eda課程設(shè)計--出租車計價器

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的全面發(fā)展，各大中小城市的出租車營運事業(yè)發(fā)展迅速，出租車已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普通的交通工具。出租車計價器是出租車營運收費的專用智能化儀表，是使出租車市場規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的重要設(shè)備。一種功能完備，簡單易用，計量準(zhǔn)確的出租車計價器是加強(qiáng)出租車行業(yè)管理，提高服務(wù)質(zhì)量的必需品。本設(shè)計采用VHDL硬件描述語言作為設(shè)計

2、手段，采用自頂向下的設(shè)計思路，得到一種出租車計價系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過QuartusⅡ軟件下進(jìn)行仿真，證明所設(shè)計的電路系統(tǒng)完成了出租車計價的功能，各項指標(biāo)符合設(shè)計要求。該設(shè)計雖然功能簡單，智能化水平比較低，但仍具有一定的實用性。</p><p>　　該設(shè)計是在VHDL的基礎(chǔ)上對出租車計價器進(jìn)行設(shè)計來實現(xiàn)其基本功能的，與以往的基于單片機(jī)的數(shù)?；旌想娐废啾?，F(xiàn)PGA具有穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點，且非常適合做為出租車

3、計價器的控制核心，所以選擇用VHDL來對計價器進(jìn)行設(shè)計來實現(xiàn)其功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 : 計價器 QuartusⅡ 數(shù)碼管</p><p><b>　　一、設(shè)計目的和要求</b></p><p>　　設(shè)計一個出租車計價器，該計價器計費系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：</p><p>　　（1）實現(xiàn)計費功

4、能，計費標(biāo)準(zhǔn)為：起步均價6元，并在車行駛3公里后以每公里1.6元計費，當(dāng)計費器達(dá)到或超過20元時，每公里加收50%的車費，車輛停止和暫停時不收費。計價范圍：0—999.9元，計價分辨率：0.01元；計程范圍：0—99公里，計程分辨率：0.01公里。</p><p>　?。?）數(shù)碼管動態(tài)顯示功能，能顯示行駛公里數(shù)、總費用。</p><p>　?。?）汽車具有啟動、停止、暫停和換擋等狀態(tài)。&l

5、t;/p><p><b>　　二、設(shè)計原理</b></p><p><b>　　1設(shè)計模塊</b></p><p>　　本設(shè)計是對出租車計價器的四個模塊進(jìn)行分析的，綜述如下：</p><p>　　分頻模塊：分頻模塊是其它模塊的基礎(chǔ)，輸入時鐘選為32Hz，分頻后的時鐘頻率為1Hz,為后續(xù)模塊提供基本時鐘。

6、</p><p>　　路程模塊：該模塊是對車輛行駛路程進(jìn)行計數(shù)，以1Hz時鐘為基礎(chǔ)，檢測行程脈沖，路程模塊中有內(nèi)部變量來判斷路程，當(dāng)大于3公里、20公里時，分別有相應(yīng)的使能信號對此作出記錄，最大路程顯示為99公里。</p><p>　　計費模塊：該模塊是基于等待時間模塊和路程模塊對費用進(jìn)行控制的。通過內(nèi)部使能信號分別計算3公里以內(nèi)、3-20公里以及20公里以后的費用。</p>

7、<p>　　譯碼顯示模塊:該模塊經(jīng)過8選1選擇器將計費數(shù)據(jù)（4位BCD碼）、計時數(shù)據(jù)（2位BCD碼）、計程數(shù)據(jù)（2位BCD碼）動態(tài)選擇輸出。</p><p>　　本設(shè)計是基于VHDL進(jìn)行編程，然后在QuartusⅡ進(jìn)行波形仿真，實現(xiàn)出租車計價器的基本功能。</p><p><b>　　2原理描述 </b></p><p>　　

