基于数字电路设计的出租车计费器
系 部： 学生姓名： 专业班级： 学 号： 指导教师：
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声 明
本人所呈交的 ，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名： 日期：
摘要
现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局。虽然部分小城市尚未普及，但随着城市化进程日益深化，象征着城市面貌的出租车行业也将飞速发展，计价器普及必将大势所趋，预计未来计价器市场很有前景。计价器作为出租车的一个重要组成部分，关系着出租车司机和乘客双方利益，起着重要的作用，因此，具有良好性能的计价器对广大出租车司机朋友和乘客来说是很必要的。而采用模拟电路和数字电路设计的计价器整体电路的规模较大，用到的器件多，造成故障率高，难调试，对于模式的切换需要用到机械开关，机械开关时间久了会造成接触不良，功能不易实现。而采用单片机进行的设计，相对来说功能强大，用较少的硬件和适当的软件相互配合可以很容易的实现设计要求，且灵活性强，可以通过软件编程来完成更多的附加功能。针对计费模式的切换，通过软件编程就可以轻易而举的实现。
关键词：出租车计价器 控制；计价器； LED数码管
ABSTRACT
It is now the major city taxi industry have universal automatic meter, meter technology development is a foregone conclusion. Although part of the small city has not yet universal, but with the development of city is deepened increasingly, symbolizes the city 's taxi industry also will be rapid development, valuation implement popularity will represent the general trend, the expected future meter Market promising. Taxi meter as an important part of taxi drivers and passengers, relationship between the interests of both sides, plays an important role, therefore, with good performance of the meter the majority of taxi drivers friends and passenger is very necessary. The use of analog circuit and digital circuit design of the meter integral circuit of a larger scale, using the device, causing the high failure rate, difficult to debug, the pattern of switching requires the use of a mechanical switch, a mechanical switch for a long time will cause bad contact, function is not
easy to achieve. And the use of single-chip design, relatively powerful, with fewer hardware and the appropriate software interface can be easily achieved the design requirements, and flexibility, can be accomplished through software programming to more additional function. In terms of the switch, through software programming can be easy to achieve.
【KEY WORD】: Taximeter ; control ;meter; LED digital tube
目 录目录中不要标摘要！
摘要 ....................................................................................................................................... 3 引言 ....................................................................................................................................... 6 一、 设计任务与要求 ......................................................................................................... 7 二、 使用原件 ..................................................................................................................... 7
（一）直流稳压电源 ................................................................................................... 7 （二）集成电路 ........................................................................................................... 7
1. 芯片74LS161功能介绍.................................................................................. 7 2. 芯片74LS48功能介绍.................................................................................... 9 3．芯片74LS90功能介绍................................................................................... 9 （三）数据开关、按钮、阻容元件若干 ................................................................. 10 （四）数码管 ............................................................................................................. 10 三、电路设计 ..................................................................................................................... 10 四、 单元电路设计 ........................................................................................................... 11
