EDA出租車計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)說明

.....EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及要求題目：出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一種出租車計(jì)價(jià)器,計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)如下<1>起步價(jià)為8.00元,起步公里為3公里；<2>超過3公里,每公里按1.00元收費(fèi)；<3>單程行駛里程超過20公里,每公里租價(jià)加收50%；<4>等候時(shí)間累積1分鐘,則每分鐘這算1公里里程價(jià)。要求顯示里程、計(jì)費(fèi)及等候時(shí)間。乘客上車后,按下啟動(dòng)鍵,開始計(jì)費(fèi),除非同一乘客往返用那個(gè)車,否則按下單程鍵,這樣行駛里程超過20公里時(shí),每公里加收50%,既每公里租費(fèi)1.5元；計(jì)費(fèi)顯示為3位整數(shù)、1位小數(shù)。二、設(shè)計(jì)原始資料1.教材2.實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書三、要求的設(shè)計(jì)成果〔課程設(shè)計(jì)說明書、設(shè)計(jì)實(shí)物、圖紙等1.設(shè)計(jì)說明書：內(nèi)容包括設(shè)計(jì)背景、設(shè)計(jì)原理、仿真結(jié)果分析、設(shè)計(jì)總結(jié)。2.硬件調(diào)試：要求學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行硬件調(diào)試,調(diào)試平臺(tái)為EDA實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)箱。四、進(jìn)程安排1.20周1-3進(jìn)行總體設(shè)計(jì),進(jìn)行各模塊的程序設(shè)計(jì)、仿真及硬件調(diào)試。2.20周4-5進(jìn)行說明書撰寫及答辯。五、主要參考資料1.潘松,黃繼業(yè).《EDA技術(shù)實(shí)用教程》.科學(xué)出版社,2010.6.2.劉江海.《EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)》.華中科技大學(xué)出版社,2009.5.指導(dǎo)教師〔簽名：教研室主任〔簽名：注：可以附頁目錄TOC\o"1-3"\u1概述12總體設(shè)計(jì)22.1設(shè)計(jì)要求22.2設(shè)計(jì)思路22.3設(shè)計(jì)流程圖22.4總體設(shè)計(jì)封裝圖42.5各信號(hào)說明43模塊設(shè)計(jì)53.1秒分頻模塊53.2控制模塊53.3計(jì)量模塊5計(jì)價(jià)部分5計(jì)時(shí)部分5計(jì)程部分53.4譯碼顯示模塊54程序調(diào)試運(yùn)行65硬件驗(yàn)證85.1引腳鎖定85.2硬件驗(yàn)證情況86總結(jié)及體會(huì)9參考文獻(xiàn)10附錄〔程序源代碼11..1概述隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的增加以及人民生活水平的提高,各大中小城市的出租車營(yíng)運(yùn)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(jì)價(jià)器是出租車營(yíng)運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表,是使出租車市場(chǎng)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的重要設(shè)備。一種功能完備,簡(jiǎn)單易用,計(jì)量準(zhǔn)確的出租車計(jì)價(jià)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(jì)采用VHDL硬件描述語言作為設(shè)計(jì)手段,采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路,得到一種出租車計(jì)價(jià)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(jì)的電路系統(tǒng)完成了出租車計(jì)價(jià)的功能,各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求。該設(shè)計(jì)雖然功能簡(jiǎn)單,智能化水平比較低,但仍具有一定的實(shí)用性。