8、根據(jù)層次化設(shè)計理論，該設(shè)計問題自頂向下可分為分頻模塊，控制模塊 計量模塊、譯碼和動態(tài)掃描顯示模塊，其系統(tǒng)框圖如圖6-63所示，各模塊功能如下：</p><p>　　圖6-63出租車自動計費器系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　2.1分頻模塊</b></p><p>　　分頻模塊對頻率為240Hz的輸入脈沖進(jìn)行分頻，得到的頻率為16Hz，10H

9、z和1Hz的三種頻率。該模塊產(chǎn)生頻率信號用于計費，每個1HZ脈沖為0.1元計費控制，10HZ信號為1元的計費控制，16Hz信號為1.6元計費控制。</p><p>　　2.2 路程和計費模塊</p><p>　　計量控制模塊是出租車自動計費器系統(tǒng)的主體部分，該模塊主要完成等待計時功能、計價功能、計程功能，同時產(chǎn)生3分種的等待計時使能控制信號en1, 行程 3公里外的使能控制信號en0。其中

10、計價功能主要完成的任務(wù)是：行程 3公里內(nèi)，且等待累計時間3分鐘內(nèi)，起步費為8元；3公里外以每公里1.6元計費，等待累計時間3分鐘外以每分鐘1元計費；計時功能主要完成的任務(wù)是：計算乘客的等待累計時間，計時器的量程為59分，滿量程自動歸零；計程功能主要完成的任務(wù)是：計算乘客所行駛的公里數(shù)。計程器的量程為99公里，滿量程自動歸零。</p><p>　　2.3 譯碼顯示模塊</p><p>　　該

11、模塊經(jīng)過8選1選擇器將計費數(shù)據(jù)（4位BCD碼）、計時數(shù)據(jù)（2位BCD碼）、計程數(shù)據(jù)（2位BCD碼）動態(tài)選擇輸出。其中計費數(shù)據(jù)jifei4~ jifei1~送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至百元、十元、元、角為單位對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為999.9元；計時數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至分為單位對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為59秒；計程數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至以公里為單位的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為99公里。<

12、;/p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1設(shè)計思路</b></p><p>　　輸入2個時鐘信號，分別模擬時間和路程。對等待時間、路程計數(shù)，進(jìn)而統(tǒng)計費用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1。</p><p>　　圖2-1自動計價器的系統(tǒng)方框圖</p><p&

13、gt;<b>　　2 設(shè)計流程圖</b></p><p>　　乘客上車后，按下啟動按鈕，計價器開始工作，首先進(jìn)入初始化狀態(tài)，即計程從0開始，計費從6開始。再根據(jù)單程信號判斷是否為單程，進(jìn)而確定計費方式。單程：里程計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)路程超過3公里時，計費開始累加，按1.6元每公里計算，路程超過20公里時每公里2.4元。乘客下車后，按下復(fù)位鍵，則所有計數(shù)器進(jìn)入初始狀態(tài)。</p>&

14、lt;p><b>　　3總體設(shè)計封裝圖</b></p><p>　　總體設(shè)計封裝圖如下圖所示。</p><p><b>　　4模塊設(shè)計</b></p><p><b>　　4.1分頻模塊</b></p><p>　　秒分頻模塊對頻率為240Hz的輸入脈沖進(jìn)行分頻，得到的頻

15、率為16Hz，15Hz和1Hz的三種頻率。該模塊產(chǎn)生頻率信號用于計費，每個1HZ脈沖為0.1元計費控制，15HZ信號為1.5元的計費控制，16Hz信號為1.6元計費控制。</p><p><b>　　4.2計費模塊</b></p><p>　　控制模塊是系統(tǒng)的核心部分，對計價器的狀態(tài)進(jìn)行控制。</p><p>　　行程3公里內(nèi)，起步費為8元；3

16、公里外以每公里1元計費，等待累計時間1分鐘外以每分鐘1元計費。20公里外以每公里1.5元計費，等待累計時間1分鐘外以每分鐘1.5元計費。計費數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至以百元、十元、元、角為單位對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示。</p><p><b>　　4.3譯碼顯示模塊</b></p><p>　　譯碼顯示模塊完成計價、計時、計程數(shù)據(jù)顯示。</p>&

