數(shù)字電路(出租車計費器)

1、精選文檔一、 課題要求（1） 技術要求1.把握較簡單規(guī)律的設計、調(diào)試。2. 進一步把握用VHDL語言設計數(shù)字規(guī)律電路。3.把握用quartusII6.0軟件進行編程設計。（2） 功能要求1.能實現(xiàn)計費功能，計費標準為：按行駛里程收費，起步費為7.00元，并在車行3公里后再按2.2元/公里，當計費器達到或超過肯定收費（如20元）。每公里加收50%的車費，車停止不計費2 .實現(xiàn)預置功能、每公里收費、車行駛加費里程。3.實現(xiàn)模擬功能：能模擬汽車啟動、停止、暫停、車速等狀態(tài)。4. 設計動態(tài)掃描電路將車費顯示出來。有兩位小數(shù)。5. 用VHDL語言設計符合上述功能要求的出租車計費器。并用層次化設計方法設計

2、該電路。6 .各計數(shù)器的技術狀態(tài)用功能的方法驗證，并用有關波形確認電路設計是否正確7. 完成電路全部設計后，通過系統(tǒng)試驗箱下載驗證設計課題的正確性。二 本人工作：本人主要負責軟件和硬件電路方面的設計，并進行引腳設定，以及與軟硬件之間的調(diào)試運行，準時修改程序，掛念查找和分析問題，確保能夠成功完成出租車計費器的設計。三 設計方案：3.1 主要中心組成顯示模塊FPGA按鍵模塊 3.2 FPGA芯片內(nèi)部主要程序：3.3 工作原理：基于CPLDFPGA的出租車計費器的組成如圖1所示。各部分主要功能如下：(1)A計數(shù)器對車輪傳感器送來的脈沖信號進行計數(shù)(每轉(zhuǎn)一圈送一個脈沖)。不同車型的車輪直徑可能不一樣，

3、通過“設置1”對車型做出選擇，以實現(xiàn)對不同車輪直徑的車進行調(diào)整。(2)B計數(shù)器對百米脈沖進行累加，并輸出實際公里數(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?！霸O置2”實現(xiàn)起步公里數(shù)預制。(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米計費一次?！霸O置3”用來完成超價加費、起步價預制等。(4)譯碼動態(tài)掃描將路程與費用的數(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)和計費金額均用四位LED數(shù)碼管顯示(2位整數(shù)，2位小數(shù))。3.4功能模塊設計出租車計費器由車型調(diào)整模塊、計程模塊、計費模塊、譯碼動態(tài)及掃描等模塊組成，整個系統(tǒng)接受模塊化設計，首先用V

4、HDL編寫功能模塊，然后用頂層原理圖將各功能模塊連接起來。四 單元模塊設計：首先出租車計費器的設計需要分頻，所以需要設計了兩個頻率：4.1 oneMHZ：由于給定的50MHZ太大，這個程序完成5000分頻，實現(xiàn)第一次分頻，確保實現(xiàn)動態(tài)計數(shù)，并且保證頻率在驅(qū)動范圍之內(nèi)。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity oneMHZ is port( daclk:in std_logic; clkout:out std_logic); end oneMHZ;architecture one of oneMHZ issignal data:integer

5、 range 0 to 5000;signal Q:std_logic;beginprocess(daclk) begin if daclk'event and daclk='1' then if(data=5000) then data<=0; Q<=not Q; else data<=data+1; end if; end if;clkout<=Q;end process;end one;4.2 twoMHZ：這個程序完成2500分頻，實現(xiàn)其次次分頻，確保最終數(shù)碼管顯示頻率在合適范圍library ieee;use ieee.std_logi

6、c_1164.all;entity twoMHZ is port( daclk:in std_logic; clkout:out std_logic); end twoMHZ;architecture one of twoMHZ issignal data:integer range 0 to 2500;signal Q:std_logic;beginprocess(daclk) begin if daclk'event and daclk='1' then if(data=2500) then data<=0; Q<=not Q; else data<

7、;=data+1; end if; end if;clkout<=Q;end process;end one; 4.3 Charge：實現(xiàn)計費功能，按行駛里程收費，起步費為7.00元，并在車行3公里后再按2.2元/公里，當計費器達到或超過肯定收費（如20元）。每公里加收50%的車費，車停止不計費，實現(xiàn)預置功能、每公里收費、車行駛加費里程，實現(xiàn)模擬功能，能模擬汽車啟動、停止、暫停、車速等狀態(tài)，將車費顯示出來。有兩位小數(shù)。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity charge