（一） 里程计费电路设计 ....................................................................................... 11 （二）等候时间计费电路设计 ................................................................................. 12 （三）计数、锁存、显示电路 ................................................................................. 13 （四）时钟电路器 ..................................................................................................... 13 （五）置位电路和脉冲产生电路的设计 ................................................................. 14 附录 ..................................................................................................................................... 15 参考文献 ............................................................................................................................. 15 致谢 ..................................................................................................................................... 16
引言
如今的生活水平越来越高，这点从衣食住行之中便能看出，尤其是在“行”上。以往人们出门都是徒步行走或是骑马、马车之类，到了近代，人们发明了自行车，用它代步，无疑是极为方便，而随着科技的发展，汽车的发明，人类产生了一门新兴行业，出租车！
现在的人们即使自己有车，也往往不愿意自己开车，更多的愿意打车、打的。这使得出租车行业发展极为迅速，然而出租车的收费问题一直困扰着人们，这收费问题自然而然成为了人们关注的话题，比如收费标准和以及行驶里程等。
今天通过设计一款出租车计价器的课题，我们也熟悉了数字电路和模拟电路、单片机系统以及其他硬件操作技术，提高我们分析问题和解决问题的能力。
本论文总共分为四章：第一章设计任务与要求；第二章介绍使用原件；第三章电路设计；第四章电源电路设计。最后结合试验和个人体会阐述结果以及相应的结论。
在此谢谢指导老师和同学们的热情帮助。
一、 设计任务与要求
出租车自动计费器是根据客户用车的实际情况而自动计算、先是车费的数字表。数字表根据用车起步费、行车里程计费及等候时间计费三项显示客户用车总费用，还可设计起步、停车的音乐提示或语言提示。
（1）
自动计费器具有行车里程计费、等候时间计费和起步费三部分，三项计费统一用4位数码管显示，最大金额为99.99元。
（2）
行车里程单价设为1.8元/km，等候时间计费设为每10min计1.5元，起步价设为8元。要求行车时，计费值每公里刷新一次；等候是每10min刷新一次；行车不到1km或等候不足10min则忽略计费。
（3）
在启动和停车给出声音提示。
二、 使用元件这里面的小节按一种一种元件来分，每个元件就是一小节，不是按电路分的！你改一下！还有你网上下载的东西，你自己看看换行位置对不对，一句话
都没完就重起一行了！
（一）直流稳压电源 （二）集成电路 1. 芯片74LS161功能介绍 功能说明
在LS160A / 161A / 162A / 163A 4-bit同步 计数器与同步并行启用（负荷）功能. 计数器包括四个边沿触发D触发器与 相应的数据路由网络供给的D投入.所有 改变的Q输出（除因异步
主复位发生,在LS160A和LS161A)作为一个结果, 和同步,低到高的过渡
时钟输入（CP）.只要设定时间要求得到满足,有没有特殊的时机或活 动的限制,在任何模式控制或数据输入.
三个控制输入—并行启用(PE),计数启用 并行(CEP)和计数使能涓流(CET) —选择 运作模式如下表所示.伯爵
模式被激活时CEP, CET,和PE输入为高. 当PE是低,计数器将同步载入 从低到触发器的并行输入数据 高时钟过渡.要么CEP或CET 用来抑制计数序列. ,随着PE高举, 低的CEP或CET输入至少一个设置时间 前低到高时钟过渡将导致 要保留现有的输出状态.和功能 二计数启用输入(CET“ •
CEP)允许同步
级联没有外部的门和毫不拖延地在任何的bits或数字的实际数量的 积累.
终端计数(TC)输出为高电平时伯爵 启用涓滴(CET)输入是高的,而在其柜台 最大计数(HLLH为BCD计数器的状态,HHHH为
二进制计数器）.请注意,TC完全解码,因此,只为一个计数状态. LS160A和LS162A数模10后
二进制编码的十进制(BCD)序列.他们产生1 TC的 输出时CET输入是高的,而计数器的状态是
从这种状态下,他们9 (HLLH).递增状态0 (LLLL).如果 加载与超过9的代码,他们回到自己的合法 内两项序列,说明在国家 图.美国10通过15做 不
产生TC输出.
LS161A和LS163A数模16后
二进制序列.它们产生的TC输入时CET
而柜台状态15 (HHHH).是从这个国家递增状态0 (LLLL). (MR)和LS160A主的复位LS161A是
异步的.当MR是低,它覆盖了所有其他的输入条件和低产出sets. 绝不应该MR脚悬空.如果不使用,MR引脚通过一个电阻应绑到VCC,被 永久设置为高逻辑电平栅极输出. 低电平有效的同步复位(SR)输入
作为一个边沿触发控制输入LS162A和LS163A acts,覆盖CET, CEP和PE,和重置四个计数器触发器低到高的时钟过渡.这简化了从 设计控制复位电路种族自由逻辑,e.g.,的的同步计数器达到预定 值后重置
2.芯片74LS48功能介绍
SN54 / 74LS48是BCD 7-Segment解码器的NAND
门,输入缓冲器和七个AND-OR-INVERT大门.七NAND门 和一个驱动器是成对连接,使BCD数据和它的补 可用七个解码AND-OR-INVERT大门.其余
门NAND和三个输入缓冲器提供的LS48.的灯测试,消隐input/ripple-消隐输入 电路接受4-bit binary-coded-decimal (BCD),并根据 辅助输入状态,解码这些数据来带动其他组件.