17、lt;p>　　該模塊經(jīng)過8選1選擇器將計費數(shù)據(jù)（4位BCD碼）、計時數(shù)據(jù)（2位BCD碼）、計程數(shù)據(jù)（2位BCD碼）動態(tài)選擇輸出。其中計費數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至百元、十元、元、角為單位對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為999.9元；計時數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至分為單位對應(yīng)的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為99分鐘；計程數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼，最后送至以公里為單位的數(shù)碼管上顯示，最大顯示為99公里。</p

18、><p>　　5系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析</p><p><b>　　仿真波形圖分析</b></p><p><b>　　各信號說明：</b></p><p>　　輸入信號：clk：系統(tǒng)時鐘信號，頻率32Hz；</p><p>　　mile:車速時鐘，頻率8Hz;</p>

19、<p>　　start:：啟動信號，當(dāng)start=1時，出租車啟動，計數(shù)器開始計數(shù)；否則計數(shù)器停止計數(shù)；</p><p>　　rst：復(fù)位信號，當(dāng)rst=1時，各計數(shù)器清0；當(dāng)rst=0時，計數(shù)器可以開始計數(shù),start=1表示計數(shù)開始；</p><p>　　one_way:單程信號，單程時由司機(jī)輸入；</p><p>　　輸出信號：km0，km1：里程

20、，單位為公里；</p><p>　　cost0，cost1，cost2，cost3:費用，單位為元，其中cost0表示小數(shù)位。</p><p>　　啟動鍵、單程鍵有效，由圖可知，3公里之內(nèi)計費顯示為6元；3-20公里之間每公里1.6元累計；超過20公里每公里2.4元累計。</p><p>　　啟動鍵、單程鍵有效，乘客下車時顯示費用25元，復(fù)位信號有效，計數(shù)器清零，當(dāng)

21、啟動信號有效時重新計數(shù)。</p><p><b>　　四、總結(jié)與致謝</b></p><p>　　通過為期兩周的課程設(shè)計，出租車計價器系統(tǒng)的設(shè)計已基本完成，能按預(yù)期的效果模擬汽車啟動、等待、停止、復(fù)位等功能，并顯示車費數(shù)目等待時間及行駛路程。出租車計費系統(tǒng)的設(shè)計中體現(xiàn)了VHDL覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，是一個多層次的硬件描述語言及CPLD器件速度快，使用方便，便于修改等特

22、點，本設(shè)計在實用方面具有一定的價值。</p><p>　　在本次設(shè)計中還存在很多不足，可以改進(jìn)的地方目前有以下幾點:</p><p>　　一、該設(shè)計雖然實現(xiàn)了基本的計費和計程，但是很多問題并沒有解決，如本設(shè)計只實了一種車速的計費。若要實現(xiàn)出租車的不同檔位下的計程計費，還需要進(jìn)一步討論。</p><p>　　二、該設(shè)計智能化水平較低，啟動、等待、復(fù)位等信號需要人為輸入

23、，若在實際中出現(xiàn)操作偏差，會導(dǎo)致計費不準(zhǔn)確。</p><p>　　同時，感謝課程設(shè)計過程中楊紅娟老師的耐心指導(dǎo)，感謝同學(xué)們的相互糾正。</p><p><b>　　五、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 黃仁欣．EDA技術(shù)實用教程．北京：清華大學(xué)出版社，2006</p><p>　　[2] 潘松，黃繼業(yè)．EDA

24、技術(shù)與VHDL．北京：清華大學(xué)出版社，2009</p><p>　　[3] 江國強(qiáng)編著．EDA技術(shù)與應(yīng)用（第三版）．.北京：電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[4] 夏宇聞編著．Verilog HDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計教程．.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[5] 周祖成，程曉軍，馬卓釗編著．?dāng)?shù)字電路與系統(tǒng)教學(xué)實驗教程．北京：科學(xué)出

