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摘要：本文采用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并分析其計(jì)數(shù)器功能在行車?yán)锍碳暗群驎r(shí)間不同行車狀況下轉(zhuǎn)換為不同的脈沖信號(hào)，分析其電路通過對(duì)脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)，來實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)的多功能性。
關(guān)鍵詞：出租車；計(jì)數(shù)器；譯碼器；顯示器
引言
隨著城市化進(jìn)程的快速發(fā)展，象征著城市容貌的出租車產(chǎn)業(yè)也已興盛開來，而計(jì)費(fèi)器的普及及使用也是勢(shì)在必行，所以來日汽車計(jì)費(fèi)器的市場潛力還是無限的。出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志——出租車計(jì)價(jià)器，其作為乘客和司機(jī)雙方交易的準(zhǔn)則，是出租車中非常重要的工具。它關(guān)乎著交易雙方的切身利益。對(duì)廣大乘客及出租車司機(jī)來說具有一款性能良好的計(jì)價(jià)器是很有必要的。本設(shè)計(jì)是結(jié)合數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)，在現(xiàn)有出租車計(jì)價(jià)器基礎(chǔ)上利用中小規(guī)模集成電路來研究設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)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(shè)計(jì)電路主要有行程計(jì)費(fèi)電路、中途等待計(jì)費(fèi)電路、計(jì)數(shù)-鎖存-顯示電路、振蕩電路四部分構(gòu)成，并用4位七段數(shù)碼管顯示，最大顯示計(jì)數(shù)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(gòu)成其功能有：（1）自動(dòng)計(jì)費(fèi)器具有行駛行程計(jì)費(fèi)、中途等待時(shí)間計(jì)費(fèi)及起步價(jià)三部分組成，三項(xiàng)計(jì)費(fèi)統(tǒng)一用4位數(shù)碼管顯示，最大計(jì)費(fèi)金額為99.99元；（2）行駛行程計(jì)費(fèi)單價(jià)規(guī)定為1.50元/km，中途等待時(shí)間計(jì)費(fèi)定為每15分鐘1.0元，起步價(jià)規(guī)定為6.00元。要求汽車在行駛時(shí)，計(jì)費(fèi)值將每公里自動(dòng)刷新一次；中途等待時(shí)每15分鐘刷新一次；汽車在行駛不足1km或中途等待時(shí)間不超過15分鐘時(shí)則不計(jì)費(fèi)；（3）在汽車啟動(dòng)和停車時(shí)有聲音提示。
2設(shè)計(jì)原理及硬件電路設(shè)計(jì)分析
2.1行程計(jì)費(fèi)電路工作原理及硬件電路設(shè)計(jì)分析
行程計(jì)費(fèi)電路，其原理是汽車在前進(jìn)期間，行程傳感器會(huì)把行程量轉(zhuǎn)化為脈沖個(gè)數(shù)，并通過計(jì)數(shù)、譯碼電路轉(zhuǎn)化為計(jì)費(fèi)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(jìn)10米就閉合一次，并輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。汽車每前進(jìn)1km就會(huì)有100個(gè)脈沖輸出。此刻，計(jì)費(fèi)器就會(huì)增加1km的計(jì)費(fèi)，本設(shè)計(jì)電路是每行駛1千米收取1.50元。在該設(shè)計(jì)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(chǎn)生的脈沖信號(hào)整形后得到，并把此方波輸入到150進(jìn)制的計(jì)數(shù)器中（由兩片74HC161組成），計(jì)數(shù)器每計(jì)滿150個(gè)脈沖，就會(huì)使計(jì)數(shù)器清零，又會(huì)使基本RS觸發(fā)器的Q1變?yōu)楦唠娖?，使150進(jìn)制計(jì)數(shù)器（兩片74HC161夠成）啟動(dòng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)脈沖（施密特觸發(fā)器整形后得到的矩形波）計(jì)數(shù)，每計(jì)滿一百五十個(gè)脈沖時(shí)，就會(huì)使計(jì)數(shù)器清零，基本RS觸發(fā)器歸零，即計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在150進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)過程中，一百五十個(gè)脈沖信號(hào)由與非門74LS20輸出，此為汽車每行駛1公里的行程計(jì)費(fèi)，也就是我們所設(shè)電路中的脈沖當(dāng)量（每個(gè)脈沖的計(jì)費(fèi)為0.01元）。
2.2中途等待計(jì)費(fèi)電路工作原理及硬件電路設(shè)計(jì)分析
中途等待計(jì)費(fèi)其原理也是轉(zhuǎn)換成脈沖當(dāng)量，等待15分鐘及以上的信號(hào)是由74HC161構(gòu)成的中途等待計(jì)數(shù)器將來自振蕩電路的秒脈沖信號(hào)作為400進(jìn)制計(jì)數(shù)獲得，而向總消費(fèi)計(jì)數(shù)器送入一百個(gè)計(jì)數(shù)脈沖是用15分鐘及以上信號(hào)控制的一個(gè)一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器（等待15分鐘單價(jià)計(jì)數(shù)器）。這樣，總消費(fèi)計(jì)數(shù)器就可以依據(jù)起步價(jià)所設(shè)定的起始值，加上行程脈沖及中途等待時(shí)間脈沖即可得到最終的用車行程費(fèi)用。中途等待計(jì)費(fèi)電路，由兩片74HC161構(gòu)成的400進(jìn)制計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿一個(gè)周期時(shí)即等待時(shí)間滿15分鐘時(shí)，不僅會(huì)對(duì)400進(jìn)制計(jì)數(shù)器清零，還會(huì)使基本RS觸發(fā)器變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)啟動(dòng)四百進(jìn)制計(jì)數(shù)器（15分鐘等待單價(jià)）開始計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)過程中從與非門輸出100個(gè)計(jì)數(shù)脈沖?；綬S觸發(fā)器在計(jì)數(shù)器計(jì)滿15分鐘等待單價(jià)時(shí)歸零，隨后停止計(jì)數(shù)。而從與非門輸出的100個(gè)脈沖就是每等待15分鐘輸出的脈沖個(gè)數(shù)，而我們所設(shè)定的等待單價(jià)為1.00元，即此電路中的脈沖當(dāng)量就是0.01元，電路中與74HC161相連的手動(dòng)開關(guān)SW3用來控制等待計(jì)時(shí)的起始信號(hào)。
