出租車自動計費(fèi)系統(tǒng)2

1、東 北 石 油 大 學(xué)課 程 設(shè) 計課 程 EDA技術(shù)課程設(shè)計 題 目 出租車自動計費(fèi)系統(tǒng) 院 系 電子科學(xué)學(xué)院 專業(yè)班級 電子信息工程 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號 指導(dǎo)教師 2011年 3 月11日東北石油大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書課程 EDA技術(shù)課程設(shè)計題目 出租車自動計費(fèi)系統(tǒng) 專業(yè)姓名學(xué)號主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等主要內(nèi)容：設(shè)計一個最大量程為99.99元的出租車自動計費(fèi)，計費(fèi)器具有行車?yán)锍逃嬞M(fèi)、等候時間計費(fèi)及起價三部分功能，并用數(shù)碼管顯示車費(fèi)的數(shù)目。基本要求：1、設(shè)計一個出租車自動計費(fèi)器，具有行車?yán)锍逃嬞M(fèi)、等候時間計費(fèi)、及起價三部分，用四位數(shù)碼管顯示總金額，最大值為99.99元；2、行車?yán)锍虇蝺r

2、1元/公里，等候時間單價0.5元/10分鐘，起價3元（3公里起價）均能通過人工輸入。3、行車?yán)锍痰挠嬞M(fèi)電路將汽車行駛的里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖數(shù)，然后由計數(shù)譯碼電路轉(zhuǎn)換成收費(fèi)金額，實驗中以一個脈沖模擬汽車前進(jìn)十米，則每100個脈沖表示1公里，然后用BCD碼比例乘法器將里程脈沖乘以每公里單價的比例系數(shù)，比例系數(shù)可由開關(guān)預(yù)置。例如單價是1.0元/公里，則脈沖當(dāng)量為0.01元/脈沖。4、用LED顯示行駛公里數(shù)，兩個數(shù)碼管顯示收費(fèi)金額。主要參考資料：1 潘松著.EDA技術(shù)實用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,2005.2 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.3閻石主

3、編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,2003.完成期限指導(dǎo)教師專業(yè)負(fù)責(zé)人2011年 3月11日一、總體設(shè)計思想1.基本原理本次設(shè)計首先在Quartus環(huán)境中對出租車自動計費(fèi)器的各個部分利用VHDL這一硬件描述語言予以設(shè)計，生成模塊。而整個設(shè)計的核心部分就在分頻/計量模塊，該模塊完成的功能主要包括計費(fèi)脈沖的產(chǎn)生，等待計時、計價、計程功能。隨后運(yùn)用Quartus中的仿真功能對其予以仿真，從仿真的結(jié)果中分析程序的正確性。待所有模塊的功能正確之后，運(yùn)用原理圖搭建頂層電路并進(jìn)行整體仿真直至達(dá)到最初的設(shè)計要求，最后再在實驗箱上檢驗設(shè)計的正確與否?；贑PLD的出租車計費(fèi)器的組成如下圖所示。各部分主要

4、功能包括：信號輸入模塊對車輪傳感器傳送的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)(每轉(zhuǎn)一圈送一個脈沖)，并以高低脈沖模擬出租汽車啟動、停止、暫停、加速按鈕，具有輸入信號作用；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊將計費(fèi)模塊輸出的車費(fèi)和路程轉(zhuǎn)換成4位的十進(jìn)制數(shù)據(jù)；譯碼動態(tài)掃描模塊將路程與費(fèi)用的數(shù)值譯碼后用動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管；數(shù)碼管顯示模塊將公里數(shù)和計費(fèi)金額均用4位LED數(shù)碼管顯示(2位整數(shù)，2位小數(shù))。2.設(shè)計框圖行車?yán)锍痰溶嚂r間起 步 價BCD碼比例乘法器BCD碼比例乘法器比例 (每轉(zhuǎn)一圈送一個脈沖)。不同車型的車輪直徑可能不一樣，通過“設(shè)置1”對車型做出選擇，以實現(xiàn)對不同車輪直徑的車進(jìn)行調(diào)整。(2)B計數(shù)器對百米脈沖進(jìn)行累加，并輸出實

5、際公里數(shù)的BCD碼給譯碼動態(tài)掃描模塊。每計滿500送出一個脈沖給C計數(shù)器。“設(shè)置2”實現(xiàn)起步公里數(shù)預(yù)制。(3)C計數(shù)器實現(xiàn)步長可變(即單價可調(diào))的累加計數(shù)，每500米計費(fèi)一次。“設(shè)置3”用來完成超價加費(fèi)、起步價預(yù)制等。(4)譯碼動態(tài)掃描將路程與費(fèi)用的數(shù)值譯碼后用動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管。(5)數(shù)碼管顯示將公里數(shù)和計費(fèi)金額均用四位LED數(shù)碼管顯示(三位整數(shù)，1位小數(shù))。 等車單價里程單價脈沖數(shù)求和計數(shù)器譯碼器顯示器脈沖電路出租車計費(fèi)器框圖上電寫入程序，后由RST(清零)信號置低電平開始。分別控制計時和計程EN開始或停止計費(fèi)。計程和計費(fèi)中每km或分鐘發(fā)一次脈沖給計費(fèi)模塊。這三個模塊的數(shù)據(jù)處理信息通

