【出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)10000字（論文）】

I出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄70471前言 168562開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù)概括 1322802.1QUARTUSII軟件 1156412.1.1QuartusII軟件的工具及功能簡(jiǎn)介 2247592.1.2QuartusII軟件的用戶界面 3168132.2VHDL語(yǔ)言 3128732.2.1VHDL語(yǔ)言的功能特點(diǎn) 43022.2.2VHDL語(yǔ)言的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 4247712.3EDA技術(shù) 545813出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì) 6124963.1設(shè)計(jì)原理 659643.2設(shè)計(jì)內(nèi)容 7193433.1設(shè)計(jì)框圖 890423.4設(shè)計(jì)模塊 8315764基于VHDL的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9241974.1車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊 960664.2里程計(jì)數(shù)模塊 1058214.3計(jì)費(fèi)模塊 12250474.4動(dòng)態(tài)掃描模塊 1441004.5譯碼模塊 15241885基于VHDL的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 1645535.1車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊 16242475.2里程計(jì)數(shù)模塊 17150095.3計(jì)費(fèi)模塊 18146485.4動(dòng)態(tài)掃描模塊 20141175.5譯碼模塊 21323085.6綜合設(shè)計(jì)模塊 2273465.6.1出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)原理圖 229425.6.2出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)仿真波形圖 23284226結(jié)論 2321765參考文獻(xiàn) 251前言出租車計(jì)價(jià)器由如計(jì)量組件，稅控組件等不同的組件組成，整個(gè)計(jì)價(jià)器包括里程傳感器、空車待租標(biāo)志、單片機(jī)、顯示屏、打印機(jī)這五個(gè)部件。當(dāng)出租車開始行駛時(shí)，里程傳感器將出租汽車變速器輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，然后輸入計(jì)價(jià)器，根據(jù)脈沖信號(hào)，計(jì)價(jià)器中微處理器（單片機(jī)）可以測(cè)量行駛時(shí)間、行駛車速和行駛里程，并計(jì)算得出乘客應(yīng)付的車費(fèi)，最后將金額通過(guò)計(jì)價(jià)器的顯示屏顯示出來(lái)，還可通過(guò)打印機(jī)將本次行駛的實(shí)際路程及應(yīng)付金額打印出來(lái)，將小票交給乘客，完成本次行駛交易。不同時(shí)間不同行駛狀態(tài)都會(huì)對(duì)出租車計(jì)價(jià)器輸出的結(jié)果產(chǎn)生影響，需要有一套嚴(yán)格的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)才能讓出租車計(jì)價(jià)器成為乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則。當(dāng)出租汽車運(yùn)營(yíng)候客時(shí)豎起空車待租標(biāo)志，計(jì)價(jià)器處于空車狀態(tài)；當(dāng)乘客上車起步后，應(yīng)壓下空車待租標(biāo)志，計(jì)價(jià)器處于乘車狀態(tài)，此時(shí)計(jì)價(jià)器主機(jī)單價(jià)顯示屏顯示單價(jià)，金額屏顯示基價(jià)，計(jì)程和計(jì)時(shí)屏顯示本次運(yùn)營(yíng)累計(jì)的行駛里程和等候時(shí)間；夜間運(yùn)營(yíng)時(shí)空車待租標(biāo)志和頂燈同時(shí)熄滅，計(jì)價(jià)器開始按距離、時(shí)間并計(jì)式的計(jì)費(fèi)方式進(jìn)行計(jì)費(fèi)；當(dāng)車速低于切換速度或者停車時(shí)計(jì)價(jià)器開始計(jì)時(shí)，高于切換速度時(shí)只計(jì)行駛時(shí)程；在出租車到達(dá)目的地后，司機(jī)按下暫停鍵停止計(jì)費(fèi),乘客需支付儀表上顯示的金額；完成行駛交易后，豎起空車待租標(biāo)志，計(jì)價(jià)器處于空車狀態(tài)，計(jì)價(jià)器顯示屏顯示歸零。本文主要針對(duì)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將實(shí)際操作過(guò)程轉(zhuǎn)化為仿真模擬。2開發(fā)環(huán)境及相關(guān)技術(shù)概括2.1QUARTUSII軟件QuartusII軟件基于開發(fā)環(huán)境FDGA/CPLD，它支持VHDL，VeriloGHDL和AHDL等不同設(shè)計(jì)的輸入形式，以及完成從輸入設(shè)計(jì)到硬件配置的完整PLD電源，該軟件擁有自己的合成器和模擬器，也可以在不同的操作系統(tǒng)如XP，Linux和UNIX上使用。TCL腳本可以用于用戶圖形界面的設(shè)計(jì)，它具有快速輔助操作，保持界面風(fēng)格一致，功能綜合，易于學(xué)習(xí)和易于使用等特點(diǎn)。QuartusII支持Altera的IP內(nèi)核，包括LPM庫(kù)，允許用戶充分利用已經(jīng)記錄的模塊，這樣可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的復(fù)雜性并加快設(shè)計(jì)速度。