EDA出租车计费器课设.docx
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EDA出租车计费器课设
课程设计报告
课程名称EDA技术
课题名称出租车计费系统
专业通信工程
班级
学号
姓名
指导教师
2015年月日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称EDA技术
课题出租车计费系统
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务下达日期2015年月日
任务完成日期2015年月日
《数字系统与逻辑设计》课程设计任务书
一、设计目的
全面熟悉、掌握VHDL语言基本知识，掌握利用VHDL语言对常用的的组合逻辑电路和时序逻辑电路编程，把编程和实际结合起来，熟悉编制和调试程序的技巧，掌握分析结果的若干有效方法，进一步提高上机动手能力，培养使用设计综合电路的能力，养成提供文档资料的习惯和规范编程的思想。
二、设计要求
1、设计正确，方案合理。
2、程序精炼，结构清晰。
3、设计报告5000字以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。
4、上机演示。
5、有详细的文档。
文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。
三、进度安排
第十七周星期二课题讲解，查阅资料
星期三总体设计，详细设计
星期四编程，上机调试、修改程序
星期五：
答辩
星期六-星期天：
撰写课程设计报告
附：
课程设计报告装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。
正文的格式:
一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。
正文的内容:
一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现；四、系统调试与仿真；五、总结与体会；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。
一、出租车计费系统的总体设计
1.1出租车计费设计
本系统为出租车计费系统，有计费、计里程、复位、显示等功能，当按下reset复位键（S1）后开始重新计费和计里程数（复位，计费回复为起步价，里程清空），起步价是6元/2公里，往后汽车每行使1公里计费增加1元。
在2公里内，只有计公里数增加，计费不变，当超过两公里后开始跳表。
公里数每增加100米，公里数自增0.1公里，公里数每增加1000米，计费自增1元。
（根据生活中打的的实际情况，当路程在0-1.9公里时，计费一直显示6元，当路程跳为2公里（满两公里），计费自增1，此后每次进位计费都要自增1）
1.2基本设计思想
本实验要完成的任务就是设计一个简单的出租车计费器，要求起步价是3元，开行1公里，以后1元/1公里。
时钟输入为1KHz的系统时钟，直流电机模块每转一圈输出一个脉冲信号给CPU，另外用按键模块S1来作为整个系统的复位按钮，每复位一次，计费器开始重头计费。
直流电机模块用来模拟出租车的车轮子，每转动一圈认为是行走1米，所以每旋转1000圈，认为车子前进1公里。
系统设计是需要检测电机的转动情况，每转一周，计米计数器增加1。
直流电机每转一圈输出一个脉冲（pulse）信号（但由于本人使用的箱子有问题，故用clk时钟代替pulse脉冲），用按键S1来作为整个系统的复位按钮（reset），每按下复位键，计费器从头开始计费，里程数清零。
脉冲pulse每转1000圈视为汽车行走了1公里，本人以0.1公里为单位进行程序编写。
每当pulse上升时，进行计数信号count自增1，当count到达99时，就会在下一次判断时进入里程数和计费数的增加，公里数每增加100米，公里数自增0.1公里，在两公里以前，需要作出判断，计费应该保持6元起步价不变，当2公里以后（根据打的的实际情况，包括2公里），公里数每增加1000米（每进一位），计费自增1元。
显示也是本系统的重要步骤，我通过clk时钟和信号move8控制数码管的移位，clk每上升一次，move8移动一位，再用两个case语句控制选段和输出显示。
每当clk上升，控制数码管的信号就会移动一位，再通过第一个case语句
锁定移动到的需要显示的数码管，然后通过第二个case语句将对应数码管上所需要显示的值（money0-3，kilometre0-3）显示在数码管上，disp7-0分别对应数码管上的小数点、gfedcba。
二、出租车计费系统的功能实现
2.1系统的总体框图
该系统由计费、记里程、脉冲、选段、显示几个部分组成，为了尽可能减少竞争与冒险，本人将该系统写入了一个进程中，在这一个进程中，计费和里程都由pulse脉冲来决定是否增加，显示部分则有clk上升后的不断扫描显示，系统总体框图如下：
2.2程序流程图
1.脉冲流程图
Y
NN
Y
N
Y
2.计费、计里程流程图
Y
NY
N
N
NY
Y
Y
Y
N
Y
N
N
3.显示流程图
N
Y
YN
2.3系统各功能模块的实现
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitytaxiis--实体，设置输入、输出
port（reset:
instd_logic;
pulse:
instd_logic;--脉冲，转1圈为1米，控制计费、计里程
clk:
instd_logic;--时钟，控制显示
sel:
outstd_logic_vector（7downto0）;--选择数码管
disp:
outstd_logic_vector（7downto0）;--选择发光数字
money_0:
outstd_logic_vector（3downto0）;--输出四位费用
money_1:
outstd_logic_vector（3downto0）;
money_2:
outstd_logic_vector（3downto0）;
money_3:
outstd_logic_vector（3downto0）;
kilometre_0:
outstd_logic_vector（3downto0）;--输出四位里程，其中一位为小数
kilometre_1:
outstd_logic_vector（3downto0）;
kilometre_2:
outstd_logic_vector（3downto0）;
kilometre_3:
outstd_logic_vector（3downto0））;
endentitytaxi;
architecturefunctionsoftaxiis--结构体
signalcount:
integerrange0to100;--计脉冲数，每100次0.1公里清零1次
signalmoney0:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmoney1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmoney2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmoney3:
std_logic_vector（3downto0）;
signalkilometre0:
std_logic_vector（3downto0）;
signalkilometre1:
std_logic_vector（3downto0）;
signalkilometre2:
std_logic_vector（3downto0）;
signalkilometre3:
std_logic_vector（3downto0）;
signalmove8:
std_logic_vector（2downto0）;--控制数码管选位，不断移动
signala:
std_logic_vector（3downto0）;--接收计费、计里程数，控制数码管显示
signalb:
std_logic;--控制公里数第二位的小数点显示
begin
process（pulse,reset,clk）--进程，三个敏感信号
begin
ifreset='0'then--reset=‘0’，复位
kilometre0<="0000";
kilometre1<="0000";
kilometre2<="0000";
kilometre3<="0000";
money0<="0110";
money1<="0000";
money2<="0000";
money3<="0000";
elsifpulse'eventandpulse='1'then--否则，当脉冲小于或大于等于100次时
ifcount<100thencount<=count+1;
elsifkilometre0<9then--公里第一位小于9，第一位加1
kilometre0<=kilometre0+"0001";
kilometre1<=kilometre1;
kilometre2<=kilometre2;
kilometre3<=kilometre3;
count<=0;--只要进入以下判断，都会清零，重新计数
elsifkilometre1<9andkilometre0=9then--当第一位等于9，第二位小于9
kilometre0<="0000";
kilometre1<=kilometre1+"0001";
kilometre2<=kilometre2;
kilometre3<=kilometre3;
count<=0;
ifkilometre1>0orkilometre2>0orkilometre3>0then
--当第二位大于2时或更高位不为0时（大于2公里），开始计费
--由于计程车都是在新进一公里时就跳表，所以在低位为9时就
--要加钱，如2.1公里时计费就应该显示6+1=7元，以下相同代码
--均表示相同的意思
ifmoney0<9thenmoney0<=money0+"0001";
elsemoney0<="0000";
ifmoney1<9thenmoney1<=money1+"0001";
elsemoney1<="0000";
ifmoney2<9thenmoney2<=money2+"0001";
elsemoney2<="0000";
ifmoney3<9thenmoney3<=money3+"0001";
elsemoney3<="0000";
endif;
endif;
endif;
endif;
endif;
elsifkilometre2<9andkilometre1=9andkilometre0=9then--当前两位为9，第
--三位小于9时
kilometre0<="0000";
kilometre1<="0000";
kilometre2<=kilometre2+"0001";
kilometre3<=kilometre3;
count<=0;
ifmoney0<9thenmoney0<=money0+"0001";
elsemoney0<="0000";
ifmoney1<9thenmoney1<=money1+"0001";
elsemoney1<="0000";
ifmoney2<9thenmoney2<=money2+"0001";
elsemoney2<="0000";
ifmoney3<9thenmoney3<=money3+"0001";
elsemoney3<="0000";
endif;
endif;
endif;
endif;
elsifkilometre3<9andkilometre2=9andkilometre1=9andkilometre0=9then
--当前三位均为9，第四位小于9时
kilometre0<="0000";
kilometre1<="0000";
kilometre2<="0000";
kilometre3<=kilometre3+"0001";
count<=0;
ifmoney0<9thenmoney0<=money0+"0001";
elsemoney0<="0000";
ifmoney1<9thenmoney1<=money1+"0001";
elsemoney1<="0000";
ifmoney2<9thenmoney2<=money2+"0001";
elsemoney2<="0000";
ifmoney3<9thenmoney3<=money3+"0001";
elsemoney3<="0000";
endif;
endif;
endif;
endif;
elsifkilometre3=9andkilometre2=9andkilometre1=9andkilometre0=9then
--当四位均为9时，清零
kilometre0<="0000";
kilometre1<="0000";
kilometre2<="0000";
kilometre3<="0000";
count<=0;
ifmoney0<9thenmoney0<=money0+"0001";
elsemoney0<="0000";
ifmoney1<9thenmoney1<=money1+"0001";
elsemoney1<="0000";
ifmoney2<9thenmoney2<=money2+"0001";
elsemoney2<="0000";
ifmoney3<9thenmoney3<=money3+"0001";
elsemoney3<="0000";
endif;
endif;
endif;
endif;
endif;
endif;
ifclk'eventandclk='1'then--时钟控制显示，每上升一次，move8移动一次
move8<=move8+1;
endif;
casemove8is--用case选择开启哪一个数码管，随着clk的变化不
--断扫描片选，通过a输送需要显示的数据，通过b
--判断是否需要需要输出小数点（只有公里第二位需
--要加小数点，其他位均不需要）第8位对应显示m
--oney0的数据，不需要小数点，以下代码以此类推
when"000"=>sel<="10000000";a<=money0;b<='0';
when"001"=>sel<="01000000";a<=money1;b<='0';
when"010"=>sel<="00100000";a<=money2；b<='0';
when"011"=>sel<="00010000";a<=money3;b<='0';
when"100"=>sel<="00001000";a<=kilometre0;b<='0';
when"101"=>sel<="00000100";a<=kilometre1;b<='1';
when"110"=>sel<="00000010";a<=kilometre2;b<='0';
when"111"=>sel<="00000001";a<=kilometre3;b<='0';
endcase;
ifb='1'then--当需要显示的是公里的第二位时（个位），需要小数点
--将a送入的数据通过数码管显示
caseais
when"0000"=>disp<="10111111";--0.