2.3計(jì)數(shù)-鎖存-顯示電路工作原理及硬件電路設(shè)計(jì)分析
計(jì)數(shù)、鎖存、譯碼顯示電路是為確保顯示數(shù)碼時(shí)不閃爍，其正確的時(shí)序關(guān)系也是此電路中的復(fù)位信號(hào)來維持，電路中的2輸入或門輸入端有一個(gè)為高電平1時(shí)，計(jì)數(shù)器便對(duì)行程脈沖或中途等待時(shí)間脈沖開啟計(jì)數(shù)功能，即計(jì)完1km沖脈或等待十五分鐘脈沖時(shí)計(jì)數(shù)器將結(jié)束工作。此刻鎖存電路會(huì)將計(jì)數(shù)器里的數(shù)據(jù)鎖存到74LS273中，并在譯碼器74LS48中實(shí)現(xiàn)譯碼顯示，而設(shè)計(jì)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(hào)，譯碼器74LS48對(duì)鎖存到鎖存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，并在由七段數(shù)碼管組成的顯示器中顯示出來。而計(jì)數(shù)器只有在數(shù)據(jù)可靠鎖存后才可消除其中的數(shù)據(jù)，這樣才能保障“計(jì)數(shù)—鎖存—清零”的先后順序，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和顯示電路的穩(wěn)固性及牢靠性。本設(shè)計(jì)中計(jì)數(shù)-鎖存-顯示電路的硬件設(shè)計(jì)為：4片74LS160組成計(jì)數(shù)器部分，并對(duì)來自行程計(jì)費(fèi)電路的脈沖和中途等待計(jì)費(fèi)電路的脈沖進(jìn)行10進(jìn)制計(jì)數(shù)；鎖存器是（2片8位74LS273構(gòu)成）將計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存到電路中；顯示電路是通過74LS48譯碼后輸送給七段數(shù)碼管（共陰極）并顯示其相應(yīng)的計(jì)費(fèi)值。
2.4振蕩電路原理及硬件電路設(shè)計(jì)分析
本設(shè)計(jì)中振蕩電路是由555定時(shí)器構(gòu)成，其電路如圖2所示，定時(shí)器產(chǎn)生的1kHZ方波信號(hào)作為計(jì)時(shí)的基準(zhǔn)信號(hào)，即電路中所需的1Hz的脈沖信號(hào)是由74LS90組成的3級(jí)十分頻后來獲得的，此為里程計(jì)費(fèi)與等候時(shí)間計(jì)費(fèi)的單價(jià)脈沖源。
3電路的仿真與調(diào)試
本系統(tǒng)調(diào)試時(shí)是將各部分單元模塊連接起來，并加入輸入信號(hào)進(jìn)行軟件仿真，在發(fā)現(xiàn)問題時(shí)先對(duì)問題電路進(jìn)行定位，即找到故障電路。一般有對(duì)換法、故障現(xiàn)象預(yù)測(cè)法、對(duì)分法等，再具體問題具體分析進(jìn)一步的調(diào)試。根據(jù)調(diào)試結(jié)果本設(shè)計(jì)電路符合設(shè)計(jì)要求，并能實(shí)現(xiàn)正常計(jì)費(fèi)功能，即里程計(jì)費(fèi)及等候時(shí)間計(jì)費(fèi)。
4結(jié)束語
隨著科技的發(fā)展，電子技術(shù)在社會(huì)生活中的作用也越來越重要，而利用其生產(chǎn)制造出的電子產(chǎn)品也已成為國民經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大推動(dòng)力。本設(shè)計(jì)就是主要運(yùn)用數(shù)字電子技術(shù)中的中、小規(guī)模集成電路來設(shè)計(jì)的出租車計(jì)費(fèi)器，其功能完整、計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性強(qiáng)、成本低，設(shè)計(jì)電路簡單等優(yōu)點(diǎn)。而對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用proteus軟件來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并仿真結(jié)果，Proteus軟件是英國LabCenterElectronics公司出版的EDA工具軟件。其功能相當(dāng)強(qiáng)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(jī)及外圍電路，而且還能轉(zhuǎn)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(xué)與設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。本文就是利用其設(shè)計(jì)和仿真可以同時(shí)進(jìn)行，并且可以實(shí)時(shí)對(duì)所設(shè)計(jì)電路進(jìn)行調(diào)試和修改，而且在設(shè)計(jì)與仿真階段，都是虛擬仿真，并不是實(shí)物，所以并不會(huì)對(duì)元器件產(chǎn)生實(shí)際損耗。這對(duì)于現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)電路板來說即節(jié)約了成本，而且還能夠縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，這被當(dāng)前現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)企業(yè)廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
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作者：楊坤漓 單位：鄭州工業(yè)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院