出租车计费器VHDL语言课件.docx
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出租车计费器VHDL语言课件
《数字逻辑电路》课程设计
——出租车计费器的设计
计算机学院软件工程1401
赵雷3140608027
出租车计费器的设计
1、系统设计任务及要求
（1）能实现计费功能，计费标准为：
按行驶里程收费，起步价为7.00元，并在车行3千米后再按2元/千米，当总费用达到或超过40元时，每千米收费4元，客户端需要停车等待时按时间收费，计费单价每20秒1元。
（2）设计动态扫描电路：
以十进制显示出租车行驶的里程与车费，在数码管上显示（前四个显示里程，后三个显示车费）。
（3）用VHDL语言设计符合上述功能要求的出租车计费器，并用层次化设计方法设计该电路。
（4）完成电路全部设计后，通过系统试验箱下载验证设计的正确性。
2、系统设计方案
根据系统设计设计要求不难得知，整个出租车计费系统按功能主要分为速度选择模块、计程模块、计时模块、计费模块4个模块。
顶层原理图
1.速度模块：
通过对速度信号sp的判断，决定行使的路程，这里是通过速度信号来模拟一个变量的取值。
如kinside变量，其含义是行进100m所需的时钟周期数，然后每行进100m，则产生一个脉冲clkout来驱动计费模块。
VHDL语言：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityTaxi_part1is
port（clk,reset,start,stop:
instd_logic;
sp:
instd_logic_vector（2downto0）;
clkout:
outstd_logic）;
endTaxi_part1;
architecturebehaviorofTaxi_part1is
begin
process（clk,reset,stop,start,sp）
typestate_typeis（s0,s1）;
variables_state:
state_type;
variablecnt:
integerrange0to1400;
variablekinside:
integerrange0to1400;
begin
casespis
when"000"=>kinside:
=0;
when"001"=>kinside:
=1400;
when"010"=>kinside:
=1200;
when"011"=>kinside:
=1000;
when"100"=>kinside:
=800;
when"101"=>kinside:
=600;
when"110"=>kinside:
=400;
when"111"=>kinside:
=200;
endcase;
if（reset='1'）thens_state:
=s0;
elsif（clk'eventandclk='1'）then
cases_stateis
whens0=>
cnt:
=0;clkout<='0';
if（start='1'）thens_state:
=s1;
elses_state:
=s0;
endif;
whens1=>
clkout<='0';
if（stop='1'）thens_state:
=s0;--相当于无客户上车
elsif（sp="000"）thens_state:
=s1;---有客户上车，但车速位0，即客户刚上车还未起步
elsif（cnt=kinside）thencnt:
=0;clkout<='1';s_state:
=s1;
elsecnt:
=cnt+1;s_state:
=s1;
endif;
endcase;
endif;
endprocess;
endbehavior;
2.计程模块：
由于一个clkout信号代表行进100m，故通过对clkout计数，可以获得共行进的距离kmcount。
VHDL语言：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityTaxi_part2is
port（clkout,reset:
instd_logic;
kmcnt1:
outstd_logic_vector（3downto0）;
kmcnt2:
outstd_logic_vector（3downto0）;
kmcnt3:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endTaxi_part2;
architecturebehaviorofTaxi_part2is
begin
process（clkout,reset）
variablekm_reg:
std_logic_vector（11downto0）;
begin
if（reset='1'）thenkm_reg:
="000000000000";
elsif（clkout'eventandclkout='1'）then--km_reg（3downto0）对应里程十分位
if（km_reg（3downto0）="1001"）then
km_reg:
=km_reg+"0111";--十分位向个位的进位处理
elsekm_reg（3downto0）:
=km_reg（3downto0）+"0001";
endif;
if（km_reg（7downto4）="1010"）then
km_reg:
=km_reg+"01100000";--个位向十位的进位处理
endif;
endif;
kmcnt1<=km_reg（3downto0）;
kmcnt2<=km_reg（7downto4）;
kmcnt3<=km_reg（11downto8）;
endprocess;
endbehavior;
3.计时模块：
在汽车启动时，当遇到顾客等人时，出租车采用计时收费的方式。
通过对速度信号sp的判断决定是否开始记录时间。
当stop=1时，不计费，当stop=0，sp=0时，开始按时间计费，当时间达到足够长时则产生Timecount脉冲，并重新计时。
一个Timecount脉冲相当于等待的时间达到了时间计费的长度。
使用1kHz的系统时钟，计算20s计数值为20000。
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityTaxi_part3is
port（clk,reset,start,stop:
instd_logic;
sp:
instd_logic_vector（2downto0）;
timecount:
outstd_logic）;
endTaxi_part3;
architecturebehaviorofTaxi_part3is
begin
process（reset,clk,sp,stop,start）
typestate_typeis（t0,t1,t2）;
variablet_state:
state_type;
variablewaittime:
integerrange0to1000;
begin
if（reset='1'）thent_state:
=t0;
elsif（clk'eventandclk='1'）then
caset_stateis
whent0=>
waittime:
=0;timecount<='0';
if（start='1'）thent_state:
=t1;
elset_state:
=t0;
endif;
whent1=>
if（sp="000"）thent_state:
=t2;
elsewaittime:
=0;t_state:
=t1;
endif;
whent2=>
waittime:
=waittime+1;
timecount<='0';
if（waittime=1000）then
timecount<='1';--20s,即1000个clk，产生一个时间计费脉冲
waittime:
=0;
elsif（stop='1'）thent_state:
=t0;
elsif（sp="000"）thent_state:
=t2;
elsetimecount<='0';t_state:
=t1;
endif;
endcase;
endif;
endprocess;
endbehavior;
4.计费模块：
计费模块由两个线程组成。
其中一个进程根据条件对Enable和Price赋值：
当记录的距离达到3千米后Enable变为1，开始进行每千米收费，当总费用大于40元后，则单价Price由原来的2元/千米变为4元/千米；第二个进程在每个时钟周期判断Timecount和Clkcount的值。
当其为1时，则在总费用上加上相应的费用。
VHDL语言：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityTaxi_part4is
port（clk,reset,timecount,clkout:
instd_logic;
kmcnt2:
instd_logic_vector（3downto0）;
kmcnt3:
instd_logic_vector（3downto0）;
count1:
outstd_logic_vector（3downto0）;
count2:
outstd_logic_vector（3downto0）;
count3:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endTaxi_part4;
architecturebehaviorofTaxi_part4is
signalcash:
std_logic_vector（11downto0）;
signalPrice:
std_logic_vector（3downto0）;
signalEnable:
std_logic;
begin
process（cash,kmcnt2）
begin
if（cash>="000001000000"）thenprice<="0100";
elsePrice<="0010";
endif;
if（（kmcnt2>="0011"）or（kmcnt3>="0001"））thenEnable<='1';
elseEnable<='0';
endif;
endprocess;
kmmoney2:
process（reset,clkout,clk,Enable,Price,kmcnt2）
variablereg2:
std_logic_vector（11downto0）;
variableclkout_cnt:
integerrange0to10;
begin
if（reset='1'）thencash<="000000000111";--起步费用设为7元
elsif（clk'eventandclk='1'）then
if（timecount='1'）then--判断是否需要时间计费，每20s加一元
reg2:
=cash;
if（reg2（3downto0）+"0001">"1001"）then
reg2（7downto0）:
=reg2（7downto0）+"00000111";
if（reg2（7downto4）>"1001"）then
cash<=reg2+"000001100000";
elsecash<=reg2;
endif;
elsecash<=reg2+"0001";
endif;
elsif（clkout='1'andEnable='1'）then--里程计费
if（clkout_cnt=9）then
clkout_cnt:
=0;
reg2:
=cash;
if（"0000"®2（3downto0）+price（3downto0）>"00001001"）then
reg2（7downto0）:
=reg2（7downto0）+"00000110"+price;
if（reg2（7downto4）>"1001"）then
cash<=reg2+"000001100000";
elsecash<=reg2;
endif;
elsecash<=reg2+price;
endif;
elseclkout_cnt:
=clkout_cnt+1;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
count1<=cash（3downto0）;--总费用的个位
count2<=cash（7downto4）;--总费用的十位
count3<=cash（11downto8）;--总费用的百位
endbehavior;
5.显示模块：
时间的显示需要用到全部8个数码管，由于实验板上的所有数码管均对应同一组7段码，因此，需要采用动态扫描的方式实现时间显示。
VHDL语言：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitydisplayis
port（clk:
instd_logic;
kmcount1:
instd_logic_vector（3downto0）;
kmcount2:
instd_logic_vector（3downto0）;
kmcount3:
instd_logic_vector（3downto0）;
count1:
instd_logic_vector（3downto0）;
count2:
instd_logic_vector（3downto0）;
count3:
instd_logic_vector（3downto0）;
clkout:
outstd_logic_vector（6downto0）;
sel:
bufferstd_logic_vector（2downto0））;
enddisplay;
architecturedtsmofdisplayis
signalkey:
std_logic_vector（3downto0）;
begin
process（clk）
variabledount:
std_logic_vector（2downto0）:
="000";
begin
ifrising_edge（clk）then
ifdount="111"then
dount:
="000";
else
dount:
=dount+1;
endif;
endif;
sel<=dount;
endprocess;
process（sel）
begin
caseselis
when"000"=>key<=kmcount3（3downto0）;
when"001"=>key<=kmcount2（3downto0）;
when"011"=>key<=kmcount1（3downto0）;
when"010"=>key<="1011";
when"101"=>key<=count3（3downto0）;
when"110"=>key<=count2（3downto0）;
when"111"=>key<=count1（3downto0）;
when"100"=>key<="1010";
whenothers=>null;
endcase;
endprocess;
process（key）
begin
casekeyis
when"0000"=>clkout<="0111111";
when"0001"=>clkout<="0000110";
when"0010"=>clkout<="1011011";
when"0011"=>clkout<="1001111";
when"0100"=>clkout<="1100110";
when"0101"=>clkout<="1101101";
when"0110"=>clkout<="1111101";
when"0111"=>clkout<="0000111";
when"1000"=>clkout<="1111111";
when"1001"=>clkout<="1101111";
when"1010"=>clkout<="1000000";
when"1011"=>clkout<="1000000";
whenothers=>clkout<="1111111";
endcase;
endprocess;
enddtsm;
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