25、版社，2010</p><p>　　[6] 周潤景，蘇良碧．基于Quartus II 的數(shù)字系統(tǒng)Verilog HDL設(shè)計實例詳解．北京：電子工業(yè)出版社，2010</p><p>　　[7] (美國)Sanir Palnitkar 譯者：夏宇聞 胡燕祥 刁嵐松．Verilog HDL數(shù)字設(shè)計與綜合（第2版）．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[8]

26、 云創(chuàng)工作室．Verilog HDL程序設(shè)計與實踐．北京：人民郵電出版社，2009</p><p>　　[9] 劉福奇，劉波．Verilog HDL應(yīng)用程序設(shè)計實例精講．北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　[10] 張延偉，楊金巖，葛愛學(xué)．verilog hdl程序設(shè)計實例詳解．北京：人民郵電出版社，2008</p><p><b>　　附

27、錄（程序源代碼）</b></p><p>　　library ieee;</p><p>　　use ieee.std_logic_1164.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_unsigned.all;</p><p>　　use ieee.std_logic_arith.all;</p&g

28、t;<p>　　entity taxi is</p><p>　　port(clk:in std_logic;</p><p>　　start:in std_logic;</p><p>　　wait_signal:in std_logic;</p><p>　　mile:in std_logic;</p><

29、;p>　　one_way:in std_logic;</p><p>　　rst:in std_logic;</p><p>　　cost0,cost1,cost2,cost3:out std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　min0,min1:out std_logic_vector(3 downto 0);</

30、p><p>　　km0,km1:out std_logic_vector(3 downto 0));</p><p><b>　　end;</b></p><p>　　architecture bhv of taxi is</p><p>　　signal mile_r1,mile_r2,mile_clk,start_r,c

31、lk1hz:std_logic;</p><p>　　signal count:integer range 0 to 29;</p><p>　　signal sec:integer range 0 to 59;</p><p>　　signal c0,c1,c2,c3:std_logic_vector(3 downto 0);</p><p&g

32、t;　　signal k0,k1,m0,m1:std_logic_vector(3 downto 0);</p><p>　　signal en0,en1:std_logic;</p><p>　　signal wait_clk,cost_clk:std_logic;</p><p><b>　　begin</b></p><

33、;p>　　U1:process( rst,clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst='0' then</p><p>　　if clk'event and clk='1' then</p><p>　　if count=5 t

34、hen</p><p>　　count<=0;clk1hz<='1';</p><p><b>　　else</b></p><p>　　count<=count+1;clk1hz<='0';</p><p><b>　　end if;</b>

35、</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　U2:process(rst,clk1hz,start,wait_signal)</p><p><

36、;b>　　begin</b></p><p>　　if rst='1' then</p><p>　　m0<="0000";m1<="0000";</p><p>　　elsif start='0'then</p><p>　　wait_cl

37、k<='0';</p><p>　　elsif clk1hz'event and clk1hz='1' then</p><p>　　if wait_signal='1'then</p><p>　　if sec=5 then</p><p>　　sec<=0;wait_cl

38、k<='1';</p><p>　　if m0="1001"then</p><p>　　m0<="0000";</p><p>　　if m1="0101"then</p><p>　　m1<="0000";</p>

39、<p><b>　　else</b></p><p>　　m1<=m1+'1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else </b></p><p>　　m0<=m0+'1'

40、;;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else </b></p><p>　　wait_clk<='0';</p><p>　　sec<=sec+1;</p><p><b>　　end i

41、f;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　wait_clk<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><

42、p>　　end process;</p><p>　　U3:process( rst,clk1hz,mile,start)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst='0' then</p><p>　　if clk1hz'event and clk1

43、hz='1'then</p><p>　　mile_r2<=mile_r1;mile_r1<=mile;start_r<=start;</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end

44、 process;</p><p>　　mile_clk<=mile_r1 and not(mile_r2);</p><p>　　cost_clk<= wait_clk when wait_signal='1'else</p><p>　　mile_clk when en0='1' or en1 ='1'

45、else</p><p><b>　　'0';</b></p><p>　　U4:process(rst,start,mile_clk)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if rst='1' then</p><