該設(shè)計(jì)是在VHDL的基礎(chǔ)上對(duì)出租車計(jì)價(jià)器進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)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?FPGA具有穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、程序簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),且非常適合做為出租車計(jì)價(jià)器的控制核心,所以選擇用VHDL來對(duì)計(jì)價(jià)器進(jìn)行設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)其功能。出租車計(jì)價(jià)器的實(shí)現(xiàn)將大大改善人們出行時(shí)因?yàn)橛憙r(jià)還價(jià)而帶來的煩惱,從而使人們的心情比較愉悅。本設(shè)計(jì)是對(duì)出租車計(jì)價(jià)器的四個(gè)模塊進(jìn)行分析的,綜述如下：分頻模塊：分頻模塊是其它模塊的基礎(chǔ),輸入時(shí)鐘選為32Hz,分頻后的時(shí)鐘頻率為1Hz,為后續(xù)模塊提供基本時(shí)鐘。等待時(shí)間模塊：該模塊針對(duì)乘客確認(rèn)下車前的等待而言,比如堵車、中途下車的情況,通過1Hz脈沖計(jì)數(shù),每一分鐘計(jì)時(shí)加一,最大計(jì)時(shí)時(shí)間顯示為99分鐘。路程模塊：該模塊是對(duì)車輛行駛路程進(jìn)行計(jì)數(shù),以1Hz時(shí)鐘為基礎(chǔ),檢測(cè)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(shí),分別有相應(yīng)的使能信號(hào)對(duì)此作出記錄,最大路程顯示為99公里。計(jì)費(fèi)模塊：該模塊是基于等待時(shí)間模塊和路程模塊對(duì)費(fèi)用進(jìn)行控制的。通過內(nèi)部使能信號(hào)分別計(jì)算3公里以內(nèi)、3-20公里以及20公里以后的費(fèi)用。本設(shè)計(jì)是基于VHDL進(jìn)行編程,然后在QuartusⅡ進(jìn)行波形仿真,實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)價(jià)器的基本功能。2總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求〔1起步價(jià)為8.00元,起步公里為3公里；〔2超過3公里,每公里按1元收費(fèi)；〔3單程行駛里程超過20公里,每公里租價(jià)加收50%;〔4等候時(shí)間超過1分鐘,每分鐘按這公里的租價(jià)計(jì)算。要求顯示里程、計(jì)費(fèi)及等候時(shí)間。乘客上車后,按下啟動(dòng)鍵,開始計(jì)費(fèi),除非同一乘客往返用那個(gè)車,否則按下單程鍵,這樣行駛里程超過20公里時(shí),每公里加收50%,既每公里租費(fèi)1.5元；計(jì)費(fèi)顯示為3位整數(shù)、1位小數(shù)。2.2設(shè)計(jì)思路輸入2個(gè)時(shí)鐘信號(hào),分別模擬時(shí)間和路程。對(duì)等待時(shí)間、路程計(jì)數(shù),進(jìn)而統(tǒng)計(jì)費(fèi)用。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1。顯示分頻器計(jì)費(fèi)時(shí)鐘信號(hào)顯示分頻器計(jì)費(fèi)時(shí)鐘信號(hào)等待信號(hào)等待信號(hào)公里脈沖公里脈沖計(jì)費(fèi)/復(fù)位控制器計(jì)費(fèi)/復(fù)位控制器計(jì)程計(jì)時(shí)圖2-1自動(dòng)計(jì)價(jià)器的系統(tǒng)方框圖上圖中,計(jì)數(shù)器1對(duì)分頻后的1Hz脈沖計(jì)數(shù),計(jì)數(shù)60次,計(jì)數(shù)器加1,對(duì)應(yīng)等待時(shí)間,計(jì)數(shù)器2對(duì)車速脈沖計(jì)數(shù),其上升沿到來計(jì)數(shù)加1,對(duì)應(yīng)里程。2.3設(shè)計(jì)流程圖設(shè)計(jì)流程圖如圖2-2所示。開始開始初始化單程？里程>3里程>201.5元/公里1元/公里等待？等待？1.5元/分鐘1元/分鐘計(jì)費(fèi)NYYYNYYNN圖2-2系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖分頻里程計(jì)數(shù)時(shí)間計(jì)數(shù)時(shí)間計(jì)數(shù)N乘客上車后,按下啟動(dòng)按鈕,計(jì)價(jià)器開始工作,首先進(jìn)入初始化狀態(tài),即計(jì)程從0開始,計(jì)費(fèi)從8開始。