出租車計費器電路設計分析范文

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摘要：本文采用中、小規(guī)模集成電路設計并分析其計數器功能在行車里程及等候時間不同行車狀況下轉換為不同的脈沖信號，分析其電路通過對脈沖信號的計數，來實現出租車計價器設計的多功能性。

關鍵詞：出租車；計數器；譯碼器；顯示器

引言

隨著城市化進程的快速發(fā)展，象征著城市容貌的出租車產業(yè)也已興盛開來，而計費器的普及及使用也是勢在必行，所以來日汽車計費器的市場潛力還是無限的。出租車行業(yè)發(fā)展的重要標志——出租車計價器，其作為乘客和司機雙方交易的準則，是出租車中非常重要的工具。它關乎著交易雙方的切身利益。對廣大乘客及出租車司機來說具有一款性能良好的計價器是很有必要的。本設計是結合數字電路技術基礎，在現有出租車計價器基礎上利用中小規(guī)模集成電路來研究設計的出租車計價器。

1系統(tǒng)電路組成及功能簡介

1.1系統(tǒng)電路組成

本設計電路主要有行程計費電路、中途等待計費電路、計數-鎖存-顯示電路、振蕩電路四部分構成，并用4位七段數碼管顯示，最大顯示計數金額為99.99元[1]。其原理框圖1所示。

1.2系統(tǒng)功能簡介

該系統(tǒng)是由中、小規(guī)模集成電路構成其功能有：（1）自動計費器具有行駛行程計費、中途等待時間計費及起步價三部分組成，三項計費統(tǒng)一用4位數碼管顯示，最大計費金額為99.99元；（2）行駛行程計費單價規(guī)定為1.50元/km，中途等待時間計費定為每15分鐘1.0元，起步價規(guī)定為6.00元。要求汽車在行駛時，計費值將每公里自動刷新一次；中途等待時每15分鐘刷新一次；汽車在行駛不足1km或中途等待時間不超過15分鐘時則不計費；（3）在汽車啟動和停車時有聲音提示。

2設計原理及硬件電路設計分析

2.1行程計費電路工作原理及硬件電路設計分析

行程計費電路，其原理是汽車在前進期間，行程傳感器會把行程量轉化為脈沖個數，并通過計數、譯碼電路轉化為計費收取金額。行程傳感器是由磁鐵和干簧管組成，變速器渦輪上是磁鐵，而干簧繼電器通過安裝在與車輪相連的磁鐵（變速器渦輪上）在汽車每前進10米就閉合一次，并輸出一個脈沖信號。汽車每前進1km就會有100個脈沖輸出。此刻，計費器就會增加1km的計費，本設計電路是每行駛1千米收取1.50元。在該設計電路中的方波[2]是由CC40106CMOS集成的施密特觸發(fā)器將干簧繼電器產生的脈沖信號整形后得到，并把此方波輸入到150進制的計數器中（由兩片74HC161組成），計數器每計滿150個脈沖，就會使計數器清零，又會使基本RS觸發(fā)器的Q1變?yōu)楦唠娖?，使150進制計數器（兩片74HC161夠成）啟動對標準脈沖（施密特觸發(fā)器整形后得到的矩形波）計數，每計滿一百五十個脈沖時，就會使計數器清零，基本RS觸發(fā)器歸零，即計數器停止計數。在150進制計數器計數過程中，一百五十個脈沖信號由與非門74LS20輸出，此為汽車每行駛1公里的行程計費，也就是我們所設電路中的脈沖當量（每個脈沖的計費為0.01元）。

2.2中途等待計費電路工作原理及硬件電路設計分析

中途等待計費其原理也是轉換成脈沖當量，等待15分鐘及以上的信號是由74HC161構成的中途等待計數器將來自振蕩電路的秒脈沖信號作為400進制計數獲得，而向總消費計數器送入一百個計數脈沖是用15分鐘及以上信號控制的一個一百進制計數器（等待15分鐘單價計數器）。這樣，總消費計數器就可以依據起步價所設定的起始值，加上行程脈沖及中途等待時間脈沖即可得到最終的用車行程費用。中途等待計費電路，由兩片74HC161構成的400進制計數器對脈沖進行計數，當計滿一個周期時即等待時間滿15分鐘時，不僅會對400進制計數器清零，還會使基本RS觸發(fā)器變?yōu)楦唠娖?，此時啟動四百進制計數器（15分鐘等待單價）開始計數，計數過程中從與非門輸出100個計數脈沖。基本RS觸發(fā)器在計數器計滿15分鐘等待單價時歸零，隨后停止計數。而從與非門輸出的100個脈沖就是每等待15分鐘輸出的脈沖個數，而我們所設定的等待單價為1.00元，即此電路中的脈沖當量就是0.01元，電路中與74HC161相連的手動開關SW3用來控制等待計時的起始信號。