6、過總線輸送到顯示模塊。進(jìn)行譯碼。譯碼輸出位選和七段數(shù)碼管顯示信息。由外圍電路：74ls138和八位七段數(shù)碼管顯示。前3位金額后四位為里程和計時。中間一位為F，實際可以使用特殊的數(shù)碼管顯示元。二、設(shè)計步驟和調(diào)試過程1、總體設(shè)計電路計程模塊是2個100進(jìn)制計數(shù)器，輸入的每10米一次脈沖經(jīng)一次100進(jìn)制計數(shù)獲得每km一次的脈沖，由100進(jìn)制計數(shù)輸出為2個4位2進(jìn)制BCD碼。接顯示模塊，得到計程（0-99km）。計時部分：計算乘客的等待累計時間。等候時間計費(fèi)需將等候時間轉(zhuǎn)換成脈沖個數(shù)，用每個脈沖表示的金額與脈沖數(shù)相乘即得計費(fèi)數(shù)，例如100個脈沖表示10分鐘，而10分鐘收費(fèi)0。5元，則脈沖當(dāng)量為0。05

7、元/脈沖，如果將脈沖當(dāng)量設(shè)置成與行車?yán)锍逃嬞M(fèi)相同（0。01元/脈沖），則10分鐘內(nèi)的脈沖數(shù)應(yīng)為500個。計程部分：計算乘客所行駛的公里數(shù)。計程器的量程為99km，滿量程后自動歸零。顯示模塊輸入計費(fèi)、計時，計程數(shù)據(jù)總線通過掃描脈沖選擇一個BCD碼進(jìn)行譯碼，每掃描一次進(jìn)行一位顯示。所以掃描脈沖適當(dāng)取高一點?？紤]視覺暫留25幀乘8得200Hz以上為好。實際實驗中使用了5859Hz。其他RST信號，每10米，1Hz，74ls38三位八線選擇器，八位七段數(shù)碼管由外圍設(shè)備和電路提供。 2、模塊設(shè)計和相應(yīng)模塊程序2.1計數(shù)器原理：通過分別設(shè)計計程計費(fèi)計時模塊完成各自功能。2.2計程模塊原理使用4位

8、十進(jìn)制計數(shù)器封裝成為8位一百進(jìn)制計數(shù)器。對于外部每10米的里程脈沖，經(jīng)計數(shù)可以每km輸出進(jìn)位脈沖一次。再用一百進(jìn)制計數(shù)器對其進(jìn)行計數(shù)。通過對計數(shù)輸出信號的譯碼可以得到里程顯示。2.3計時模塊原理使用1Hz的外部脈沖信號，使用5位60進(jìn)制計數(shù)器?？梢缘玫矫糠昼娨淮蔚拿}沖輸出。再使用一百進(jìn)制計數(shù)器對其進(jìn)行計數(shù)。通過對計數(shù)輸出信號的譯碼可以得到時間顯示。2.4計費(fèi)模塊原理計費(fèi)模塊是設(shè)計中的關(guān)鍵模塊，也是最難的模塊。邏輯復(fù)雜，要求多。使用前兩模塊中的分鐘信號作為時間輸入，千米信號作為路程輸入。使用2個特殊編寫的10進(jìn)制計數(shù)器對時間和里程計數(shù)。并且在里程計數(shù)設(shè)置ENT輸出，在計費(fèi)小于3元是鉗制角金額輸出

9、為零。但是角計費(fèi)照常只是不顯示。在金額超過3元時顯示。再使用一十進(jìn)制計數(shù)器進(jìn)行十元計數(shù)。2.5顯示模塊原理通過使用74ls138和七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示和顯示位選擇。這要求輸出使用3位輸出為位選，對其譯碼得到數(shù)碼管地址，7位數(shù)據(jù)在相應(yīng)數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。2.6綜合通過VHDL和原理圖的混合設(shè)計完成對各模塊的編寫，連接。時間.LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY TAXI IS PORT(CLK:IN STD_LOGI

10、C; START:IN STD_LOGIC; STOP:IN STD_LOGIC; FIN:IN STD_LOGIC; CHA3,CHA2,CHA1,CHA0: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); KM1,KM0: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); MIN1,MIN0: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END TAXI;ARCHITECTURE BEHAVE OF TAXI IS SIGNAL Q_1:INTEGER RANGE 0 TO 99; SIGNAL W:INTEGER RANGE 0