8、 is port( cp,ks,tz,zt: in std_logic; dis,mon : out integer range 0 to 9999);end charge;architecture ch of charge isbegin process(cp,ks,tz,zt) variable dis1,mon1:integer range 0 to 9999; begin if(cp'event and cp='1') then if(tz='0')then dis1:=0;mon1:=0; elsif(ks='0') then

9、dis1:=0;mon1:=700; elsif(ks='1'and tz='1'and zt='1') then dis1:=dis1+10; elsif(ks='1'and tz='1'and zt='0') then dis1:=dis1;mon1:=mon1; end if; if(dis1<300) then null; elsif(dis1<600 and dis1>300) then mon1:=mon1+22; elsif(dis1>=600) then mo

10、n1:=mon1+33; end if; mon<=mon1;dis<=dis1; end if; end process;end ch; 4.4 Transform 實現(xiàn)將電路計數(shù)分凹凸位顯示，將二進制轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可識別的十進制library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity transform isport( daclk : std_logic; dis,mon :integer range 0 to 9999; dg,ds,db,dq,mg,ms,mb,mq: out

11、 std_logic_vector(3 downto 0);end transform;architecture tran of transform isbegin process(daclk,dis)variable d :integer range 0 to 9999;variable d1,d2,d3,d4 :std_logic_vector(3 downto 0);begin if(daclk'event and daclk='1') then if(d<dis) then if(d1=9 and d2=9 and d3=9) then d1:="

12、;0000"d2:="0000"d3:="0000" d4:=d4+1;d:=d+1; elsif(d1=9 and d2=9) then d1:="0000"d2:="0000"d3:=d3+1;d:=d+1; elsif(d1=9) then d1:="0000"d2:=d2+1;d:=d+1; else d1:=d1+1;d:=d+1; end if; else d:=0;d1:="0000"d2:="0000"d3:="0000

13、"d4:="0000" end if;end if;dg<=d1;ds<=d2;db<=d3;dq<=d4;end process;process(daclk,mon)variable m :integer range 0 to 9999;variable m1,m2,m3,m4 :std_logic_vector(3 downto 0);begin if(daclk'event and daclk='1') then if(m<mon) then if(m1=9 and m2=9 and m3=9) then

14、 m1:="0000"m2:="0000"m3:="0000"m4:=m4+1;m:=m+1; elsif(m1=9 and m2=9) then m1:="0000"m2:="0000"m3:=m3+1;m:=m+1; elsif(m1=9) then m1:="0000"m2:=m2+1;m:=m+1; else m1:=m1+1;m:=m+1; end if; else m:=0;m1:="0000"m2:="0000"m3:=&

15、quot;0000"m4:="0000" end if;end if;mg<=m1;ms<=m2;mb<=m3;mq<=m4;end process;end tran;4.5 Sel 通過選擇器將路程和車費每位分別輸出，送到數(shù)碼管library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sel isport( c:in std_logic_vector(2 downto 0); dg,ds,db,dq,mg,ms,mb,mq:in std

16、_logic_vector(3 downto 0); da:out std_logic_vector(3 downto 0) ); end sel;architecture se of sel isbegin process(c,dg,ds,db,dq,mg,ms,mb,mq) variable co :std_logic_vector(2 downto 0); begin co:=c; case co is when "000"=>da<=dg; when "001"=>da<=ds;when "010"=&

17、gt;da<=db; when "011"=>da<=dq;when "100"=>da<=mg; when "101"=>da<=ms;when "110"=>da<=mb; when "111"=>da<=mq;when others=>null;end case;end process;end se;4.6 W 用第一次分頻過的脈沖實現(xiàn)八進制計數(shù)，為下面實現(xiàn)動態(tài)掃描做預備library ieee;use ieee.st

18、d_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity w isport( clk:in std_logic; a:out std_logic_vector(2 downto 0);end w;architecture ch1 of w isbegin process(clk) variable b:std_logic_vector(2 downto 0); begin if(clk'event and clk='1') then if(b="111") then b:="000&qu

19、ot; else b:=b+1; end if; end if; a<=b; end process;end ch1;4.7 38譯碼器：通過八進制計數(shù)實現(xiàn)動態(tài)掃描library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity mux38a isport(d:in std_logic_vector(2 downto 0);q:out std_logic_vector(7 downto 0);end mux38a;architecture one of mux38a isbeginprocess(d)begincase d iswhen "000&

20、quot;=>q<="11101111"when "001"=>q<="11011111"when "010"=>q<="10111111"when "011"=>q<="01111111"when "100"=>q<="11111110"when "101"=>q<="11111101"when &quo