相对正逻辑输出水平,以及辅助输入所需的条件,在真值表. LS48电路采用自动领导和/或尾随边缘
零消隐的控制(RBI和RBO).灯测试(LT)可以激活任何时间,当的BI / RBO 波节是高.这两款器件含有一个压倒一切的消隐输入(BI)的,可用于由不同的 BI输入信号的频率和占空比来控制灯的亮度或抑制输出.
3．芯片74LS90功能介绍
LS90, LS92,和LS93是4-bit波纹型十年,
Divide-By-Twelve,和二进制计数器.每个装置由四个主/从触 发器内部连接提供divide-by-two节和divide-by-five (LS9 0), divide-by-six (LS92),或divide-by-eight (LS93)
节.每一部分都有一个独立的时钟输入启动计数器的状态变化钟的HIGH- to-LOW过渡.国家的Q产出的变化不会同时出现因为内部纹波延误.因 此,解码输出信号解码尖峰,不应该被用于时钟或闪光灯.每个设 备Q0输出的设计和指定驱动器的额定扇出加上设备CP1输入的。 （三）数据开关、按钮、阻容元件若干 （四）数码管
三、总电路设计
按照传统电子设计方法，采用计数器电路为主实现自动计费。
分别将等候时间，行车里程都按照相同的比价转换成脉冲信号，然后然后对脉冲信号进行计数，而起步价可以通过预置送入计数器作为初值，如同3-1原理框图所示，里程信号检测器将检测到的行车里程经整形后送到行车里程计数器。每行车1km行车里程计数电路输出一个脉冲信号，启动行车单价计数器计数而输出与单价对应的脉冲数，例如单价是1.8元/km，则设计一个一百八十进制计数器，每公里输出180个脉冲到总费计数器，即每个脉冲为0.01元。等候时间计数器将来自时钟电路的秒脉冲作六百进制计数，得到10min信号，用10min信号控制一百五十进制计数器（等候10min单价计数器）想总费计数器输入150个脉冲。即每个脉冲也为0.01元。实现分贝将行车里程、等候时间都按相同的比价转换成脉冲信号的目的，以保证送到后面综费计数器的每个脉冲所代表的比较都为0.01元。这样，总费计数器根据起步价所预置的初值，加上里程脉冲、等候时间脉冲即可得到总的用车费用。
起里程信号检测 行程里程计数等候时间计数 步 P0 P2 里程单价计数10min单价计数P1
求和总费计数器数据锁存器译码显示器 3-1
图的位置放正，大小调整要适中，你现在的图字都没有了，如果你嫌太大，不好调，用截图工具转成图片再调整！
上述方案中，如果将里程单价计数器和10min等候单价计数器用比例乘法器完成，则可以得到较简单的电路。它将里程脉冲乘以比例系数得到代表里程费用的脉冲信号，等候时间脉冲乘以单位时间的比例系数得到代表等候时间的脉冲信号，然后将这两部分脉冲求和。
如果综费计数器采用BCD码加法器，即利用每计满1km的里程信号，每等候10min的时间信号控制加法器加上相应的单价价值，就能计算出用车费用。
四、 单元电路设计
（一） 里程计费电路设计
里程计费电路结构如图4-1所示。由里呈现好检测器、整形电路、行车里程计数器、里程单价计数器以及总费计数器和显示器组成，总书记飞起以及其后面的数据锁存器、译码显示器等为共用。而里程信号检测是有安装在与汽车轮相接的涡轮变速器上的磁铁使干簧继电器在汽车每前行10m闭合一次，即输出一个脉冲信号。汽车每前进1km，则输出100个脉冲。此时，计费器应累加1km的计费单价，本电路设为1.80元。在图3-1中，干簧继电器产生的脉冲信号经由74LS00组成的施密特触发器整形