QuartusII軟件集成了AlteraFDGA/CPLD開發(fā)過(guò)程中涉及的所有工具和第三方軟件接口，通過(guò)這個(gè)開發(fā)工具，設(shè)計(jì)師可以方便的創(chuàng)建，組織和管理他們自己的設(shè)計(jì)，QuartusII軟件開發(fā)過(guò)程如圖2-1所示設(shè)計(jì)輸入設(shè)計(jì)輸入綜合布局布線時(shí)序分析仿真編程和配置功耗分析調(diào)試工程更改管理時(shí)序逼近圖2-1QuartusII軟件的開發(fā)流程2.1.1QuartusII軟件的工具及功能簡(jiǎn)介QuartusII軟件提供了完整的多平臺(tái)設(shè)計(jì)環(huán)境，可輕松滿足特定的設(shè)計(jì)要求，并且是SOPC設(shè)計(jì)的集成環(huán)境，此外，QuartusII軟件允許用戶在設(shè)計(jì)過(guò)程的每個(gè)階段使用其軟件圖形用戶界面，EDA工具界面或命令行。1.設(shè)計(jì)輸入：輸入模式采用QuartusII軟件模塊，輸入模式，輸入模式和中央輸入EDA設(shè)計(jì)工具來(lái)表達(dá)用戶電路的概念，并通過(guò)任務(wù)編輯器設(shè)置初始設(shè)計(jì)約束。2.合成：將所述HDL語(yǔ)言，示意性設(shè)計(jì)，并且所述第二輸入邏輯鏈路（網(wǎng)表），一個(gè)基本的邏輯單元（例如NAND，RAM，觸發(fā)等），并根據(jù)所生成的邏輯優(yōu)化目標(biāo)和要求Link和輸出標(biāo)準(zhǔn)格式的網(wǎng)表文件，如.EDF或.VQM，用于路由設(shè)備的部署和布局。3.布局：綜合布局分析結(jié)果，布局優(yōu)化，增量布局反向指示類似。4.時(shí)序分析：允許用戶分析所有邏輯設(shè)計(jì)的時(shí)序性能，布局并幫助引導(dǎo)分析，以滿足設(shè)計(jì)的時(shí)間要求。5.仿真：分為功能仿真和時(shí)序仿真。仿真功能是檢查電路的功能是否滿足結(jié)構(gòu)要求，包括仿真時(shí)序延遲信息，最好是反應(yīng)芯片的設(shè)計(jì)工作。6.編程和配置：將器件，邏輯器件和布局引腳分配轉(zhuǎn)換為器件分配文件到芯片進(jìn)行測(cè)試。2.1.2QuartusII軟件的用戶界面QuartusII是Altera公司的FPGA設(shè)計(jì)軟件，與FPGA片內(nèi)的硬件相關(guān)的設(shè)計(jì)都在這個(gè)軟件工具中完成。啟動(dòng)軟件后，其默認(rèn)界面如圖2-2所示。由標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、資源管理窗、編輯狀態(tài)顯示窗、信息顯示窗和工程工作區(qū)等組成部分。圖2-2QuartusII軟件的用戶界面2.2VHDL語(yǔ)言VHDL的全稱是VHSIC硬件描述語(yǔ)言，VHSIC創(chuàng)建于20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)防部的背景令人懷疑，并最終導(dǎo)致了VHDL語(yǔ)言的出現(xiàn)。在1987年底，VHDL被IEEE和美國(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言，它主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口，除了許多具有硬件特性的陳述之外，VHDL的語(yǔ)言形式和描述類型與高級(jí)語(yǔ)言中的普通計(jì)算機(jī)非常相似，其結(jié)構(gòu)特征是工程設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)單元（其可以是一個(gè)組件，電路模塊或系統(tǒng)）被分成外部（或可見部分和端口）和內(nèi)部（或不可見的部分），這兩個(gè)它涉及該設(shè)備的內(nèi)部運(yùn)作和算法的完成部分。為設(shè)計(jì)設(shè)備定義外部接口后，其他設(shè)計(jì)一旦完成內(nèi)部開發(fā)，可直接調(diào)用該設(shè)備，這種將設(shè)計(jì)單元分為內(nèi)部和外部?jī)刹糠值母拍钍荲HDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。2.2.1VHDL語(yǔ)言的功能特點(diǎn)VHDL語(yǔ)言主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。與其他硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）VHDL語(yǔ)言支持自頂向下（自頂向下）和基于庫(kù)的設(shè)計(jì)方法。它還支持同步電路，異步電路，F(xiàn)PGA和其他隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)。2）VHDL語(yǔ)言能夠從系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型到不同層次描述系統(tǒng)的硬件功能門級(jí)電路及其高級(jí)描述可與低級(jí)別的RTL描述和結(jié)構(gòu)描述結(jié)合使用。他們還可以定制數(shù)據(jù)類型，為程序員提供更大的自由和便利。3）VHDL相對(duì)獨(dú)立于設(shè)計(jì)描述。設(shè)計(jì)人員無(wú)法理解硬件結(jié)構(gòu)，也不需要關(guān)閉硬件。4）VHDL具有可確保設(shè)計(jì)精度的電路仿真和驗(yàn)證功能。用戶甚至不必寫。如何測(cè)試可以在源代碼級(jí)別進(jìn)行測(cè)試，設(shè)計(jì)人員可以輕松比較它們。該解決方案的可行性和優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)不需要任何實(shí)際的電路測(cè)試。VHDL語(yǔ)言可以在沒有技術(shù)的情況下編程；VHDL的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范很容易共享和重用。2.2.2VHDL語(yǔ)言的設(shè)計(jì)特點(diǎn)當(dāng)電路系統(tǒng)采用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)時(shí)，與傳統(tǒng)電路設(shè)計(jì)方法相比，具有以下特點(diǎn)：采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。