形狀態(tài)。當(dāng)仿真時(shí)間很長時(shí)，整個(gè)仿真過程的波形會都存在屏幕上，此時(shí)波形可能看不清楚，但用戶可以用鼠標(biāo)從該屏幕上拉出一小塊窗口，則選定區(qū)域就會放大到整個(gè)窗口。三、仿真時(shí)出錯(cuò)的處理 當(dāng)電路有問題時(shí)，EWB仿真過程中會產(chǎn)生出錯(cuò)信息，并出現(xiàn)在ANALYSIS GRAPHS窗口上，用戶可從其出錯(cuò)信息中找到出錯(cuò)原因和故障所在，再修改電路或參數(shù)，改完后再進(jìn)行仿真，真到正確為止。用戶也可以在仿真的同時(shí)對電路參數(shù)進(jìn)行修改，此時(shí)電路的狀態(tài)和輸出波形也會動態(tài)隨之更改

10、。 1.3 設(shè)計(jì)方案論證方案一：采用單片機(jī)控制單片機(jī)具有較強(qiáng)的計(jì)算功能，單片機(jī)豐富的IO端口再加上單片機(jī)控制的靈活性，實(shí)現(xiàn)里程計(jì)價(jià)功能和價(jià)格調(diào)節(jié)、時(shí)鐘顯示功能。單片機(jī)方案有較大的活動空間，不但能實(shí)現(xiàn)所要求的功能，而且能在很大的程度上擴(kuò)展功能。方案二：采用數(shù)字電路控制。等候時(shí)間信號由定時(shí)器組成。計(jì)數(shù)器記錄輸出脈沖的個(gè)數(shù)，通過調(diào)整單價(jià)，可以實(shí)現(xiàn)不同的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)；傳感器件輸出脈沖信號。方案三：采用VHDL編程。用FPGA/CPLD制作成自動計(jì)費(fèi)器的專用集成電路芯片ASIC，加上少數(shù)外圍電子原件，即能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)要求。1.4 總體設(shè)計(jì)方案方案根據(jù)課題設(shè)計(jì)要求，只能使用方案二，即利用數(shù)字電路設(shè)計(jì)本次實(shí)驗(yàn)，數(shù)字

11、電路控制框圖見圖1.1。等候時(shí)間信號行駛里程信號等候時(shí)間單價(jià)里程單價(jià)白天標(biāo)準(zhǔn)晚上標(biāo)準(zhǔn)總金額顯示行駛里程顯示單價(jià)顯示與調(diào)整圖1.1數(shù)字電路控制框圖第2章 出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表核心器件2.1 555集成定時(shí)器555 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，

12、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。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

13、較器 A2 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。表2.1為555定時(shí)器功能表。周期計(jì)算公式表2.1 555定時(shí)器功能表閾值輸入端6觸發(fā)輸入端2復(fù)位端4輸出端 3放電管T端7××00導(dǎo)通輸入輸出<2/3Vcc<1/3Vcc11截止>2/3Vcc>1/3Vcc10導(dǎo)通<2/3Vcc>1/3Vcc1不變不變2.2 74LS160基本工作原理只要（

14、CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號中，CR的非的信號為CT=0，若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制清零端的信號不是N-1（6），而是N（7）狀態(tài)。其實(shí)，這是由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計(jì)數(shù)的一個(gè)狀態(tài)。清零端是低電平有效。當(dāng)（LD的非）為有效電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0Q3端。若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制置數(shù)端的信號是N（7）狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。表2.

15、2為74LS160邏輯功能表，圖2.1為其引腳圖。表2.2 74LS160的邏輯功能表時(shí)鐘CP異步清除同步置數(shù)EP   ET工 作 狀態(tài)×0××   ×10×   ××110    1×11×   011 1   1  圖2.1 74LS160引腳圖74LS160邏輯功能測試74LS160是中規(guī)模集成同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，具有異步清零和同步預(yù)置數(shù)的功能。使用

16、74LS160通過置零法或置數(shù)法可以實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。先對74LS160的基本功能進(jìn)行測試，并將計(jì)數(shù)器的工作狀態(tài)填入表中。 異步清零：當(dāng)0時(shí)，Q 0Q1Q2Q30。 同步預(yù)置：當(dāng)0時(shí)，在時(shí)鐘脈沖CP上升沿作用下，Q 0D0，Q1D1，Q2D2，Q3D3。鎖存：當(dāng)使能端時(shí)，計(jì)數(shù)器禁止計(jì)數(shù)，為鎖存狀態(tài)。 計(jì)數(shù)：當(dāng)使能端EPET1時(shí)，為計(jì)數(shù)狀態(tài)。74LS160的應(yīng)用（1）用兩片74LS160和門電路構(gòu)成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器（用復(fù)位法），要求譯碼顯示，并顯示數(shù)字為0023的循環(huán)。1）接成并行進(jìn)位型。設(shè)計(jì)電路并用數(shù)碼顯示驗(yàn)證計(jì)數(shù)功能，記錄數(shù)碼顯示情況。2）接成串行進(jìn)位型。設(shè)計(jì)

