EDA课设 出租车计费器.docx

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EDA课设出租车计费器

目　录

1引言ﻩ1

２QuartusII介绍2

3出租车计价器设计ﻩ3

3.1出租车计价器的设计原理3

３．２各模块功能模块设计ﻩ３

3．2.1分频模块ﻩ4

３.2.2计量模块ﻩ4

３.2．3控制模块4

3.2.4计费模块ﻩ4

3.2.5译码显示模块5

３.２.6顶层模块ﻩ5

3.3硬件仿真ﻩ6

４总结ﻩ7

参考文献ﻩ8

附录9

1引言

本设计是一个简易的出租车计费系统，实现计价功能,计费标准为按行程里程收费,起步价为6.0０元，当里程小于3公里时,按照起价计费，车行超过3公里后在按1．２元／公里收费，等待累积时间超过2mｉn,按照每分钟1．5元计费。

能模拟汽车的启动，停止,暂停等状态。

并用ＬＥD数码管实时显示车费和汽车行驶里程,用两位数字显示汽车行驶里程,显示方式为“XX”,单位为km。

计程范围为0—99kｍ，计程分辨率为1ｋm；用五位数字显示总费用,显示方式为“XXX.X”,单价为元。

计价范围为0—999．9元,计价分辨率为０.1元。

此计费器要设有一个由司机控制的整体复位控制。

本设计采用VHＤL硬件描述语言作为设计手段,采用自顶向下的设计思路,得到一种出租车计价系统的软件结构，通过QuaｒtuｓⅡ软件下进行仿真，证明所设计的电路系统完成了出租车计价的功能，各项指标符合设计要求。

本次课程设计可以熟练掌握了课本上的一些理论知识，课程设计也是一个学习新知识、巩固加深所学课本理论知识的过程,它培养了我们综合运用知识的能力，独立思考和解决问题的能力。

加深我们对VHＤL数字电路设计教程的理解。

２ＱuａrtusII介绍

QuartusII是Aｌteｒa公司的综合性PＬD开发软件，支持原理图、VHＤL、VerilogＨDＬ以及AHDL（AlｔｅｒaＨarｄwareDｅscription　Languaｇe）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

ＱuａｒｔusIＩ可以在XP、Liｎux以及Uｎｉｘ上使用,除了可以使用Tｃl脚本完成设计流程外,提供了完善的用户图形界面设计方式。

具有运行速度快，界面统一,功能集中，易学易用等特点。

QuarｔｕsII支持Alteｒa的IＰ核,包含了ＬPM/ＭegａFunｃｔion宏功能模块库,使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。

对第三方ＥＤＡ工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。

此外，Quａrｔus　II　通过和DSPBuｉldeｒ工具与Ｍatｌab/Simuliｎk相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统;支持Altera的片上可编程系统（ＳOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

　ＡlterａQuａrtusII作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。

Alｔｅｒa的Ｑuaｒｔus　II可编程逻辑软件属于第四代ＰＬD开发平台。

该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Iｎｔｅrnet的协作设计。

Quａrtus平台与Ｃadence、ExeｍplaｒLｏgic、MｅntorGｒａphicｓ、Sｙnopsyｓ和Sｙｎpｌicity等ＥＤＡ供应商的开发工具相兼容。

改进了软件的ＬｏgicLock模块设计功能,增添了FastFit编译选项,推进了网络编辑性能,而且提升了调试能力。

支持ＭＡX70００/MＡＸ3０00等乘积项器件

3出租车计价器设计

本设计是一种采用FPGA芯片进行出租车计费器，主要分为分频模块、计量模块、计费模块、控制模块等模块,利用FＰGA的可编程性，简洁又多变的设计方法,缩短了研发周期。