換句話說(shuō)，從系統(tǒng)的總體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，以完善從頂部?jī)?nèi)容底部，整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)的最終完成，系統(tǒng)可以分為三個(gè)級(jí)別進(jìn)行設(shè)計(jì)：1、第一級(jí)是行為描述，它是描述整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，以便識(shí)別在被在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段通過(guò)行為仿真所描述的系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的問(wèn)題。2、第二個(gè)層次是RTL路線圖，即注冊(cè)轉(zhuǎn)移描述，實(shí)現(xiàn)硬件的具體實(shí)現(xiàn)，VHDL語(yǔ)言程序行為描述的方式應(yīng)改寫為RTL描述，換句話說(shuō)，系統(tǒng)使用RTL描述導(dǎo)出系統(tǒng)邏輯表達(dá)式并執(zhí)行邏輯綜合。3、第三個(gè)層次是邏輯綜合，即利用邏輯綜合工具，在RTL文件（柵級(jí)網(wǎng)表）與由結(jié)果輸出邏輯示意表示的基本邏輯元件，模擬上的柵極電平中所公開的轉(zhuǎn)換器，并且控制所述定時(shí)關(guān)系。（2）主設(shè)計(jì)文件是用VHDL語(yǔ)言編寫的源程序，與傳統(tǒng)的接線圖相比，使用VHDL源代碼有很多優(yōu)點(diǎn)：①數(shù)據(jù)少，易于保存。另一種是世襲的，在設(shè)計(jì)其他硬件電路時(shí)，可以在該過(guò)程中使用某些庫(kù)文件，其他過(guò)程描述了一些本地硬件電路。第三個(gè)是簡(jiǎn)單的閱讀，閱讀程序比閱讀電路圖更容易，讀者可以很容易地看到程序中電路的工作原理和邏輯，為了從原理圖中了解它的工作原理，更多的硬件需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。2.3EDA技術(shù)EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的縮寫，這是新技術(shù)的快速發(fā)展，硬件表達(dá)式語(yǔ)言是在設(shè)計(jì)欄系統(tǒng)上表達(dá)邏輯的最重要的方式，它是由大型可編程邏輯器件的計(jì)算機(jī)，開發(fā)軟件和實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成，它可以自動(dòng)完成。其設(shè)計(jì)方法是在電子系統(tǒng)中為硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)新技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)邏輯編譯，邏輯簡(jiǎn)化，邏輯劃分，邏輯綜合和優(yōu)化，邏輯布局和邏輯仿真，完成特定目標(biāo)芯片的匹配和編譯，邏輯映射，編程和下載，最終形成集成電子系統(tǒng)或ASIC芯片。EDA代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展，這意味著電子設(shè)計(jì)師可以從概念，算法，協(xié)議等設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)。許多工作都可以通過(guò)電腦完成，電子產(chǎn)品可以從電路設(shè)計(jì)，性能分析，IC布局或PCB布局設(shè)計(jì)。整個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理，設(shè)計(jì)人員采用的設(shè)計(jì)方法是一種新的高層次自上而下的設(shè)計(jì)方法，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)開始，在頂層進(jìn)行功能框圖的分區(qū)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。仿真和糾錯(cuò)在程序框圖級(jí)執(zhí)行，高級(jí)系統(tǒng)行為用硬件描述語(yǔ)言描述，設(shè)計(jì)師的工作僅限于使用軟件，即使用硬件描述語(yǔ)言和EDA軟件來(lái)完成系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。由于設(shè)計(jì)的主要仿真和調(diào)試過(guò)程在高層完成，不僅有利于早期發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，而且避免了設(shè)計(jì)工作的浪費(fèi)，減少了邏輯功能仿真的工作量，并提高了設(shè)計(jì)的一次性成功率。隨著現(xiàn)代電子產(chǎn)品復(fù)雜性和集成度的不斷提高，中小規(guī)模集成電路的普遍組合已不能滿足要求。嵌入式處理器軟核的成熟使SOPC進(jìn)入了一個(gè)大規(guī)模的應(yīng)用階段，除了成熟的數(shù)字技術(shù)之外，電路系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)建模概念在EDA領(lǐng)域發(fā)生了很大變化。同時(shí)，EDA使得電子領(lǐng)域各個(gè)學(xué)科的界限更加模糊和更具包容性，這對(duì)于設(shè)計(jì)人員使用EDA技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)（例如全定制或半定制ASIC設(shè)計(jì)，F(xiàn)PGA/CPLD開發(fā)和印刷電路板）是有益的。根據(jù)EDA技術(shù)的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的數(shù)字電子系統(tǒng)或IC設(shè)計(jì)相比，EDA技術(shù)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。