得到CP0，CP0送入74HC161(1)和（2）构成的一百进制计数器（即行车里计数器），当计数器挤满100个脉冲时，一方面由于非门产生清零脉冲加到Rd端使计数器清零，另一方面将基本R-S触发器的Q置为1，此时ET=EP=1。是74HC161(3)和（4）组成的一百八十进制计数器（即里程单价计数器）开始对标准脉冲CP1计数，（标准脉冲CP1由时钟电路提供）计满180个脉冲后，Rd端的清零脉冲而使计数器清零，R-S触发器的Q1输出为0，计数器停止计数。在一百八十进制计数器计数期间，由于Q1=1，则P2=CP1，使P2端输出180个脉冲信号，代表每公里行车里程计费，即每个脉冲的计费是0.01元，称为脉冲当量。P2输出的脉冲当量送到总费计数器进行计数累加。
每张图都要编号！看看你的教科书怎么弄的!你画的电路图上面的字体设定得太小了！你改大一点，再截图过来，不然你的图一点都看不清什么元件，什么标号！
/Q1Q11&ARDARD≥1≥1ETEPCPABCDRCOET1EPCPABCDRCO74LS161（3）QAQBQCQD74LS161（4）QAQBQCQD1CP1&+VCC1AR11MΩRDARD1ETEPABCDRCOET1EPCPABCDRCO&74LS161（1）QAQBQCQD74LS161（2）QAQBQCQD1&CP2CPSN&& （二）等候时间计费电路设计
等候时间计费电路如图4-2所示，由等候计数器和10min单价计数器组成，其中由74HC161（1）、（2）、（3）构成等候时间计数器，它是一个六百进制计数器，对秒脉冲CP2（来自时钟电路）作计数，当计满一个循环时也就是等候时间满10min，一方面对六百进制计数器清零，另一方面将基本R-S触发器Q2置为1，启动由74HC161（4）和（5）构成的10min单价计数器工作，它是一个一百五十进制计数器。计数期间同时将脉冲从P1输出。在计数器计满10min等候单价时将R-S触发器复位为0，
停滞计数。从P1输出的脉冲数就是每等候10min输出150个脉冲，表示单价为1.5元，即脉冲当量为0.01元，P1输出脉冲当量也送至总费计数器进行计数累加。等候计时的起始信号由接在74HC161（1）的手动开关S1给定。 （三）计数、锁存、显示电路
如图4-3-1所示，其中计数器由4位BCD码计数器74LS160构成，由于来自里程计费电路的脉冲P2和来自等候时间的计费脉冲P1,的脉冲当量已经相同，均为0.01元，计数器可以对它们进行十进制计数。计数器所得到的状态值送入由两片8位锁存器74LS273构成的锁存电路锁存，然后由七段译码器74LS48译码后送到共阴数码管显示。
计数、译码、显示电路为使用显示数码不闪烁，需要保证计数锁存和计数器零信号之间正确的时序关系，如图4-3-2所示。
由图4-3-2的时序图结合图7-6的电路课件，在Q2或Q1为高电平1期间，计数器对里程脉冲P2或等候时间脉冲P1进行计数，当计数完1km脉冲（或等候10min脉冲）则计数结束。现在应将计数器的数据锁存到74LS273中以便进行译码显示，锁存信号由74LS123（1）构成的单稳态电路实现，当Q1或Q2变0时，启动单稳电路延时而使1Q产生一个正脉冲，这个正脉冲的持续时间保证数据锁存可靠。锁存到74LS273中的数据由74LS48译码后，在显示器中显示出来。只有在数据可靠锁存后才能清除计数器中的数据。因此，电路中用74LS123（2）设置了第二级单稳态电路，该单稳电路用第一级单稳输出脉冲1Q的下跳沿启动，经延时后在第二级单稳态的输出2Q产生计数器的清零信号。这样就保证了“计数→ 锁存→清零”的先后顺序，保证计数和显示稳定可靠。