2.3計數-鎖存-顯示電路工作原理及硬件電路設計分析

計數、鎖存、譯碼顯示電路是為確保顯示數碼時不閃爍，其正確的時序關系也是此電路中的復位信號來維持，電路中的2輸入或門輸入端有一個為高電平1時，計數器便對行程脈沖或中途等待時間脈沖開啟計數功能，即計完1km沖脈或等待十五分鐘脈沖時計數器將結束工作。此刻鎖存電路會將計數器里的數據鎖存到74LS273中，并在譯碼器74LS48中實現譯碼顯示，而設計中的單穩(wěn)態(tài)電路（由兩片74LS123組成）輸出系統(tǒng)所需的鎖存信號，譯碼器74LS48對鎖存到鎖存器中的數據進行譯碼，并在由七段數碼管組成的顯示器中顯示出來。而計數器只有在數據可靠鎖存后才可消除其中的數據，這樣才能保障“計數—鎖存—清零”的先后順序，從而實現計數和顯示電路的穩(wěn)固性及牢靠性。本設計中計數-鎖存-顯示電路的硬件設計為：4片74LS160組成計數器部分，并對來自行程計費電路的脈沖和中途等待計費電路的脈沖進行10進制計數；鎖存器是（2片8位74LS273構成）將計數器中的數據鎖存到電路中；顯示電路是通過74LS48譯碼后輸送給七段數碼管（共陰極）并顯示其相應的計費值。

2.4振蕩電路原理及硬件電路設計分析

本設計中振蕩電路是由555定時器構成，其電路如圖2所示，定時器產生的1kHZ方波信號作為計時的基準信號，即電路中所需的1Hz的脈沖信號是由74LS90組成的3級十分頻后來獲得的，此為里程計費與等候時間計費的單價脈沖源。

3電路的仿真與調試

本系統(tǒng)調試時是將各部分單元模塊連接起來，并加入輸入信號進行軟件仿真，在發(fā)現問題時先對問題電路進行定位，即找到故障電路。一般有對換法、故障現象預測法、對分法等，再具體問題具體分析進一步的調試。根據調試結果本設計電路符合設計要求，并能實現正常計費功能，即里程計費及等候時間計費。

4結束語

隨著科技的發(fā)展，電子技術在社會生活中的作用也越來越重要，而利用其生產制造出的電子產品也已成為國民經濟的強大推動力。本設計就是主要運用數字電子技術中的中、小規(guī)模集成電路來設計的出租車計費器，其功能完整、計費準確、穩(wěn)定性強、成本低，設計電路簡單等優(yōu)點。而對于硬件電路的設計主要運用proteus軟件來實現設計并仿真結果，Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。其功能相當強大，它不僅具有其它EDA工具軟件(如:Multisim)電子線路的仿真功能，還可以加載程序仿真單片機及外圍電路，而且還能轉換成PCB版完成制板布線。它是目前較好的電子線路模擬仿真軟件，在電子線路的教學與設計中被廣泛應用。本文就是利用其設計和仿真可以同時進行，并且可以實時對所設計電路進行調試和修改，而且在設計與仿真階段，都是虛擬仿真，并不是實物，所以并不會對元器件產生實際損耗。這對于現實中設計電路板來說即節(jié)約了成本，而且還能夠縮短產品的開發(fā)周期，這被當前現代電子設計企業(yè)廣泛應用。

參考文獻

[1]畢滿清.電子技術實驗與課程設計[M].北京:機械工業(yè)出版社,2013,6（4）:251-300.

[2]楊志忠.數字電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2009,7（2）:286-291,302-304.

作者：楊坤漓 單位：鄭州工業(yè)應用技術學院