46、p>　　k0<="0000"; k1<="0000";</p><p>　　elsif start='0' then</p><p>　　k0<="0000"; k1<="0000"; en0<='0';en1<='0';

47、</p><p>　　elsif mile_clk'event and mile_clk='1' then</p><p>　　if k1 & k0>="00100000" and one_way='1' then</p><p>　　en1<='1';en0<=&

48、#39;0';</p><p><b>　　end if; </b></p><p>　　if k1 & k0="00000011" then</p><p><b>　　en0<='1';</b></p><p><b>　　e

49、nd if; </b></p><p>　　if k0="1001" then</p><p>　　k0<="0000";</p><p>　　if k1="1001" then</p><p>　　k1<="0000";</p&g

50、t;<p><b>　　else </b></p><p>　　k1<=k1+'1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　k0<=k0+'1&#

51、39;;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end if; </p><p>　　end process;</p><p>　　U5:process( rst,start,cost_clk,start_r)</p><p><b>　　begi

52、n</b></p><p>　　if rst='1' then</p><p>　　c0<="0000";c1<="0000"; c2<="0000";c3<="0000"; </p><p>　　elsif start='1&

53、#39; and start_r='0' then</p><p>　　c0<="0000";c1<="1000";c2<="0000"; c3<="0000"; </p><p>　　elsif cost_clk'event and cost_clk=

54、9;1'then</p><p>　　if en1='0' and en0='1'then</p><p>　　if c1="1001"then</p><p>　　c1<="0000";</p><p>　　if c2="1001"th

55、en</p><p>　　c2<="0000";</p><p>　　if c3="1001"then</p><p>　　c3<="0000";</p><p><b>　　else</b></p><p>　　c3<

56、=c3+'1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　c2<=c2+'1';</p><p><b>　　end if;</b></p><

57、;p><b>　　else</b></p><p>　　c1<=c1+'1'; c0<="0000";</p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　i

58、f (c0="0101" and c1="1000")or c1="1001"then</p><p>　　if c1="1001" and c0="0101" then</p><p>　　c0<="0000"; c1<="0001";&

59、lt;/p><p>　　elsif c1="1001" and c0="0000" then</p><p>　　c0<="0101";c1<="0000";</p><p>　　elsif c1="1000" and c0="0101"

60、then</p><p>　　c0<="0000";c1<="0000";</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if c2="1001" then</p><p>　　c2<="0000"

61、;</p><p>　　if c3="1001"then</p><p>　　c3<="0000";</p><p><b>　　else</b></p><p>　　c3<=c3+'1';</p><p><b>　　

62、end if;</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　c2<=c2+'1';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　elsif c0="0000"then</p>

63、<p>　　c0<="0101";c1<=c1+'1';</p><p><b>　　else</b></p><p>　　c0<="0000";c1<=c1+"0010";</p><p><b>　　end if;<

64、;/b></p><p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p><b>　　min0<=m0;</b></p><p><b

65、>　　min1<=m1;</b></p><p><b>　　km0<=k0;</b></p><p><b>　　km1<=k1;</b></p><p>　　cost0<=c0;</p><p>　　cost1<=c1;</p>&l

66、t;p>　　cost2<=c2;</p><p>　　cost3<=c3;</p><p><b>　　end; </b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　一、設(shè)計目的和要求2</p><p><b>　　二、

67、設(shè)計原理3</b></p><p><b>　　1設(shè)計模塊3</b></p><p><b>　　2原理描述3</b></p><p><b>　　2.1分頻模塊3</b></p><p>　　2.2 路程和計費模塊4</p><p&g

68、t;　　2.3 譯碼顯示模塊4</p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容5</b></p><p><b>　　1設(shè)計思路5</b></p><p><b>　　2 設(shè)計流程圖6</b></p><p>　　3總體設(shè)計封裝圖6</p><p>

69、<b>　　4模塊設(shè)計7</b></p><p><b>　　4.1分頻模塊7</b></p><p><b>　　4.2計費模塊7</b></p><p>　　4.3譯碼顯示模塊7</p><p>　　5系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析8</p><p>