手動(dòng)設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)數(shù)字電子系統(tǒng)或IC的設(shè)計(jì)中占較大的比例。所以也有很多缺點(diǎn)。例如，設(shè)計(jì)和調(diào)試復(fù)雜的電路是非常困難的；如果沒有硬件系統(tǒng)仿真，如果在某個(gè)過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)和修改是非常不方便的；在設(shè)計(jì)中很難管理和管理大量文檔。相比之下，EDA技術(shù)則非常不同。它使用HDL來(lái)描述數(shù)字系統(tǒng)的抽象行為和功能，以詳細(xì)描述內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)，可以用來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)過(guò)程的正確性，這可以大大降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。由于各種圖書館的支持，我們可以完成各種自動(dòng)設(shè)計(jì)流程，它極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)文檔的管理，邏輯設(shè)計(jì)，仿真和測(cè)試變得越來(lái)越強(qiáng)大，VHDLEDA是目前EDA設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的，并且?guī)缀踔С炙兄髁鞴ぞ摺?出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和模塊設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)原理計(jì)價(jià)器系統(tǒng)已被廣泛使用在生活中，通常由微控制器控制，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障率高，和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA），其具有高密度可編程軟件和強(qiáng)大的支撐特性，為什么所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品功能強(qiáng)大，功能強(qiáng)大，可靠性高，靈活性強(qiáng)。本文詳細(xì)說(shuō)明了出租車會(huì)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖和各系統(tǒng)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程。該系統(tǒng)是EPM1270T144C5芯片（見圖3-1）根據(jù)出租車的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，采用VHDL編程，用的QuartusⅡ軟件為仿真和驗(yàn)證程序的開發(fā)平臺(tái)，以獲得相關(guān)計(jì)價(jià)器功能。系統(tǒng)分為五個(gè)模塊，包括輔助計(jì)數(shù)器模塊，里程表模塊，計(jì)費(fèi)模塊，動(dòng)態(tài)掃描和解碼模塊。每個(gè)軟件模塊提供內(nèi)核代碼及其模擬波形圖。本文采用VHDL語(yǔ)言，采用先進(jìn)的FPGA技術(shù)設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品的稅收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)稅表最重要的功能。操作穩(wěn)定可靠。EDA技術(shù)是計(jì)算機(jī)數(shù)字系統(tǒng)意味著完成邏輯綜合，仿真，布局和設(shè)計(jì)工作，電路設(shè)計(jì)人員不需要該系統(tǒng)的唯一完整描述的作品，可以通過(guò)被設(shè)計(jì)為一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)處理給出設(shè)計(jì)的結(jié)果和改變?cè)摲桨概c改變軟件一樣舒適。例如。如果沒有硬件支持電路可以開始繳費(fèi)系統(tǒng)的價(jià)格，公里等待收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)和VHDL源程序中的預(yù)設(shè)的延遲直接變化。圖3-1本設(shè)計(jì)采用EPM1270T144C5芯片3.2設(shè)計(jì)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)具體要求如下：1、能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)費(fèi)功能

成本是根據(jù)行駛里程計(jì)算的。出租車的起步價(jià)是7元。駕駛不到3公里時(shí)，價(jià)格按起始價(jià)格計(jì)算。當(dāng)行程大于3公里時(shí)，賬單收費(fèi)為每人1.6元千米。總金額超過(guò)30元時(shí)，按2.4元收費(fèi)公里，汽車停止和結(jié)束計(jì)費(fèi)。（總費(fèi)用=起價(jià)費(fèi)用+（里程-3km）*1.6，總額〈30元或總費(fèi)用=起價(jià)費(fèi)用+（里程-3km）*2.4，總額〉30元）2、能夠?qū)崿F(xiàn)顯示的功能

1）顯示汽車行駛的里程，用4位數(shù)字顯示，顯示的方式為“XX.X”.單位為km。計(jì)程范圍為0~99.9km。