再根據(jù)單程信號(hào)判斷是否為單程,進(jìn)而確定計(jì)費(fèi)方式。單程：里程計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù),當(dāng)路程超過3公里時(shí),計(jì)費(fèi)開始累加,按1元每公里計(jì)算,路程超過20公里時(shí)每公里1.5元。當(dāng)路程超過3公里有等待時(shí),按下等待信號(hào),每等待1分鐘費(fèi)用與當(dāng)前計(jì)費(fèi)方式相同。往返：每公里1元,等待計(jì)費(fèi)為每分鐘1元。乘客下車后,按下復(fù)位鍵,則所有計(jì)數(shù)器進(jìn)入初始狀態(tài)。2.4總體設(shè)計(jì)封裝圖總體設(shè)計(jì)封裝圖如圖2-3所示。圖2-3系統(tǒng)封裝圖2.5各信號(hào)說明輸入信號(hào)：clk：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；mile:車速時(shí)鐘;start:：?jiǎn)?dòng)信號(hào),當(dāng)start=1時(shí),出租車啟動(dòng),計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；否則計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)；single:單程信號(hào),單程時(shí)由司機(jī)輸入；stop：等待信號(hào),處于等待狀態(tài)時(shí)由司機(jī)輸入；輸出信號(hào)：km1,km2：里程,單位為公里；min1,min2:等待時(shí)間,單位為分鐘；price1,price2,price3,price4:費(fèi)用,單位為元,其中price1表示小數(shù)位。3模塊設(shè)計(jì)3.1秒分頻模塊秒分頻模塊對(duì)頻率為240Hz的輸入脈沖進(jìn)行分頻,得到的頻率為16Hz,15Hz和1Hz的三種頻率。該模塊產(chǎn)生頻率信號(hào)用于計(jì)費(fèi),每個(gè)1HZ脈沖為0.1元計(jì)費(fèi)控制,15HZ信號(hào)為1.5元的計(jì)費(fèi)控制,16Hz信號(hào)為1.6元計(jì)費(fèi)控制。3.2控制模塊控制模塊是系統(tǒng)的核心部分,對(duì)計(jì)價(jià)器的狀態(tài)進(jìn)行控制。3.3計(jì)量模塊計(jì)量模塊完成計(jì)價(jià)、計(jì)時(shí)、計(jì)程功能。計(jì)價(jià)部分行程3公里內(nèi),起步費(fèi)為8元；3公里外以每公里1元計(jì)費(fèi),等待累計(jì)時(shí)間1分鐘外以每分鐘1元計(jì)費(fèi)。20公里外以每公里1.5元計(jì)費(fèi),等待累計(jì)時(shí)間1分鐘外以每分鐘1.5元計(jì)費(fèi)。計(jì)費(fèi)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(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上顯示。計(jì)時(shí)部分計(jì)時(shí)部分用于計(jì)算乘客的等待累計(jì)時(shí)間。計(jì)時(shí)器的量程為59分,滿量程自動(dòng)歸零。即時(shí)數(shù)據(jù)送入顯示譯碼模塊進(jìn)行譯碼,最后送至以分為單位對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)管上顯示。計(jì)程部分計(jì)程部分用于計(jì)算乘客所行使的公里數(shù)。計(jì)程器的量程為99公里3.4譯碼顯示模塊譯碼顯示模塊完成計(jì)價(jià)、計(jì)時(shí)、計(jì)程數(shù)據(jù)顯示。該模塊經(jīng)過8選1選擇器將計(jì)費(fèi)數(shù)據(jù)〔4位BCD碼、計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)〔2位BCD碼、計(jì)程數(shù)據(jù)〔2位BCD碼動(dòng)態(tài)選擇輸出。其中計(jì)費(fèi)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(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上顯示,最大顯示為999.9元；計(jì)時(shí)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(duì)應(yīng)的數(shù)碼管上顯示,最大顯示為99分鐘；計(jì)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4程序調(diào)試運(yùn)行圖4-1單程行駛示意圖啟動(dòng)鍵、單程鍵有效,由圖4-1可知,3公里之內(nèi)計(jì)費(fèi)顯示為8元；3-20公里之間每公里1元累計(jì)；超過20公里圖4-2單程行駛中途等待示意圖啟動(dòng)鍵、單程鍵有效,行駛一段時(shí)間等待信號(hào)有效,等待后繼續(xù)行駛。