17、電路并用數(shù)碼顯示驗(yàn)證計(jì)數(shù)功能，記錄數(shù)碼顯示情況。圖1-2 74LS160引腳圖（2）74LS160引腳圖第3章 設(shè)計(jì)各單元電路3.1 設(shè)計(jì)思路根據(jù)此次課程設(shè)計(jì)的要求,我設(shè)計(jì)的出租車?yán)锍逃?jì)價(jià)器基本電路由四個(gè)部分組成，等候時(shí)間信號，里程傳感信號，單價(jià)顯示，總金額顯示，由555定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、顯示器組成整體的電路系統(tǒng)，通過BCD碼比例乘法器輸出金額，通過計(jì)數(shù)器，顯示器最終輸出2位單價(jià)，2位里程數(shù)，3位總金額。為了方便顧客查看等候時(shí)間，等候時(shí)間也輸出1位顯示。3.2 各單元電路的設(shè)計(jì)1.等候時(shí)鐘信號電路設(shè)計(jì)555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器進(jìn)行分頻并輸出脈沖，模塊輸出1HZ的脈沖信號。當(dāng)在計(jì)數(shù)狀態(tài)下霍爾開

18、關(guān)沒有輸出信號，片內(nèi)的T1 定時(shí)器便被啟動，每當(dāng)計(jì)時(shí)到達(dá)10分鐘，就對當(dāng)前金額加上中途等待的單價(jià)，以后每十分鐘都自動加上中途等待的單價(jià)。當(dāng)?shù)却Y(jié)束時(shí)，自動切換到正常的計(jì)價(jià)。圖3.1為等候時(shí)鐘電路。圖3.1 等候時(shí)鐘電路2.行駛里程電路設(shè)計(jì)輸入信號脈沖，由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在Multisim中選用用脈沖信號來表示汽車行駛里程，將0.1分鐘的脈沖表示10米信號送入由74LS160組成的100進(jìn)制計(jì)數(shù)器。當(dāng)100進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)滿時(shí)就是行駛了1公里了，也就是進(jìn)行了10分鐘計(jì)數(shù)。此時(shí)進(jìn)位輸出一個(gè)行駛1公里的脈沖信號，將此信號通過計(jì)數(shù)、譯碼，從而顯示出來，實(shí)現(xiàn)了里程的計(jì)數(shù)與顯示功能，清零和復(fù)位可以通過計(jì)數(shù)器的異步

19、置零端。圖3.2為行駛里程顯示電路。圖3.2 行駛里程電路3.單價(jià)調(diào)整電路設(shè)計(jì)由數(shù)值比較器送來有效脈沖，由兩片計(jì)數(shù)器組成，低位計(jì)數(shù)器預(yù)置為8，前三位計(jì)數(shù)器計(jì)滿向此進(jìn)位，計(jì)數(shù)器加1。由顯示譯碼器和譯碼器構(gòu)成價(jià)錢顯示。以上三部分構(gòu)成價(jià)錢計(jì)數(shù)系統(tǒng)。圖3.3為單價(jià)調(diào)整電路。圖3.3 單價(jià)調(diào)整電路4.總金額顯示電路設(shè)計(jì)里程單價(jià)與里程的乘積和等待單價(jià)與等待時(shí)間的乘積之和就是總金額，總金輸出3位，所以我們用3個(gè)74160計(jì)數(shù)器，3個(gè)顯示器，顯示金額。計(jì)價(jià)與顯示模塊即總金額顯示。圖3.4為總金額顯示電路。圖3.4 總金額顯示電路第4章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析本設(shè)計(jì)以555定時(shí)器為核心,以74160智能芯片為外設(shè)的出租

20、車計(jì)價(jià)器的數(shù)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用等候時(shí)間信號，里程傳感信號，單價(jià)顯示，總金額顯示等模塊。根據(jù)白天，晚上以及等待時(shí)間收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的不同，根據(jù)白天，晚上以及等待時(shí)間收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的不同，利用BCD碼加法器改變單價(jià)。通輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而顯示2位里程數(shù)；途中停車時(shí)間大于10分鐘開始計(jì)費(fèi)脈沖由系統(tǒng)時(shí)鐘模塊提供，利用系統(tǒng)時(shí)鐘產(chǎn)生與等候時(shí)間成正比的脈沖信號，通過有單價(jià)預(yù)置的比例系數(shù)乘法器進(jìn)行運(yùn)算得到等候時(shí)間費(fèi)用，行車?yán)锍虒⑵囆旭偟睦锍虜?shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個(gè)數(shù)，然后由計(jì)數(shù)譯碼電路變成收費(fèi)金額。經(jīng)或門計(jì)數(shù)器顯示器得到3位總金額顯示。通過BCD碼比例乘法器輸出金額，通過計(jì)數(shù)器，顯示器最終輸出2位單價(jià)，2位里程數(shù)，3位總

21、金額當(dāng)出租車到達(dá)目的地時(shí)通過總金額的顯示就可以收取費(fèi)用。系統(tǒng)總體仿真電路圖見附錄1。第5章 總結(jié)本次課設(shè)的內(nèi)容是設(shè)計(jì)出租汽車?yán)锍逃?jì)價(jià)表，出租車?yán)锍逃?jì)價(jià)表能隨里程的增加自動顯示出費(fèi)用。由于單片機(jī)設(shè)計(jì)簡單且靈活性大，因此生活中大多采用單片機(jī)的方法設(shè)計(jì)出租車?yán)锍逃?jì)價(jià)器，因?yàn)檎n題設(shè)計(jì)的要求只能使用數(shù)字電路設(shè)計(jì)，所以選用數(shù)電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次課設(shè)通過4大模塊設(shè)計(jì)計(jì)價(jià)器分別是：等候時(shí)間信號，里程信號，單價(jià)顯示，總金額顯示等等。根據(jù)白天，晚上以及等待時(shí)間收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的不同，通過BCD碼比例乘法器輸出金額，通過計(jì)數(shù)器，顯示器最終輸出2位單價(jià)，2位里程數(shù)，3位總金額當(dāng)出租車到達(dá)目的地時(shí)通過總金額的顯示就可以收取費(fèi)用。經(jīng)過2周的設(shè)計(jì)時(shí)間，