2）顯示總費(fèi)用：用3位數(shù)字顯示，顯示的方式為“XX.X”.單位為元。計(jì)價(jià)范圍為0~99.9元。3、重點(diǎn)要求*車費(fèi)總額可顯示最大值99.9元，能同步顯示對(duì)應(yīng)行駛里程。*要求所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能模擬滑行開始，暫停，停止等，并設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)掃描電路以顯示動(dòng)態(tài)掃描電路完成的總里程和總票價(jià)。臨時(shí)停車不收費(fèi)，票價(jià)保持不變；如果汽車停止，票價(jià)將被清除并等待下一個(gè)計(jì)費(fèi)開始。3.1設(shè)計(jì)框圖出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如3-2所示，主要模塊包括：車輪脈沖計(jì)數(shù)、路程計(jì)數(shù)、價(jià)格計(jì)算、動(dòng)態(tài)掃描以及譯碼模塊。圖3-2出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖3-2出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框3.4設(shè)計(jì)模塊1、車輪脈沖計(jì)數(shù)：用于接收啟動(dòng)，暫停和停止出租車操作信號(hào)等信號(hào)，并接收來(lái)自輪椅的脈沖信號(hào)。計(jì)數(shù)器對(duì)發(fā)送的脈沖信號(hào)（每轉(zhuǎn)一圈）和車輪型號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。不同型號(hào)的車輪直徑可能不一樣。通過(guò)設(shè)置編程代碼（此實(shí)驗(yàn)是為520毫米直徑的車輪設(shè)計(jì)的）進(jìn)行車輪型號(hào)選擇，最后轉(zhuǎn)換100米的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。2、公里計(jì)數(shù)器：負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)100m的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并獲取驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)；計(jì)數(shù)器對(duì)百米脈沖進(jìn)行累加并輸出實(shí)際行駛里程數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果以3組4位的BCD碼輸出給動(dòng)態(tài)掃描及譯碼模塊，計(jì)數(shù)范圍由0-99.9km。3、計(jì)費(fèi)模塊：根據(jù)行駛里程以及車費(fèi)規(guī)則，得到車費(fèi)總金額數(shù)據(jù)信號(hào)；計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)步長(zhǎng)可變(即單價(jià)可調(diào))的累加計(jì)數(shù)，通過(guò)編程代碼設(shè)置用來(lái)完成起步價(jià)初值7元，超價(jià)30元后每千米加費(fèi)到2.4元等。4、動(dòng)態(tài)掃描模塊及譯碼模塊：接收行駛里程和車費(fèi)總金額數(shù)據(jù)的信號(hào)并送入供外部譯碼管顯示；動(dòng)態(tài)掃描模塊利用視覺持續(xù)性并使用動(dòng)態(tài)掃描電路，顯示數(shù)字管的8位數(shù)轉(zhuǎn)換距離和4位十進(jìn)制數(shù)值，節(jié)省了硬件資源和能源。模塊通過(guò)八進(jìn)制掃描模塊再次顯示距離和票價(jià)。解碼模塊將模塊4位BCD碼轉(zhuǎn)換為7段數(shù)碼管顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，輸入端口d[3..0]輸入掃描模塊選擇要顯示的BCD碼，數(shù)碼管的顯示碼為Seg[6..0]輸出。這種設(shè)計(jì)中的數(shù)碼管是一個(gè)普通的陰極數(shù)碼管。4基于VHDL的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4.1車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊車輪脈沖模塊接收來(lái)自車輪傳感器的脈沖信號(hào)。由于車輪種類不同，直徑不同，每行駛100米行車輪數(shù)不同，即輪孔發(fā)出的脈沖信號(hào)數(shù)量不同，因此需要區(qū)分不同的車輪。處理后，車輪直徑與每轉(zhuǎn)匝數(shù)的比率。公里如表4-1所示。表4-1車輪直徑與每千米所轉(zhuǎn)圈數(shù)對(duì)應(yīng)表車輪直徑500mm520mm540mm560mm580mm圈數(shù)/千米637612590569549本設(shè)計(jì)中以車輪直徑為520mm進(jìn)行討論車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊IFreset='1'THENs_state<=s0；temp<="000000"；ELSIF(clk'EVENTANDclk='1')THENCASEs_stateISWHENs0=>temp<="000000"；IFstart='1'THENs_state<=s1；ELSEs_state<=s0；WHENs1=>temp<="000000"；IFstart='1'THENs_state<=s1；ELSEtemp<=temp+1；s_state<=s1；ELSEs_state<=s0；在程序設(shè)計(jì)中，當(dāng)復(fù)位鍵復(fù)位=1時(shí)，模塊進(jìn)入停止計(jì)數(shù)模式（s0），復(fù)位鍵復(fù)位=0，同時(shí)啟動(dòng)/暫停鍵啟動(dòng)=1，模塊進(jìn)入計(jì)數(shù)頻率定界模式（s1）。當(dāng)暫停鍵開始=0時(shí)，模塊返回停止計(jì)數(shù)模式（s0）并停止分時(shí)倒計(jì)時(shí)。車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)框圖如4-2所示停止信號(hào)停止信號(hào)啟動(dòng)/暫停信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)clk百米脈沖信號(hào)開始計(jì)數(shù)開始計(jì)數(shù)送入61個(gè)脈沖送入61個(gè)脈沖圖4-2計(jì)數(shù)分頻狀態(tài)實(shí)驗(yàn)圖以上框圖為模塊處于計(jì)數(shù)分頻狀態(tài)時(shí)，即按下出租車計(jì)價(jià)器的啟動(dòng)鍵，此時(shí)開始計(jì)數(shù)，時(shí)鐘信號(hào)clk會(huì)送入61個(gè)脈沖即產(chǎn)生一個(gè)百米脈沖信號(hào)clk_out。