主要采用了ＦPGA芯片,使用VＨDＬ语言进行编程,使其具有了更强的移植性,更加利于产品的升级。

3.1出租车计价器的设计原理

根据设计要求，系统的输入信号clk，计价开始信号Start,等待信号Ｓtop，里程脉冲信号ｆin。

系统得输出信号有：

总费用数cha0~cha3,行驶距离km0～km1,等待时间min０~ｍin1等。

系统有两个脉冲输入信号clk_120、fｉn,其中cｌk_120将根据设计要求分频成12Hｚ、15Ｈｚ和1Hz分别作为公里计费和超时计费的脉冲。

两个控制输入开关stａrt、stｏp;控制过程为:

stａrｔ作为计费开始开关,当staｒt为高电平时,系统开始根据输入的情况计费。

当有乘客上车并开始行驶时,fin脉冲到来，进行行驶计费,此时的sｔｏp需要置为0；如需停车等待，就把stoｐ变为高电平,并去除fin输入脉冲,进行等待计费；当乘客下车且不等待时,将ｓｔop和fｉｎ同时置为０,来读取最终的行驶路程数、等待时间与最后的总费用，直接将stａrt置为0,系统停止工作;价格开始归为起步价6.00元。

整个设计由分频模块、计量模块、计费模块、控制模块等四个部分组成。

其中计量模块是整个系统实现里程计数和时间计数的重要部分；控制模块是实现不同计费方式的选择部分，根据所设计的使能端选择是根据里程计费还是根据等待时间计费;同时设计通过分频模块产生不同频率的脉冲信号来实现系统的计费。

计量模块采用1Hｚ的驱动信号,计费模块采用１２Ｈｚ、15Hz的驱动信号;计量模块每计数一次,计费模块就实现12次或者1５次计数，即为实现计时的1.５元／ｍｉn、计程时的1．2元/ｋｍ的收费。

组成框图如图２-１所示：

图３-１系统结构框图

3.2各模块功能模块设计

3.2.1分频模块

由于试验箱上没有12Hz和１５Hz的整数倍时钟信号，因此我们采用频率较大的750khz进行分频，以近似得到12Hz、１5Hz和1Hｚ的时钟频率。

本设计中通过以上三种不同频率的脉冲信号实现在计程车在行驶、等待两种情况下的不同计费。

分频模块元件如图2-2所示：

图3-２　分频模块元件图

3.2．2计量模块

计量模块主要完成计时和计程功能。

计时部分：

计算乘客的等待累积时间，当等待时间大于2ｍiｎ时，本模块中eｎ1使能信号变为1;当ｃｌｋ1每来一个上升沿，计时器就自增1,计时器的量程为59min,满量程后自动归零。

计程部分：

计算乘客所行驶的公里数,当行驶里程大于3km时,本模块中eｎ0使能信号变为１;当clk1每来一个上升沿,计程器就自增１,计程器的量程为99kｍ,满量程后自动归零。

Start置1程序始终处于计费状态，当fiｎ脉冲到来时k０和k1进入计程状态，且ｋ０每次满9就向ｋ1进位，超过3km时en0就变为高电平;同理，当sｔop由0置为1时开始由计程进入等待状态,fin脉冲归为0里程计数停止，等待时间开始计时，m0每次满9就向ｍ1进位，超过2ｍin时ｅｎ１就变为高电平。

３．２.3控制模块

本模块主要是通过计量模块产生的两个不同的输入使能信号ｅｎ0、en1,对两个分频模块输出的1２Hz、1５Hz的脉冲进行选择输出的过程；本模块实现了双脉冲的二选一；最终目的为了计费模块中对行驶过程中不同的时段进行计价。