11、 TO 59; SIGNAL C3,C2,C1,C0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL K1,K0 :STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL M1:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL M0:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL TEMP0,TEMP1 :STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL F_1:STD_LOGIC; SIGNAL EN0,EN1:STD_LOGIC; BEGIN FEIPIN:PROCESS(

12、CLK,START) BEGIN IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF START='0' THEN F_1<='0' Q_1<=0; ELSE IF Q_1=99 THEN Q_1<=0; F_1<='1' ELSE Q_1<=Q_1+1; F_1<='0' END IF; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(FIN) BEGIN IF FIN'EVENT AND FIN='1' TH

13、EN IF START ='0' THEN K1<="0000" K0<="0000" ELSIF STOP ='0' THEN IF K0="1001" THEN K0<="0000" IF K1="1001" THEN K1<="0000" ELSE K1<=K1+1; END IF; ELSE K0<=K0+1; END IF; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(F_

14、1)BEGINIF F_1'EVENT AND F_1='1' THENIF START ='0' THEN W<=0; M1<="0000" M0<="0000" ELSIF STOP ='1' THEN IF W=59 THEN W<=0; IF M0="1001" THEN M0<="0000" IF M1="0101" THEN M1<="0000" ELSE M1<=M

15、1+1; END IF; ELSE M0<=M0+1; END IF; ELSE W<=W+1; END IF; END IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF START ='0' THEN EN0<='0' EN1<='0' ELSIF STOP ='0' THEN EN0<='0' IF K1&K0>"00000011"

16、; THEN EN0<='1' ELSE EN0<='0' END IF; ELSIF STOP ='1' THEN EN0<='0' IF M1&M0>"00000010" THEN EN1<='1' ELSE EN1<='0' END IF; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CLK,START) VARIABLE C13,C15:INTEGER; BEGIN IF START='0'

17、; THEN C3<="0000" C2<="0000" C1<="0101" C0<="0000" C13:=0; C15:=0; TEMP0<="0000"TEMP1<="0000" ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF (EN0='1') THEN IF (C13<13) THEN C13:=C13+1; IF (C13=1) THEN TEMP0<

18、=K0; END IF; IF C0="1001" THEN C0<="0000" IF C1<="1001" THEN C1<="0000" IF C2<="1001" THEN C2<="0000" IF C3="1001" THEN C3<="0000" ELSE C3<=C3+1; END IF; ELSE C2<=C2+1; END IF; ELSE C1<=C1+1; E

19、ND IF; ELSE C0<=C0+1; END IF; ELSIF(K0/=TEMP0) THEN C13:=0; END IF;ELSIF(EN1='1') THEN IF(C15<15) THEN C15:=C15+1; IF(C15=1) THEN TEMP1<=M0; END IF;IF C0<="1001" THENC0<="0000" IF C1="1001" THEN C1<="0000"IF C2="1001" THEN C

20、2<="0000" IF C3="1001" THEN C3<="0000" ELSE C3<=C3+1;END IF;ELSEC2<=C2+1;END IF;ELSEC1<=C1+1;END IF;ELSEC0<=C0+1;END IF;ELSIF(M0/=TEMP1) THEN C15:=0;END IF;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(F_1)BEGINIF F_1 'EVENT AND F_1='1' THENIF START =&

21、#39;0' THEN MIN1<="0000" MIN0<="0000" KM1<="0000" KM0<="0000"CHA3<="0000"CHA2<="0000"CHA1<="0000"CHA0<="0000" ELSE MIN1<=M1;MIN0<=M0; KM1<=K1;KM0<=K0; CHA3<=C3;CHA2<=C2;CHA1&

22、lt;=C1;CHA0<=C0; END IF; END IF; END PROCESS;END BEHAVE;3、 仿真及仿真結(jié)果分析仿真圖4、實驗調(diào)試結(jié)果由仿真圖可知，該程序可以實現(xiàn)任務(wù)書中所要求的計費(fèi)系統(tǒng)的功能，包括行車?yán)锍逃嬞M(fèi)、等候時間計費(fèi)及起價三部分，并通過加法器計算出總費(fèi)用。三、結(jié)論及心得體會這次的課程設(shè)計令我收獲頗豐。設(shè)計的核心內(nèi)容就是Quartus環(huán)境中，利用VHDL語言設(shè)計出基于CPLD的出租車自動計費(fèi)器。整個設(shè)計過程中首先對數(shù)字電路這門課程有了更深的了解，因為課程設(shè)計本身要求將以前所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實際的電路設(shè)計當(dāng)中去，在電路的設(shè)計過程中，無形中便加深了對數(shù)字電路的了