由圖4-2可知,3公里之內(nèi)計(jì)費(fèi)顯示8元,3-20公里之間每公里圖4-3單程行駛到達(dá)目的地示意圖啟動(dòng)鍵、單程鍵有效,乘客到達(dá)目的地下車。如圖4-3所示。圖4-4雙程行駛示意圖啟動(dòng)鍵有效,乘客乘車完成雙程行駛。由圖4-4可知,3公里之內(nèi)計(jì)費(fèi)顯示為8元；3-20公里之間每公里1元累計(jì)；超過20公里5硬件驗(yàn)證5.1引腳鎖定做硬件驗(yàn)證之前需要清楚實(shí)驗(yàn)板上各鍵與各信號(hào)的鏈接情況,參照資料得出本設(shè)計(jì)中各引腳的對(duì)應(yīng)情況如下,本設(shè)計(jì)下載時(shí)選擇模式5。引腳鎖定如圖5-1。圖5-1引腳鎖定圖5.2硬件驗(yàn)證情況做好引腳鎖定后,打開硬件箱的電源,數(shù)碼管有正確的數(shù)字顯示,鏈接硬件箱與計(jì)算機(jī)開始驗(yàn)證。操作運(yùn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全符合要求。通過仿真驗(yàn)證表明,本文所設(shè)計(jì)的出租車計(jì)價(jià)器能夠正常地顯示行駛的里程數(shù)和乘客應(yīng)付的費(fèi)用,符合預(yù)定的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和功能要求。6總結(jié)及體會(huì)通過為期一周的課程設(shè)計(jì),出租車計(jì)價(jià)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已基本完成,能按預(yù)期的效果模擬汽車啟動(dòng)、等待、停止、復(fù)位等功能,并顯示車費(fèi)數(shù)目等待時(shí)間及行駛路程。出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了VHDL覆蓋面廣,描述能力強(qiáng),是一個(gè)多層次的硬件描述語言及CPLD器件速度快,使用方便,便于修改等特點(diǎn),本設(shè)計(jì)在實(shí)用方面具有一定的價(jià)值。在本次設(shè)計(jì)中還存在很多不足,可以改進(jìn)的地方目前有以下幾點(diǎn):一、該設(shè)計(jì)雖然實(shí)現(xiàn)了基本的計(jì)費(fèi)和計(jì)程,但是很多問題并沒有解決,如本設(shè)計(jì)只實(shí)現(xiàn)了一種車速的計(jì)費(fèi)。若要實(shí)現(xiàn)出租車的不同檔位下的計(jì)程計(jì)費(fèi),還需要進(jìn)一步討論。二、該設(shè)計(jì)智能化水平較低,啟動(dòng)、等待、復(fù)位等信號(hào)需要人為輸入,若在實(shí)際中出現(xiàn)操作偏差,會(huì)導(dǎo)致計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)確。通過此次課程設(shè)計(jì),我們更進(jìn)一步的深入了解了VHDL設(shè)計(jì)語言,并在使用過程中對(duì)它有了更深的體會(huì)。對(duì)編程過程中可能遇到的問題有了一定的了解和解決方法,在理論學(xué)習(xí)和編程練習(xí)以及硬件測(cè)試方面都獲得了較大的收獲,對(duì)于今后進(jìn)行程序設(shè)計(jì)有很大的幫助。期間要感謝我的老師的悉心指導(dǎo)以及同學(xué)們的大力幫助。在此次設(shè)計(jì)過程中確實(shí)遇到了很多困難,但是再大的困難只要有勇氣去征服它,那就不是什么困難了。此外,通過本次課程設(shè)計(jì),我還有了一定的對(duì)學(xué)習(xí)上的體會(huì),知識(shí)的真實(shí)魅力其實(shí)是在于它因?yàn)閼?yīng)用于實(shí)踐中而產(chǎn)生的實(shí)際的生產(chǎn)價(jià)值,或者說是給人們帶來的巨大的方便,因?yàn)樗杏昧怂晕覀儗W(xué)起來會(huì)更有動(dòng)力,更能往深里去研究。參考文獻(xiàn)[1]VoleiA.Pedroni.《VHDL數(shù)字電路設(shè)計(jì)教程》.電子工業(yè)出版社,2010.[2]潘松,黃繼業(yè).《EDA技術(shù)實(shí)用教程》.科學(xué)出版社,2010.6.[3]劉江海.《EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)》.華中科技大學(xué)出版社,2009.5.[3]鮑可進(jìn),趙念強(qiáng),趙不賄等.《數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社,2004.[4]王道憲,賀名臣,劉偉.《VHDL電路設(shè)計(jì)技術(shù)》.國(guó)防工業(yè)出版社,2004.[5]黃仁欣.《EDA技術(shù)實(shí)用教程》.清華大學(xué)出版社,2006.[6]徐向民.《數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)及VHDL實(shí)踐》.機(jī)械工業(yè)出版社,2007.附錄〔程序源代碼出租車計(jì)價(jià)器源程序libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityhuisport<clk:instd_logic;start,single:instd_logic;stop,mile:instd_logic;min1,min2:outstd_logic_vector<3downto0>;km1,km2:outstd_logic_vector<3downto0>;price1,price2,price3,price4:outstd_logic_vector<3downto0>>;end;architecturebhvofhuissignalstart_r:std_logic;signalclk1hz:std_logic;signalq:integerrange0to299;signalsecond:integerrange0to59;signalp1,p2,p3,p4:std_logic_vector<3downto0>;signalk1,k2:std_logic_vector<3downto0>;signalm1,m2:std_logic_vector<3downto0>;signalen0,en1,f_wait,f:std_logic;beginmin1<=m1;min2<=m2;km1<=k1;km2<=k2;price1<=p1;price2<=p2;price3<=p3;price4<=p4;U1:process<clk>beginif<clk'eventandclk='1'>thenifq=255thenq<=0;clk1hz<='1';elseq<=q+1;clk1hz<='0';endif;endif;endprocess;U2:process<clk1hz>beginifstart='0'thenf_wait<='0';m1<="0000";m2<="0000";elsif<clk1hz'eventandclk1hz='1'>thenifstop='1'thenifsecond=6thensecond<=0;f_wait<='1';ifm1="1001"thenm1<="0000";ifm2="0101"thenm2<="0000";elsem2<=m2+'1';endif;elsem1<=m1+'1';endif;elsef_wait<='0';second<=second+1;endif;elsef_wait<='0';endif;endif;endprocess;U3:process<clk1hz>beginif<clk1hz'eventandclk1hz='1'>thenstart_r<=start;endif;endprocess;f<=f_waitwhenstop='1'elsemilewhenen0='1'else'0';U4:process<start,mile>beginifstart='0'thenk1<="0000";k2<="0000";en0<='0';en1<='0';elsif<mile'eventandmile='1'>thenifstop='0'thenifk1="1001"thenk1<="0000";ifk2="1001"thenk2<="0000";elsek2<=k2+'1';endif;elsek1<=k1+'1';endif;ifk1="0011"thenen0<='1';endif;ifk2="0001"andk1="1001"andsingle='1'thenen1<='1';endif;elsek1<=k1;k2<=k2;endif;endif;endprocess;U5:process<start,f>beginifstart='0'thenp1<="0000";p2<="0000";p3<="0000";p4<="0000";elsifstart='1'andstart_r='0'thenp1<="0000";p2<="1000";p3<="0000";p4<="0000";elsif<f'eventandf='1'>thenifen1='0'thenifp2="10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