图中的S2为上电开关，当S2闭合时，4位计数器均处于置数状态，数据D=1被自动置入第三位计数器，计费器显示8.00元起步价，可见，由S1能实现上电时自动置入起步价目，并且方便实现起步价的调整。S3可实现手动清零，当S3闭合时，使4位计数器都清零，结果使计费器显示为00.00。其中，小数点为固定位置。 （四）时钟电路器
时钟电路的功能是提供等候计费所需要的计时基础信号，同时也作为里程计费和
等候时间计费的单价脉冲源，电路如图4-4所示，它由振荡器和三级十进制计数器组成。
其中由555定时器和外接的RC组成一个振荡器，产生1kHz的矩形波信号，经74LS90组成的3级十分频后，得到1kHz的脉冲信号，可作为计时的秒信号。同时，从74LS90(1)的Q0经分频得到的500Hz脉冲作为CP1的计数脉冲。计时基准信号源也可采用频率稳定度更高的石英晶体振荡器实现。 （五）置位电路和脉冲产生电路的设计
在数字电路的设计中，常常还需要产生位置、复位信号，如Sd、Rd。这类信号恰好分高电平有效、低电平有效两种。由于实际电路在接通电源瞬间的状态往往是随即的，需要通过电路自动产生置位，复位电平使之可靠进入预定的初始状态，如前面设计中的图4-3，其中S2就是通过上电实现计数器的数据预置。如果产生的置位、复位信号不稳定可靠，会直接导致系统工作不稳定而产生错误。图4-5给出了几种上电自动置为、复位或置数的电路。
在图（a）中，当S闭合接通电源时，犹豫电容C两端电压不能突变仍为零，使Rd为0，产生Q置0的信号，此后C两端的电压上升到Rd为1时，D触发器进入计数状态。图（b）则由于非门对开关产生的信号进行了整形而得到更好地负跳变波形。图（c）和图（d）只不过的CC4013是CMOS双D触发器，这类电路置位和复位信号是高电平有效，由于开关闭合时电容可视为短路而产生高电平，使Rd=1，Q=0；若此信号加到Sd=1，Q=1。置位、复位过后，电容充电而使Rd（Sd）变为0，电路可进入计数状态，图（e）是用开关电路产生点动脉冲，每按一次开关产生一个正脉冲，是触发器构成的计数器计数1次；图（f）是用开关电路产生负脉冲，每按一次开关产生一个负脉冲。
附录 参考文献
参考文献资料：
【1】电子电路设计技术/朱兆优，林刚勇，马善农，王海涛编著。——北京：国防工业出版社，2007.3
【2】数字电子技术项目教程/邵利群 黄璟 蔡成伟 钱涛编著。——苏州工业职业技术学院
【3】电路分析基础/赵莉 主编——江西科学技术出版色 北京出版社2007.9 【4】电子线路CAD/殷庆纵 李福勤主编。——北京：北京大学出版社，2009.8（21世纪全国高职高专电子信息系列实用规划教材）
【5】电子EDA技术：Multisim/刘训飞，翟红主编。——北京：北京大学出版社，2011.1（21世纪全国高职高专电子信息系列技能型规划教材）
单片机技术及应用/刘训飞，陈希主编；程雪敏，蔡成炜副主编，——北京：清华大学出版社，2010.3（高职高专计算机实用规划教材——案例驱动与项目实践）
致谢
从这次课程设计中，我秦楚的意识到，在以后的学习中，要将理论与实际紧密的联系在一起，把我们所学的理论知识用到实际当中，这是我在本次课程设计之中最大的收获。在本次论文完成之际，谨向我的课程设计论文指导老师凌璟老师致予衷心的谢意。
本次课程设计的设计过程中得到了凌老师的支持和悉心的教导，在设计论文修改阶段凌老师非常认真负责地给予关心和指导，多次给出了修改意见。再此，对给予我关心和帮助的老师和同学们表示深深的感谢，祝福你们！
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