4.2里程計(jì)數(shù)模塊里程計(jì)數(shù)模塊的主要功能是統(tǒng)計(jì)來(lái)自脈沖計(jì)數(shù)模塊的百米信號(hào)，計(jì)算行駛路程，計(jì)數(shù)結(jié)果以BCD碼的形式輸出給下一級(jí)模塊。（BCD碼即用4位二進(jìn)制數(shù)來(lái)表示1位十進(jìn)制數(shù)中的0~9這10個(gè)數(shù)碼。是一種二進(jìn)制的數(shù)字編碼形式，用二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制代碼。）里程計(jì)數(shù)模塊主要為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)百米脈沖信號(hào)，結(jié)果以產(chǎn)生三組4位BCD碼的形式輸出，計(jì)數(shù)范圍由0-99.9km。在系統(tǒng)進(jìn)入停車狀態(tài)，停止信號(hào)reset=1時(shí)，模塊停止計(jì)數(shù)并清零；在非停車狀態(tài)，啟動(dòng)/暫停信號(hào)sp=0時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入暫停等待狀態(tài)（s0），模塊不計(jì)數(shù)且輸出鎖存；若啟動(dòng)/暫停信號(hào)sp=1時(shí)，則系統(tǒng)進(jìn)入里程計(jì)數(shù)狀態(tài)（s1），模塊接收百米脈沖信號(hào)且計(jì)算，并對(duì)二進(jìn)制計(jì)算結(jié)果進(jìn)行BCD碼的轉(zhuǎn)換，將得到的12位BCD碼分成三組4位BCD碼輸出給下一級(jí)模塊。ifreset='1'THENtemp:="000000000000";elsif(clk'EVENTANDclk='1')THENCASEkm_stateISWHEN'0'=>IFsp='0'THENkm_state<='0';ELSEkm_state<='1';ENDIF;WHEN'1'=>IFtemp(3DOWNTO0)+"0001">"01001"THENtemp:=temp+"000000000110"+1;ELSEtemp:=temp+1;endif;IFtemp(7DOWNTO4)>"1001"THENtemp:=temp+"000001100000";ENDIF;IFtemp(11DOWNTO8)>"1001"THENtemp:=temp+"011000000000";ENDIF;IFsp='0'THENkm_state<='0';2、里程計(jì)數(shù)模塊設(shè)計(jì)框圖如4-3所示：百米信號(hào)百米信號(hào)千米信號(hào)十千米信號(hào)停止信號(hào)啟動(dòng)/暫停信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)clk里里程計(jì)數(shù)以BCD碼形式輸出以BCD碼形式輸出接收并計(jì)算百米脈沖接收并計(jì)算百米脈沖圖4-3里程計(jì)數(shù)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)框圖以上框圖為模塊處于里程計(jì)數(shù)狀態(tài)（s1），時(shí)鐘信號(hào)clk需要接收并計(jì)算來(lái)自上一個(gè)模塊的百米脈沖信號(hào)，即當(dāng)出租車啟動(dòng)后，出租車計(jì)價(jià)器按下啟動(dòng)鍵，會(huì)產(chǎn)生行駛里程，若遇到紅燈等待狀態(tài)，即可暫停信號(hào)，不繼續(xù)產(chǎn)生行駛里程，最終輸出信號(hào)以三組4位BCD碼輸出給計(jì)費(fèi)模塊。4.3計(jì)費(fèi)模塊計(jì)費(fèi)模塊中設(shè)置行駛范圍為3千米，車費(fèi)初始值為7元，若當(dāng)行駛里程超過(guò)3千米后，開始按每千米收費(fèi)，當(dāng)車費(fèi)總值大于30元后，每千米收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)由1.6元變?yōu)?.4元，計(jì)費(fèi)總數(shù)以BCD碼形式送入下一級(jí)。計(jì)費(fèi)模塊在程序中，主要部分是兩個(gè)過(guò)程kmcharge1和kmcharge2，其中kmcharge1過(guò)程是一個(gè)激活信號(hào)，每公里產(chǎn)生一個(gè)里程為3公里，單位價(jià)格信號(hào)為1.6元。公里；過(guò)程kmcharge2計(jì)算停車信號(hào)復(fù)位時(shí)的車票價(jià)格=1時(shí)，車票計(jì)算停止，票價(jià)被移除以進(jìn)入停車模式。如果停止信號(hào)復(fù)位=0，則根據(jù)接收的100m脈沖接收輸出信號(hào)clk_s和激活信號(hào)。然后計(jì)算里程并輸出結(jié)果以三組四位BCD碼的形式發(fā)送到下一級(jí)。IFcash>="001100000000"THENprice<="00100100";ELSEprice<="00010110";ENDIF;IFkmc2>"0011"ORkmc3>"0000"THENen<='1';ELSEen<='0';IFreset='1'THENreg2:="000001110000";ELSIF(clk'EVENTANDclk='1')THENIF(clk_s='1'ANDen='1')THENclk_cnt:=kmc1;IFclk_cnt="0000"THENreg2:=cash;IFreg2(3DOWNTO0)+price(3DOWNTO0)>"01001"THENreg2:=reg2+"000000000110"+price;ELSEreg2:=reg2+price;ENDIF;IFreg2(7DOWNTO4)>"1001"THENreg2:=reg2+"000001100000";ENDIF;IFreg2(11DOWNTO8)>"1001"THENreg2:=reg2+"011000000000";ENDIF;2、計(jì)費(fèi)模塊實(shí)設(shè)計(jì)圖如4-4所示：停止信號(hào)停止信號(hào)啟動(dòng)/暫停信號(hào)百米脈沖信號(hào)使能信號(hào)單價(jià)信號(hào)角元十元脈沖計(jì)數(shù)模塊新計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)開始計(jì)費(fèi)開始計(jì)費(fèi)以BCD碼形式輸出以BCD碼形式輸出里程達(dá)到3km后，1.6元/km;里程達(dá)到3km后，1.6元/km;計(jì)費(fèi)達(dá)到30元后，2.4元/km時(shí)鐘信號(hào)clk時(shí)鐘信號(hào)clk圖4-4計(jì)費(fèi)狀態(tài)實(shí)驗(yàn)框圖以上框圖為停止信號(hào)為零，模塊處于計(jì)費(fèi)狀態(tài)，根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)模塊接收到的百米脈沖輸出信號(hào)和來(lái)自程序中的進(jìn)程1里描述的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)（即使能信號(hào)和單位定價(jià)信號(hào)）計(jì)算里程成本，并且使用BCD碼將計(jì)費(fèi)結(jié)果輸出到動(dòng)態(tài)掃描和解碼模塊。