3.2.4计费模块

当计费信号Start一直处于高电平即计费状态时,本模块根据控制模块选择出的信号从而对不同单价的时段进行计费。

即行程在3ｋm内，而且等待累积时间小于2min则为起步价6元;3km以外每公里按１．２元计费，等待时间超过2min,则按每分钟1.5元计费。

c0、c１、ｃ2、ｃ３分别表示费用的显示。

由图可知当处于计费状态时，随着ｃlｋ2的高电平的到来，计费起步价为６元。

ｃ0满9向c１进位,c１满9向ｃ2产生进位，依次逐级进位从而完成计费功能。

3.2．5译码显示模块

译码显示模块完成计价、计时和计程数据显示。

计费数据送入译码显示模块进行译码，最后送至以百元、十元、元、角为单位对应的数码管上显示。

计时数据送入译码显示模块进行译码，最后送至以分为单位对应的数码管上显示。

计程数据送入译码显示模块进行译码，最后送至以ｋｍ为单位的数码管上显示。

由于本次课程设计所用实验箱上自带数码管译码显示电路,因此不需再写译码程序，选定模式直接管脚锁定在对用的数码管上即可实现。

３.２.6顶层模块

本模块用图形输入法实现出租车的计费器系统设计,将各个模块组合在一起。

程序最终功能实现仿真波形如图2-11所示

图3-３程序最终仿真波形图

由图中可以看出,当fiｎ脉冲信号到来时，实现了行驶计费,当行驶里程超过三公里，则再按每公里1.２元计费;当sｔoｐ为高电平,即进入等待计时收费；当等待时间超过2min时，每过一分钟加1.5元,即为实现每等一分钟收费１．5元。

当stop为电平时所有数值清零,只显示初始值6元，但本次仿真中等待时间为9分钟,行驶里程为2０ｋm，应收取费用值为36.9元。

结果验证:

出租车的起步价是6元，收费为6+（20-３）*1.2+（9－２）*１.5=36.9元。

仿真结果于计算结果相同，所以仿真结果正确。

3.３硬件仿真

在QuartuｓIＩ软件中仿真成功，现在下载到试验箱上以验证其功能。

实验中采用万用模式模式五,程序中各个端口锁定到试验箱上对应的管脚下载验证。

最后得数码管显示计时、计程和计费数据如图2-1３所示:

图3-4硬件仿真结果

由上可知等待时间为4分钟,行驶公里数为4公里。

根据设计要求计算所得费用为：

6元＋（４ｋm-3km）*1．2元/ｋm＋（4min-2min）＊1.5元/miｎ＝６+１.2+３=10.2元,与试验箱上所得结果相同，仿真下载成功。

4总结

通过为期1周的课程设计，出租车计价器系统的设计已基本完成，能按预期的效果模拟汽车启动、等待、停止、复位等功能,并显示车费数目等待时间及行驶路程。

出租车计费系统的设计中体现了VHDL覆盖面广,描述能力强,是一个多层次的硬件描述语言及CPLD器件速度快，使用方便，便于修改等特点，本设计在实用方面具有一定的价值。

通过不断的编写与尝试,遇到问题，讨论问题,解决问题，使我对《ＶHＤL数字电路设计教程》这门学科有了更系统的认识。

在这次课程设计中我熟练地掌握了VHDL语言中的并行语句与顺序语句的应用、区别与联系；从根本上了解了信号与变量之间的区别;熟练掌握并应用了有限状态机与元件例化的方法；锻炼了我的独立思考能力,培养了我敢于创新的思想：

让我学会了团结同学、互帮互助、在讨论中提炼真知。

在本次设计中还存在很多不足，可以改进的地方目前有以下几点:

一、该设计虽然实现了基本的计费和计程,但是很多问题并没有解决,如本设计只实了一种车速的计费。

若要实现出租车的不同档位下的计程计费，还需要进一步讨论。

二、该设计智能化水平较低,启动、等待、复位等信号需要人为输入，若在实际中出现操作偏差，会导致计费不准确。

通过此次课程设计,我们更进一步的深入了解了ＶHDL设计语言,并在使用过程中对它有了更深的体会。

对编程过程中可能遇到的问题有了一定的了解和解决方法,在理论学习和编程练习以及硬件测试方面都获得了较大的收获,对于今后进行程序设计有很大的帮助。

最后在此再次向带领我们这次课程设计的老师说声:

谢谢!

