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出租车计费器电路设计分析

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摘要:本文采用中、小规模集成电路设计并分析其计数器功能在行车里程及等候时间不同行车状况下转换为不同的脉冲信号,分析其电路通过对脉冲信号的计数,来实现出租车计价器设计的多功能性。

关键词:出租车;计数器;译码器;显示器

引言

随着城市化进程的快速发展,象征着城市容貌的出租车产业也已兴盛开来,而计费器的普及及使用也是势在必行,所以来日汽车计费器的市场潜力还是无限的。出租车行业发展的重要标志——出租车计价器,其作为乘客和司机双方交易的准则,是出租车中非常重要的工具。它关乎着交易双方的切身利益。对广大乘客及出租车司机来说具有一款性能良好的计价器是很有必要的。本设计是结合数字电路技术基础,在现有出租车计价器基础上利用中小规模集成电路来研究设计的出租车计价器。

1系统电路组成及功能简介

1.1系统电路组成

本设计电路主要有行程计费电路、中途等待计费电路、计数-锁存-显示电路、振荡电路四部分构成,并用4位七段数码管显示,最大显示计数金额为99.99元[1]。其原理框图1所示。

1.2系统功能简介

该系统是由中、小规模集成电路构成其功能有:(1)自动计费器具有行驶行程计费、中途等待时间计费及起步价三部分组成,三项计费统一用4位数码管显示,最大计费金额为99.99元;(2)行驶行程计费单价规定为1.50元/km,中途等待时间计费定为每15分钟1.0元,起步价规定为6.00元。要求汽车在行驶时,计费值将每公里自动刷新一次;中途等待时每15分钟刷新一次;汽车在行驶不足1km或中途等待时间不超过15分钟时则不计费;(3)在汽车启动和停车时有声音提示。

2设计原理及硬件电路设计分析

2.1行程计费电路工作原理及硬件电路设计分析

行程计费电路,其原理是汽车在前进期间,行程传感器会把行程量转化为脉冲个数,并通过计数、译码电路转化为计费收取金额。行程传感器是由磁铁和干簧管组成,变速器涡轮上是磁铁,而干簧继电器通过安装在与车轮相连的磁铁(变速器涡轮上)在汽车每前进10米就闭合一次,并输出一个脉冲信号。汽车每前进1km就会有100个脉冲输出。此刻,计费器就会增加1km的计费,本设计电路是每行驶1千米收取1.50元。在该设计电路中的方波[2]是由CC40106CMOS集成的施密特触发器将干簧继电器产生的脉冲信号整形后得到,并把此方波输入到150进制的计数器中(由两片74HC161组成),计数器每计满150个脉冲,就会使计数器清零,又会使基本RS触发器的Q1变为高电平1,使150进制计数器(两片74HC161够成)启动对标准脉冲(施密特触发器整形后得到的矩形波)计数,每计满一百五十个脉冲时,就会使计数器清零,基本RS触发器归零,即计数器停止计数。在150进制计数器计数过程中,一百五十个脉冲信号由与非门74LS20输出,此为汽车每行驶1公里的行程计费,也就是我们所设电路中的脉冲当量(每个脉冲的计费为0.01元)。

2.2中途等待计费电路工作原理及硬件电路设计分析

中途等待计费其原理也是转换成脉冲当量,等待15分钟及以上的信号是由74HC161构成的中途等待计数器将来自振荡电路的秒脉冲信号作为400进制计数获得,而向总消费计数器送入一百个计数脉冲是用15分钟及以上信号控制的一个一百进制计数器(等待15分钟单价计数器)。这样,总消费计数器就可以依据起步价所设定的起始值,加上行程脉冲及中途等待时间脉冲即可得到最终的用车行程费用。中途等待计费电路,由两片74HC161构成的400进制计数器对脉冲进行计数,当计满一个周期时即等待时间满15分钟时,不仅会对400进制计数器清零,还会使基本RS触发器变为高电平1,此时启动四百进制计数器(15分钟等待单价)开始计数,计数过程中从与非门输出100个计数脉冲。基本RS触发器在计数器计满15分钟等待单价时归零,随后停止计数。而从与非门输出的100个脉冲就是每等待15分钟输出的脉冲个数,而我们所设定的等待单价为1.00元,即此电路中的脉冲当量就是0.01元,电路中与74HC161相连的手动开关SW3用来控制等待计时的起始信号。