4.4動(dòng)態(tài)掃描模塊該模塊利用人為現(xiàn)象現(xiàn)象，對(duì)外部8位數(shù)字顯示電路進(jìn)行快速位選擇，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描效果。8位數(shù)碼管可精確顯示公里數(shù)和總成本。動(dòng)態(tài)掃描模塊在接收到外部時(shí)鐘信號(hào)clk，公里計(jì)數(shù)公里公里hm，km，tkm和計(jì)費(fèi)模塊圖像信號(hào)J，Y時(shí)，由芯片選擇信號(hào)Sel分別選通外部8個(gè)數(shù)字管。字母，數(shù)字和小數(shù)可以正確顯示。數(shù)字化數(shù)碼管從左至右顯示字母“L”，10公里，1公里（十進(jìn)制），100米，字母“F”，十位數(shù)字和元標(biāo)記。（小數(shù)點(diǎn)）和角度位置。IF(clk'EVENTANDclk='1')THENIFsel<"111"THENsel<=sel+1;ELSEsel<="000";WHEN"000"=>qout<="1010";dp<='0';WHEN"001"=>qout<=tkm;dp<='0';WHEN"010"=>qout<=km;dp<='1';WHEN"011"=>qout<=hm;dp<='0'; WHEN"100"=>qout<="1011";dp<='0';WHEN"101"=>qout<=sy;dp<='0';WHEN"110"=>qout<=y;dp<='1';WHEN"111"=>qout<=j;dp<='0';WHENOTHERS=>NULL;2、動(dòng)態(tài)掃描模塊設(shè)計(jì)框圖如4-5所示：時(shí)鐘信號(hào)clk時(shí)鐘信號(hào)clk里程信號(hào)車費(fèi)信號(hào)里程計(jì)數(shù)模塊計(jì)費(fèi)模塊外部譯碼模塊小數(shù)點(diǎn)信號(hào)位選信號(hào)BCD信號(hào)圖4-5動(dòng)態(tài)掃描模塊實(shí)驗(yàn)框圖以上框圖為動(dòng)態(tài)掃描模塊的實(shí)現(xiàn)流程，輸入端口有接收來(lái)自外部或其他模塊的三個(gè)信號(hào)，為時(shí)鐘信號(hào)、里程信號(hào)和車費(fèi)信號(hào)，將這些信號(hào)通過(guò)位選信號(hào)sel向外部8個(gè)數(shù)碼管一一選通，并能顯示字母、小數(shù)點(diǎn)和數(shù)字，最終輸出結(jié)果以BCD碼的形式傳遞給譯碼模塊。4.5譯碼模塊譯碼模塊根據(jù)7段式數(shù)碼管的電路編碼原理，設(shè)計(jì)出適合出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的譯碼程序，并且能夠正確顯示出字母和十進(jìn)制數(shù)字。譯碼模塊從動(dòng)態(tài)掃描模塊接收4位BCD碼d[3..0]，并將其轉(zhuǎn)換為適合7段顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)段[6..0]。seg<="0111111"WHENd="0000"ELSE"0000110"WHENd="0001"ELSE"1011011"WHENd="0010"ELSE"1001111"WHENd="0011"ELSE"1100110"WHENd="0100"ELSE"1101101"WHENd="0101"ELSE"1111101"WHENd="0110"ELSE"0000111"WHENd="0111"ELSE"1111111"WHENd="1000"ELSE"1101111"WHENd="1001"ELSE"0111000"WHENd="1010"ELSE"1110001"WHENd="1011"ELSE"0000000";2、譯碼模塊設(shè)計(jì)框圖如4-6所示：動(dòng)態(tài)掃描模塊動(dòng)態(tài)掃描模塊BCD碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換圖4-6譯碼模塊實(shí)驗(yàn)框圖以上框圖是在譯碼模塊中將4位BCD碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過(guò)程，才能符合出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中的7段數(shù)碼管電路顯示。5基于VHDL的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)5.1車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊1、下圖所示的是車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊的仿真波形圖圖5-1車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊的仿真波形圖從上圖中可以看出，首先設(shè)時(shí)鐘信號(hào)clk的周期為10ns，占空比為50%，設(shè)百米脈沖信號(hào)clk_out的周期為2.5，占空比為0.01的輸入信號(hào)；當(dāng)reset為高電平時(shí)，進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)，不進(jìn)行計(jì)數(shù)和信號(hào)輸出；當(dāng)reset為低電平，start為高電平時(shí)，進(jìn)入計(jì)數(shù)分頻狀態(tài)，開始計(jì)數(shù)和信號(hào)輸出，此時(shí)車輪傳感器輸入信號(hào)，時(shí)鐘信號(hào)clk每送入61個(gè)脈沖，輸出信號(hào)clk_out就產(chǎn)生一個(gè)百米脈沖信號(hào)；當(dāng)start為低電平時(shí)，又回到停止?fàn)顟B(tài)，整個(gè)車輪脈沖模塊停止計(jì)數(shù)和輸出。