参考文献

［1］.VoknｅｉA．Peｄｒonｉ.《VＨDL数字电路设计教程》.电子工业出版社，2008.5

[2].潘松,黄继业.《ＥDＡ技术实用教程》（第二版）.科学出版社,20０５．2

［３］　孟庆海，张洲.VＨＤL基础及经典实例开发.西安:

西安交通大学出版社,2008.4

[4]刘江海.《EDA技术课程设计》.华中科技大学出版社,200９.5

[5]蒋小燕,余伟钧，张立臣．《ＥDA技术及VHDL》．2008.12.

[6]焦素敏.《EＤA应用技术》.清华大学出版社,２00２．4

附录

LIBRARYＩEＥE;ﻩﻩﻩﻩ

UＳEＩEEE.STD_LＯGＩC_1１6４.ALL;

USEＩＥEＥ．STD＿LＯGIC_ARITH．ＡLL;

USＥ　IＥEＥ．SＴD＿LOＧIＣ＿UＮＳIGNＥD.ＡＬL;

enｔityｔaxiisﻩﻩ--出租车计费器整体设计模块;

ｐort　（　cｌｋ_120:

inｓtd_ｌogic;　　　　--系统时钟

　clｋ_12:

bｕfferｓtｄ＿ｌogｉc;　　--12分频

　　clk＿15:

bufferstd_ｌogic；　　　　　　--15分频ﻩ

　ｃlｋ＿1:

bufferｓtd＿logｉｃ;　　--1分频

　stａrt:

in　ｓtd_logiｃ；　　　　　　-－计费开始信号　

ﻩfin:

insｔd_logic;　　　-－里程脉冲信号

　stｏｐ:

insｔd＿lｏgｉｃ;　　　　　--行驶中,中途等待信号

ﻩｅn1，en0:

ｂuｆfeｒstｄ_loｇic；　　-－计费单价使能信号

ﻩk1,ｋ0:

ｂuｆfer　std_lｏgｉｃ＿vector（3　doｗｎｔo0）;　　　--行驶公里计数

ﻩ　m1,m０:

bｕffersｔd_ｌoｇiｃ_vectｏｒ（３　dowｎｔo0）;　　-－等待时间计数

　　　clk_out:

bufｆerstd_logic；　　　　--计程和等待时间选择输出信号

　　c０,c1,c2,c３:

bｕffer　stｄ_logiｃ_vｅｃtor（３　doｗnto0））;　－-输出显示出租车总费用;ﻩ

ｅndtaｘi;

architeｃtuｒｅtaxi　ｏfｔaxiｉs

signalq_1２:

inteｇerrａngｅ０tｏ　9;　　　　　　--定义中间信号

　ｓｉgｎalｑ_１5:

inteｇeｒrａnge0to7；　

siｇnalq_1:

inｔegｅrranｇe　0to119；

signalw：

intｅgｅrｒange０to５9;　　　　　　　　　　-－计时范围0~59　ﻩ

bｅｇｉｎﻩ

procesｓ（clk＿１20）

beｇin

iｆ　（clｋ_1２0'ｅvenｔandclｋ_120=＇1'）then　　　-－分频模块;

if　（q_12=4）thｅn　q_１2<＝0;cｌk_12＜=ｎoｔ　cｌｋ_１2;

elseq_１2<＝q_１２+１;

eｎdif；　　　　　　　　--得12ｈz频率信号

ｉf　（q_15=3）theｎq＿１5<＝０;ｃｌｋ_15<=ｎotclk_15;　

elｓeq_15＜=ｑ＿15+1;

　enｄｉf;　　　　　　　　--得15ｈｚ频率信号

if（q_1＝59）ｔhenq_1<＝０;clk_1<＝noｔclk_1;　　　

eｌsｅq_１<=ｑ_1＋１；

ｅnd　iｆ;　　　　　　　　　--得1ｈz频率信号

　eｎd　if；

endprｏｃeｓs;

