电子元器件认识与系统设计报告.doc
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1、电子元器件认识与系统设计报告班 级 学 号 姓 名 指导教师 设计时间 指导教师评语:成 绩 出租车计费器的设计1 设计目的1.1 自动计费器具有行车里程计费,等候时间计费和起步费3项客户总费用,打印单据,3项费用统一用4位数码管显示,最大金额为99.99元。1.2 起步费设为8元,行车单价为1.8元/km ,等候时间设为1.50元/km,要求行车时,计费器每1/km 刷新一次;等候时间每10 /km刷新一次;行车不足1/km或等候时间不足10 /km ,则忽略不计。1.3 设置起步、停车的音乐提示或语言提示。2 设计分工说明在整个电路设计过程中,两个同学互相配合,共同完成了此项工作, 并进行
2、了市场调研。3 系统框图 图 1 出租车自动计费器系统框图4 电路设计及工作原理4.1 等候时间计费电路等候时间计费电路如图2所示。由74HC161(1)、(2)、(3) 构成的600进制计数器对“秒”脉冲CP2进行计数,当计满一个循环时也就是等候时间满10min。一方面对600进制计数器清零,另一方面将基本RS触发器置1,启动74HC161(4) (5)构成的150进制计数器(10min等候时间单价)开始计数,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RS触发器复位为”0”,停止计数。从P1输出的脉冲数就是每次等候10min对应输出的150个脉冲,表示单价为1.50元,
3、即脉冲当量为0.01元。等候时间计费的起始信号由接在74HC161(1)的手动开关给定。 图2 等候时间计费电路4.2 里程计费电路里程计费电路如图3所示。安装在与汽车轮相接的涡轮变速器上的磁铁使干簧管继电器在汽车每前进10m路程闭合一次,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。本电路设定为1.80元。在图3中,干簧继电器B产生的脉冲信号经施密特触发器计满100个脉冲时,一方面使计数器清零,另一方面将基本RS触发器的Q端置“1”,使74HC161(3)(4)组成的180进制计数器开始对标准的秒脉冲CP1计数计满180个脉冲后,使计数器清零,
4、RS触发器复位为“0”,计数器停止计数。在180进制计数器计数期间,由于Q1=1,则P2=CP1,使P2端180个脉冲信号,对应1km行车的里程计费,即每个脉冲的计费是0.01元,称为脉冲当量。图3 里程计费电路4.3 计数、锁存、显示电路计数、锁存、显示电路如图4所示,图中的4位8421BCD码计数器由带异步清零的同步十进制计时器74HC160构成,对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进行十进制计数。计数器所得到的状态值送到由2片锁存器74HC273构成的锁存电路锁存,然后由七段译码器74HC48译码后送到共阴极数码管BS202显示。为了使显示数码不闪烁,需要保证计数 锁
5、存和计数器清零信号之间正确的时序关系,如图5所示。 从图4和图5知,在Q1或Q2未为高电平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里程脉冲(或等候10min脉冲),则计数结束。应将计数器的数据锁存到74HC273中,以便进行译码显示。锁存控制信号由74HC123(1) 构成的单稳态电路产生,当Q1(或Q2)由“1”变到“0”使启动单稳态电路延时而产生一个正脉冲,这个正脉冲持续时间保证了数据锁存过程所需要的时间。锁存到74HC273中的数据由74HC48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74HA123(2)设置了第
6、二级单稳态电路,第二级单稳态电路由第一级单稳态输出脉冲的下降沿来启动,经延时后第二级单稳态电路的输出产生计数器的“清零”信号。这样保证了“计数锁存-清零” 的先后顺序,以保证计数和显示过程稳定可靠。图4中的S2为上电开关,能实现对上电时自动置入用车价起步价费用,S2可实现手动清零,使计费器显示00.00,其中小数点为固定位置。图4 计数、锁存、显示电路 图5 计数、锁存、清零信号之间的时序图4.4时钟电路时钟电路提供等候时间计费时的计时基准信号,同时作为里程计费和等候时间的单价脉冲,电路如图6所示。在图6中,555定时器产生1kHz的脉冲信号,可作为计时的基准信号。同时,可选择经分频后得到的5
7、00Hz脉冲作为图3中的计数脉冲CP1,也可采用频率稳定度更高的石英晶体振荡器。图6 时钟电路4.5 置位电路和脉冲产生电路 在图2至图4中,常常需要置位、复位的信号, 如SD、RD这类信号分高电平有效和低电平有效两种。由于实际电路在接通电源瞬间状态往往是随机的,需通过电路产生置位、复位点平,使之进入预定的的初始状态。在图4中,开关S2就是通过上电来实现数据的数据预置的。几种上电自动置位、复位和置数的电路如图6所示。 在图6中(a)中,当S接通电源时由于C两端电压不能突变为零,使URD=0,产生置Q=0的信号。自后,C被充电使UC上升到+5V时,使URD=1,D触发器进入计数状态。图(b)则由
8、于非门对开关产生的信号进行整形而得到理想的负跳波形。图 (c)和图 (b)中的CC4013是CMOS双D触发器,这类电路的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,是RD=1,Q=0;若将此信号加到SD端,则SD=1,Q=1。置位、复位过后,电容充电使RD=SD=1,电路可进入计数状态。图(e)是用开关电路来产生电动脉冲,每按一次开关产生一个正脉冲,使触发器构成的计数器计数一次。图(f)是用开关电路来产生负脉冲,每按一次使下降沿触发的计数器计数一次。 图7 开机自动置位、复位和置数命令产生电路 5.芯片介绍5.1 555定时器构成的多谐振荡器5.1.1 电路结构及逻
9、辑功能图1 555时基电路的电路结构和引脚图图1为555时基电路的电路结构和8脚双列直插式的引脚图,由图可知555 电路由电阻分压器、电压比较器、基本RS触发器、放电管和输出缓冲器5个分组成。它的各个引脚功能如下:1脚:GND(或Vss)外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。8脚:VCC(或VDD)外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.516V,CMOS型时基电路VCC的范围为318V。一般用5V。3脚:OUT(或Vo)输出端。2脚:TR低触发端。6脚:TH高触发端。4脚:R是直接清零端。当R端接低电平,则时基电路不工作,此时不论TR、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不
10、用时应接高电平。5脚:CO(或VC)为控制电压端。若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01F电容接地,以防引入干扰。7脚:D放电端。该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电。电阻分压器由三个5k的等值电阻串联而成。电阻分压器为比较器C1、C2提供参考电压,比较器C1的参考电压为2/3Vcc,加在同相输入端,比较器C2的参考电压为1/3Vcc,加在反相输入端。比较器由两个结构相同的集成运放C1、C2组成。高电平触发信号加在C1的反相输入端,与同相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器R端的输入信号;低电平触发信号加在C2的同相输入端
11、,与反相输入端的参考电压比较后,其结果作为基本RS触发器S端的输入信号。基本RS触发器的输出状态受比较器C1、C2的输出端控制。在1脚接地,5脚未外接电压,两个比较器C1、C2基准电压分别为2/3Vcc,1/3Vcc的情况下,555时基电路的功能表如表1示。表1 555时基电路的功能表 5.1.2 工作原理 多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路,由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波,故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之 间来回转换,故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示,R1,R2和C是外接定时元件
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