2、下圖所示的是車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊的符號(hào)圖5-2車輪脈沖計(jì)數(shù)模塊的符號(hào)輸入端口有：車輪脈沖信號(hào)clk；停止信號(hào)reset；啟動(dòng)/暫停信號(hào)start。輸出端口有：百米脈沖信號(hào)clk_out。5.2里程計(jì)數(shù)模塊1、下圖所示的是里程計(jì)數(shù)模塊的仿真波形圖圖5-3里程計(jì)數(shù)模塊的仿真波形圖kmc1—百米計(jì)數(shù)值；kmc2—千米計(jì)數(shù)值；kmc3—十千米計(jì)數(shù)值。從里程計(jì)數(shù)模塊的仿真波形圖中可以看出，首先設(shè)時(shí)鐘信號(hào)clk的周期為2.5，占空比為0.01的輸入信號(hào)；當(dāng)reset為低電平，sp為高電平時(shí)，整個(gè)模塊處于里程計(jì)數(shù)狀態(tài)，開始計(jì)算百米脈沖信號(hào)；當(dāng)reset為高電平時(shí)，模塊停止計(jì)數(shù)，且里程結(jié)果清零；當(dāng)reset為低電平，sp同為低電平時(shí)，模塊處于暫定等待狀態(tài)，整個(gè)模塊也將暫停計(jì)數(shù)。從圖中可以看到kmc1、kmc2、kmc3按照十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)的方式計(jì)數(shù)，仿真結(jié)果滿足里程計(jì)數(shù)模塊的設(shè)計(jì)要求。2、里程計(jì)數(shù)模塊的符號(hào)如圖5-4所示圖5-4里程計(jì)數(shù)模塊的符號(hào)輸入端口有：停止信號(hào)reset；百米脈沖信號(hào)clk；啟動(dòng)/暫停信號(hào)sp。輸出端口有：百米信號(hào)輸出端kmc1[3..0]；千米信號(hào)輸出端kmc2[3..0]；十千米信號(hào)輸出端kmc3[3..0]。5.3計(jì)費(fèi)模塊1、計(jì)費(fèi)模塊的仿真波形圖如圖5-5所示圖5-5計(jì)費(fèi)模塊的仿真波形圖從計(jì)費(fèi)模塊的仿真波形圖中可以看出，首先設(shè)時(shí)鐘信號(hào)clk的周期為10ns，占空比為50%，設(shè)百米脈沖信號(hào)clk_s及百米里程信號(hào)kmc1的周期為3，占空比為50%的輸入信號(hào)；cnt1—計(jì)費(fèi)金額的“角”位；cnt2—計(jì)費(fèi)金額的“元”位；cnt3—計(jì)費(fèi)金額的“十元”位。當(dāng)reset為低電平時(shí)，開始計(jì)費(fèi)，行駛里程小于3千米，車費(fèi)為初始值7元，超過(guò)3千米按每千米標(biāo)準(zhǔn)1.6元收費(fèi)；當(dāng)車費(fèi)總金額超過(guò)30元后按每千米2.4元收費(fèi)。當(dāng)reset為高電平時(shí)，模塊停止計(jì)費(fèi)，車費(fèi)顯示初始值為7元。從圖中可以看到cnt1、cnt2、cnt3按照十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)的方式計(jì)數(shù)，仿真結(jié)果滿足計(jì)費(fèi)模塊的設(shè)計(jì)要求。2、計(jì)費(fèi)模塊的符號(hào)如圖5-6所示圖5-6計(jì)費(fèi)模塊的符號(hào)輸入端口是：時(shí)鐘脈沖信號(hào)clk；100m脈沖信號(hào)clk_s，停止信號(hào)復(fù)位；100m里程信號(hào)輸入端kmc1[3..0]，公里公里信號(hào)輸入端kmc2[3..0]，十公里里程輸入端kmc3[3..0]。輸出端口為：計(jì)費(fèi)量角度輸出端子cnt1[3..0]，元位輸出端子cnt2[3..0]。5.4動(dòng)態(tài)掃描模塊1、動(dòng)態(tài)掃描模塊的仿真波形圖如圖5-7所示圖5-7動(dòng)態(tài)掃描模塊的仿真波形圖從動(dòng)態(tài)掃描模塊的仿真波形圖中可以看出，首先設(shè)時(shí)鐘信號(hào)clk的周期為3，占空比為50%的輸入信號(hào)；2、動(dòng)態(tài)掃描模塊的符號(hào)如圖5-8所示圖5-8動(dòng)態(tài)掃描模塊的符號(hào)輸入端口是：時(shí)鐘信號(hào)clk；100米里程信號(hào)輸入端hm[3..0]；km公里信號(hào)輸入端km[3..0]；十公里里程信號(hào)輸入端tkm[3..0]票價(jià)信號(hào)輸入端J[3..0]；元件位置信號(hào)輸入端子y[3..0]；十位信號(hào)輸入端子s[3..0]。輸出端口為：小數(shù)點(diǎn)輸出端子Dp；位置選擇器輸出端子sel[3..0]；BCD信號(hào)輸出端子Qout[3..0]。5.5譯碼模塊1、譯碼模塊的仿真波形圖如圖5-9所示圖5-9動(dòng)態(tài)掃描模塊的仿真波形圖當(dāng)d-輸入是0110B，即十進(jìn)制值6時(shí)，簽名輸出“1111101”，然后是數(shù)字管g，f，e，d，c，b，a的7段分別為1,1,1,1,1，0，1，高電平指示燈，顯示值“6”；當(dāng)d輸入為1011B（十進(jìn)制值11）時(shí)，顯示輸出“1110001”和字母“F”。2、譯碼模塊的符號(hào)如圖5-10所示圖5-10譯碼模塊的符號(hào)輸入端口為d[3..0]；輸出端口為seg[6..0]。5.6綜合設(shè)計(jì)模塊5.6.1出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)原理圖如圖5-11所示，設(shè)置時(shí)鐘信號(hào)clk2、啟動(dòng)/暫停信號(hào)start/sp、停止信號(hào)stop、車輪傳感器脈沖信號(hào)clk1，經(jīng)過(guò)仿真輸出數(shù)碼管位選信號(hào)sel[2..0]；段選信號(hào)seg[6..0]；以及小數(shù)點(diǎn)信號(hào)dp，經(jīng)檢驗(yàn)仿真結(jié)果符合出