2.3计数-锁存-显示电路工作原理及硬件电路设计分析

计数、锁存、译码显示电路是为确保显示数码时不闪烁,其正确的时序关系也是此电路中的复位信号来维持,电路中的2输入或门输入端有一个为高电平1时,计数器便对行程脉冲或中途等待时间脉冲开启计数功能,即计完1km冲脉或等待十五分钟脉冲时计数器将结束工作。此刻锁存电路会将计数器里的数据锁存到74LS273中,并在译码器74LS48中实现译码显示,而设计中的单稳态电路(由两片74LS123组成)输出系统所需的锁存信号,译码器74LS48对锁存到锁存器中的数据进行译码,并在由七段数码管组成的显示器中显示出来。而计数器只有在数据可靠锁存后才可消除其中的数据,这样才能保障“计数—锁存—清零”的先后顺序,从而实现计数和显示电路的稳固性及牢靠性。本设计中计数-锁存-显示电路的硬件设计为:4片74LS160组成计数器部分,并对来自行程计费电路的脉冲和中途等待计费电路的脉冲进行10进制计数;锁存器是(2片8位74LS273构成)将计数器中的数据锁存到电路中;显示电路是通过74LS48译码后输送给七段数码管(共阴极)并显示其相应的计费值。

2.4振荡电路原理及硬件电路设计分析

本设计中振荡电路是由555定时器构成,其电路如图2所示,定时器产生的1kHZ方波信号作为计时的基准信号,即电路中所需的1Hz的脉冲信号是由74LS90组成的3级十分频后来获得的,此为里程计费与等候时间计费的单价脉冲源。

3电路的仿真与调试

本系统调试时是将各部分单元模块连接起来,并加入输入信号进行软件仿真,在发现问题时先对问题电路进行定位,即找到故障电路。一般有对换法、故障现象预测法、对分法等,再具体问题具体分析进一步的调试。根据调试结果本设计电路符合设计要求,并能实现正常计费功能,即里程计费及等候时间计费。

4结束语

随着科技的发展,电子技术在社会生活中的作用也越来越重要,而利用其生产制造出的电子产品也已成为国民经济的强大推动力。本设计就是主要运用数字电子技术中的中、小规模集成电路来设计的出租车计费器,其功能完整、计费准确、稳定性强、成本低,设计电路简单等优点。而对于硬件电路的设计主要运用proteus软件来实现设计并仿真结果,Proteus软件是英国LabCenterElectronics公司出版的EDA工具软件。其功能相当强大,它不仅具有其它EDA工具软件(如:Multisim)电子线路的仿真功能,还可以加载程序仿真单片机及外围电路,而且还能转换成PCB版完成制板布线。它是目前较好的电子线路模拟仿真软件,在电子线路的教学与设计中被广泛应用。本文就是利用其设计和仿真可以同时进行,并且可以实时对所设计电路进行调试和修改,而且在设计与仿真阶段,都是虚拟仿真,并不是实物,所以并不会对元器件产生实际损耗。这对于现实中设计电路板来说即节约了成本,而且还能够缩短产品的开发周期,这被当前现代电子设计企业广泛应用。

参考文献

[1]毕满清.电子技术实验与课程设计[M].北京:机械工业出版社,2013,6(4):251-300.

[2]杨志忠.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2009,7(2):286-291,302-304.

作者:杨坤漓 单位:郑州工业应用技术学院

出租车计费器电路设计分析责任编辑:张雨    阅读:人次
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