when"0001"=>disp<="10110000";--1.
when"0010"=>disp<="11011011";--2.
when"0011"=>disp<="11001111";--3.
when"0100"=>disp<="11100110";--4.
when"0101"=>disp<="11101101";--5.
when"0110"=>disp<="11111101";--6.
when"0111"=>disp<="10000111";--7.
when"1000"=>disp<="11111111";--8.
when"1001"=>disp<="11101111";--9.
whenothers=>null;
endcase;
else--当需要显示的是其他位数据时，不需要小数点
caseais
when"0000"=>disp<="00111111";--0
when"0001"=>disp<="00110000";--1
when"0010"=>disp<="01011011";--2
when"0011"=>disp<="01001111";--3
when"0100"=>disp<="01100110";--4
when"0101"=>disp<="01101101";--5
when"0110"=>disp<="01111101";--6
when"0111"=>disp<="00000111";--7
when"1000"=>disp<="01111111";--8
when"1001"=>disp<="01101111";--9
whenothers=>null;
endcase;
endif;
endprocess;
money_0<=money0;--输出
money_2<=money2;
money_1<=money1;
money_3<=money3;
kilometre_0<=kilometre0;
kilometre_1<=kilometre1;
kilometre_2<=kilometre2;
kilometre_3<=kilometre3;
endarchitecturefunctions;--结束
三、系统调试与仿真
实验编写和仿真环境：
QuartusII9.0（64-Bit）/Windows7（64-Bit）
1.编写程序和编译：
程序编写完成后，成功通过编译。
2.参数设置：
设置endtime为10s，设置pulse为1ms，设置clk为100ms。
3.设置复位：
在仿真后观察复位是否有效，若复位无效则可能是代码有错误。
4.仿真：
从大体图可以看出，0-1.9公里时，计费为起步价2元，没有出现跳表的情况当公里数跳到2.0公里时，计费跳表为7元，此后公里数每加1，计费跳表一次。
下图为当公里数到达5公里时，计费显示为10元，计费器进位，公里进位和计费进位均可正常实现。
将endtime设置为100s后观察，各项结果也是正确无误的。
5.执行复位：
当reset置为‘0’时复位，里程数清零，计费器调回起步价6元。
6.选位sel：
通过clk时钟上升控制move8不断移位，不断扫描，通过case语句来控制sel的值，决定哪一位数码管亮，并同时将所要显示的内容赋给a，a在下一个case语句中作为判断条件控制显示什么数字。
通过仿真结果可以看出，sel可以正常工作，不断地从sel7扫描到sel0；美中不足的是依然存在一些毛刺，但是通过接入工具箱看到的实际情况是，该毛刺不会影响系统正常运行，无混乱跳表的情况出现。
7.控制显示disp：
将上一个case语句中的a（存放计费、计公里数）作为下一个case的判断条件，通过不断扫描来显示各个数码管上所要显示的数字。
由下图可以得知，在0-335.544ms之间，disp显示的数值为“”、“”，数码管转化为所需要显示的数字则为6、0，对应上个截图中sel选位，sel正好在sel7时显示为6，sel5-6时，为0，可见数码管中只有计费的第一位为6，其余位数均为0，可见当前正在起步价（初始）状态，当1.342s左右，disp7为1，说明扫描到了计公里数的个位（表面该位带小数点），对应上图sel2，sel2正好是控制公里数个位，所以也符合要求，当选到其他位数码管时，disp7均为0，都满足要求，虽然disp内也存在毛刺，但是并没有影响实验的实际运行效果。
四、总结与体会
本周我们进行了EDA的课程设计，感受了VHDL语言编程的方法和技巧，在这几天的学习时间里，我感受到了VHDL语言和其他编程语言的不同，通过独立完成课程设计，使我更加熟悉了该语言，了解了该语言方面的知识，纠正了在学习过程中经常犯的一些问题和逻辑思维上的错误，这一次的课程设计让我受益匪浅。
EDA是电子设计自动化（ElectronicdesignAutomation）的缩写，EDA是一门用途广泛的学科，它以计算机为工具，在EDA平台上用VHDL语言完成设计仿真下载，通过这门学科，我们可以把我们的思想转化为现实，所以学好EDA这门课程是非常重要的。
本次我的EDA课程设计题目为出租车计费器系统，该系统要求能够与现实生活中的士车上的计费器实现相同的功能。
在做这个课题之前，我先进行了思考和步骤的罗列，但是还是没有考虑完善
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