ｐrocess（ｃlk_1）ﻩﻩﻩﻩﻩ　　　　　－－计量模块

begin

if　（cｌｋ_1'ｅvent　anｄｃｌk_１='1'）　tｈeｎ　

if　（sｔaｒt='０＇）then

ｗ<=0；en1<＝'０';ｅn０<=＇0';m１<="0000";m0<=＂0000";ｋ1<="0000";k０<=＂00０0";

eｌsｉfsｔop=＇1'then　　　-－计时开始信号

if（w=5９）ｔhen　w<＝０;　　--计时范围为0-59分;；

eｌsew<＝w＋1;

endif;　　　　　　　　　

if（m0=＂１０01"）then　m０<="０000";　　　　

iｆ（m１＝"0101"）　thenm1<="0０00";

else　m1<=m1＋1；

eｎdｉf;

elsem0<=m0+１;

endiｆ；　

ifstoｐ=＇1'theneｎ0<=＇0＇;　　　　　　-－车停止行驶开始记等待时间;　　　

iｆm１&m０>"0０0０0010"thｅn　en1<＝'１';－-若等待时间大于2mｉｎ则eｎ１置1;　

eｌｓｅen1<＝'0';　　　

end　iｆ;

eｎｄiｆ;

ｅlsiｆｆin＝'1'ｔhｅｎ　　　　　--里程计数开始;　

if　（k0＝"1001"）theｎk0<="０0０0";　　　　　　

if　（k１="10０1"）　ｔheｎk1<＝＂0０0０＂；　　－-计程范围0~99;

else　k1<=k1+1；

ｅndif;

elｓｅｋ0＜＝ｋ０+1;

enｄif;

iｆ（stop=＇0'）　thenen１<＝'0';　　　　　　　　　　

if（k1＆k0>"00000０11"）thｅnen0<＝＇１';　　　--若行驶里程大于３ｋm则en0置1　　　　

ｅlse　en0<=＇0'；　　　　　　　　　　　　　　　

eｎdif；　

endif；　

enｄif;　

eｎd　ｉｆ；

if　（stｏp＝'0＇ａnｄfiｎ='０＇）theｎ

en0＜='0＇；ｅｎ1<='0'；

ｅnd　iｆ;

ｅndprocｅｓs;

procesｓ（eｎ0,en1）ﻩﻩﻩﻩ　--控制模块设计;

begin

　iｆ（ｅn０='1'）ｔhｅn　　　　　　　-－计时和计程方式选择

clk_oｕt<＝clk_1５;

elsifeｎ1='1'theｎ

　　clk_out＜=cｌk_１2；

　ｅｌseｃlk_out＜＝null;

　eｎdif；

ｅnd　prｏceｓs；

procｅｓs（clｋ_out,stａrｔ）ﻩﻩ　　　　　　－-计费模块设计

ｂｅgin

if　staｒt='0＇thenc3<＝"0000";ｃ2<="0000＂;c１<="0１１0";c０＜="00００＂;　　--起步价6元

elｓif（clk_oｕt'eｖentａndclk_oｕt＝'1'）theｎ　　--输出脉冲出现上升沿计费累计

if（ｃ０="10０1"）　ｔheｎc０<="０000";　　　　　　　　　　

if（c1＝"１001"）ｔhen　c1＜="0０00";

if（c２="10０１"）thｅn　c２<="0００0";

iｆ（c3=＂1001＂）thｅnc3<=＂0０００＂；　　　　　－-计价范围0~9９9．9元

elsec3＜＝c3+1;

eｎｄｉf；

elｓec２＜=c2+1；

endif;

elsｅ　c1<＝c1＋１;

eｎｄif;

ｅlse　c0<=c0+1;　　　　　

endiｆ；

enｄ　iｆ;

enｄ　process;

ｅndｔａxｉ;