21、t;110"=>q<="11111011"when "111"=>q<="11110111"when others=>null;end case;end process;end one;4.8 數(shù)碼管顯示：顯示模塊由8個七段LED數(shù)碼管組成。各個模塊用四個數(shù)碼管，三個表示整數(shù)部分，一個表示小數(shù)部分。由于小數(shù)點的位置是固定的，因此可以將小數(shù)點接到一個固定的高電平上始終顯示。library ieee;use ieee.std-_logic_1164.all;entity led isport( a

22、: in std_logic_vector(3 downto 0);L: out std_logic_vector(6 sownto 0) );end led;architecture one of led is beginprocess(a)begincase a iswhen "0000"=>L<="0111111"when "0001"=>L<="0000110"when "0010"=>L<="1011011"when "

23、0011"=>L<="1001111"when "0100"=>L<="1100110"when "0101"=>L<="1101101" when "0110"=>L<="1111101" when "0111"=>L<="0000111"when "1000"=>L<="1111111"whe

24、n "1001"=>L<="1101111"when other =>null;end case;end process; end one;五 頂層模塊設計：將各個程序塊聯(lián)合起來，實現(xiàn)層次化設計library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity taxi isport(cp,start,stop,pause:in std_logic; ss1:out std_logic_vector(7 downto 0); ss2:out st

25、d_logic_vector(6 downto 0);end entity taxi;architecture ym of taxi iscomponent oneMHZport(daclk:in std_logic; clkout:out std_logic);end component;component twoMHZport(daclk:in std_logic;clkout:out std_logic);end component;component chargeport( cp,ks,tz,zt : in std_logic; dis,mon : out integer range

26、0 to 9999);end component;component transformport(daclk : std_logic; dis,mon :integer range 0 to 9999; dg,ds,db,dq,mg,ms,mb,mq: out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component wport(clk:in std_logic; a:out std_logic_vector(2 downto 0);end component;component selport(c:in std_logic_vector(2 d

27、ownto 0); dg,ds,db,dq,mg,ms,mb,mq:in std_logic_vector(3 downto 0); da:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component mux38aport(d:in std_logic_vector(2 downto 0); q:out std_logic_vector(7 downto 0);end component;component ledport( a : in std_logic_vector(3 downto 0);L: out std_logic_vector

28、(6 downto 0);end component;signal aa0,aa1:std_logic;signal a0,b0:integer range 0 to 9999;signal b2,a1,b1,c1,d1,e1,f1,g1,h1:std_logic_vector(3 downto 0);signal y:std_logic_vector(2 downto 0);beginu0:oneMHZ port map(daclk=>cp,clkout=>aa0);u1:twoMHZ port map(daclk=>aa0,clkout=>aa1);u2:charg

29、e port map(cp=>aa1,ks=>start,tz=>stop,zt=>pause,dis=>a0,mon=>b0);u3:transform port map(daclk=>aa0,dis=>a0,mon=>b0,dg=>a1,ds=>b1,db=>c1,dq=>d1,mg=>e1,ms=>f1,mb=>g1,mq=>h1);u4:w port map(clk=>aa0,a=>y);u5:sel port map(c=>y,dg=>a1,ds=>b1

30、,db=>c1,dq=>d1,mg=>e1,ms=>f1,mb=>g1,mq=>h1,da=>b2);u6:mux38a port map (d=>y,q=>ss1);u7:led port map(a=>b2,L=>ss2);end ym;六 調(diào)試結(jié)果：1、下載步驟：（1） 安裝驅(qū)動插入USB下載線后，自動跳出窗口，手動設置 D：alteraquartus6.0driverusb_blaster(2)IDE環(huán)境設置Assigementsdeviceep2cst144c8 device&ping optionsconfi

31、gurationsuse configuration deviseEPCS1-編譯（3）programmer Toolshardware setupusbblasterModeSJTAG 選文件 xx.sof(4)下載成功后，先拔電源VCC再拔USB下載線。留意事項：保證下載板載斷電狀況下進行ASP或JTAG借口的插拔。引腳安裝圖：出租車計費器成功運行，軟硬件之間連接全無問題，我們成功調(diào)試出預想結(jié)果，并且增加一些附加功能，比如考慮出租車夜晚和白天計費不一樣，設計了加速計費功能，除了軟件方面，在硬件上設計了顯示燈，便于觀看哪個功能起作用。雖然再調(diào)試過程消滅了一些問題，但經(jīng)過爭辯以及觀看擺出故障，測試完軟硬件的獨立運行，我們的軟硬件之間的連接運行相當順當。七 試驗中消滅問題在編寫程序時消滅了一些問題，例如編譯錯誤，仿真結(jié)果不正確，但經(jīng)過細心檢查和查找資料，準時改正，尤其在實際頂層文件時消滅一系列問題，但很大部分是由于更部分引腳接錯造成問題。這大多由于馬虎和不嫻熟造