山东建筑大学课程设计说明书封面(共18页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上摘要随着我国经济社会的全面发展，各大中小城市的出租车营运事业发展迅速，出租车已经成为人们日常出行选择较为普通的交通工具。出租车计价器是出租车营运收费的专用智能化仪表，是使出租车市场规范化、标准化的重要设备。一种功能完备，简单易用，计量准确的出租车计价器是加强出租车行业管理，提高服务质量的必需品。本设计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Quartus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。该设计虽然功能简单，智能化水平比较低，但仍具有一定的实用性。与以往的基于单片机的数模混合电路相比，FPGA具有稳定

2、性好，抗干扰能力强等优点，且非常适合做为出租车计价器的控制核心，所以选择用VHDL来对计价器进行设计来实现其功能。关键词 : 计价器 Quartus 数码管一、设计目的和要求设计一个出租车计价器，该计价器计费系统技术参数和设计要求：（1）实现计费功能，计费标准为：起步均价6元，并在车行驶3公里后以每公里1.6元计费，当计费器达到或超过20元时，每公里加收50%的车费，车辆停止和暂停时不收费。计价范围：0999.9元，计价分辨率：0.01元；计程范围：099公里，计程分辨率：0.01公里。（2）数码管动态显示功能，能显示行驶公里数、总费用。（3）汽车具有启动、停止、暂停和换挡等状态。二、设计原理

3、1设计模块本设计是对出租车计价器的四个模块进行分析的，综述如下：分频模块：分频模块是其它模块的基础，输入时钟选为32Hz，分频后的时钟频率为1Hz,为后续模块提供基本时钟。路程模块：该模块是对车辆行驶路程进行计数，以1Hz时钟为基础，检测行程脉冲，路程模块中有内部变量来判断路程，当大于3公里、20公里时，分别有相应的使能信号对此作出记录，最大路程显示为99公里。计费模块：该模块是基于等待时间模块和路程模块对费用进行控制的。通过内部使能信号分别计算3公里以内、3-20公里以及20公里以后的费用。译码显示模块:该模块经过8选1选择器将计费数据（4位BCD码）、计时数据（2位BCD码）、计程数据（2

4、位BCD码）动态选择输出。本设计是基于VHDL进行编程，然后在Quartus进行波形仿真，实现出租车计价器的基本功能。2原理描述 根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为分频模块，控制模块 计量模块、译码和动态扫描显示模块，其系统框图如图6-63所示，各模块功能如下：图6-63出租车自动计费器系统框图2.1分频模块分频模块对频率为240Hz的输入脉冲进行分频，得到的频率为16Hz，10Hz和1Hz的三种频率。该模块产生频率信号用于计费，每个1HZ脉冲为0.1元计费控制，10HZ信号为1元的计费控制，16Hz信号为1.6元计费控制。2.2 路程和计费模块计量控制模块是出租车自动计费器系统的主

5、体部分，该模块主要完成等待计时功能、计价功能、计程功能，同时产生3分种的等待计时使能控制信号en1, 行程 3公里外的使能控制信号en0。其中计价功能主要完成的任务是：行程 3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步费为8元；3公里外以每公里1.6元计费，等待累计时间3分钟外以每分钟1元计费；计时功能主要完成的任务是：计算乘客的等待累计时间，计时器的量程为59分，满量程自动归零；计程功能主要完成的任务是：计算乘客所行驶的公里数。计程器的量程为99公里，满量程自动归零。2.3 译码显示模块该模块经过8选1选择器将计费数据（4位BCD码）、计时数据（2位BCD码）、计程数据（2位BCD码）动态选择输出

6、。其中计费数据jifei4 jifei1送入显示译码模块进行译码，最后送至百元、十元、元、角为单位对应的数码管上显示，最大显示为999.9元；计时数据送入显示译码模块进行译码，最后送至分为单位对应的数码管上显示，最大显示为59秒；计程数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以公里为单位的数码管上显示，最大显示为99公里。三、设计内容1设计思路输入2个时钟信号，分别模拟时间和路程。对等待时间、路程计数，进而统计费用。系统结构框图如图2-1。显示分频器计费时钟信号等待信号公里脉冲计费/复位控制器计程图2-1自动计价器的系统方框图2 设计流程图NNYNYYN1.6元/公里2.4元/公里里程20里程3单

7、程？计费6元开始N总计图2 系统设计流程图乘客上车后，按下启动按钮，计价器开始工作，首先进入初始化状态，即计程从0开始，计费从6开始。再根据单程信号判断是否为单程，进而确定计费方式。单程：里程计数器开始计数，当路程超过3公里时，计费开始累加，按1.6元每公里计算，路程超过20公里时每公里2.4元。乘客下车后，按下复位键，则所有计数器进入初始状态。3总体设计封装图总体设计封装图如下图所示。4模块设计4.1分频模块秒分频模块对频率为240Hz的输入脉冲进行分频，得到的频率为16Hz，15Hz和1Hz的三种频率。该模块产生频率信号用于计费，每个1HZ脉冲为0.1元计费控制，15HZ信号为1.5元的计

8、费控制，16Hz信号为1.6元计费控制。4.2计费模块控制模块是系统的核心部分，对计价器的状态进行控制。行程3公里内，起步费为6元；3公里外以每公里1元计费，等待累计时间1分钟外以每分钟1元计费。20公里外以每公里1.5元计费，等待累计时间1分钟外以每分钟1.5元计费。计费数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以百元、十元、元、角为单位对应的数码管上显示。4.3译码显示模块译码显示模块完成计价、计时、计程数据显示。该模块经过8选1选择器将计费数据（4位BCD码）、计时数据（2位BCD码）、计程数据（2位BCD码）动态选择输出。其中计费数据送入显示译码模块进行译码，最后送至百元、十元、元、角为单

9、位对应的数码管上显示，最大显示为999.9元；计时数据送入显示译码模块进行译码，最后送至分为单位对应的数码管上显示，最大显示为99分钟；计程数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以公里为单位的数码管上显示，最大显示为99公里。5系统仿真结果及分析仿真波形图分析各信号说明： 输入信号：clk：系统时钟信号，频率32Hz； mile:车速时钟，频率8Hz; start:：启动信号，当start=1时，出租车启动，计数器开始计数；否则计数器停止计数； rst：复位信号，当rst=1时，各计数器清0；当rst=0时，计数器可以开始计数,start=1表示计数开始； one_way:单程信号，单程时由司

10、机输入； 输出信号：km0，km1：里程，单位为公里； cost0，cost1，cost2，cost3:费用，单位为元，其中cost0表示小数位。图3 单程行驶示意图 启动键、单程键有效，由图可知，3公里之内计费显示为6元；3-20公里之间每公里1.6元累计；超过20公里每公里2.4元累计。图5 单程行驶复位示意图启动键、单程键有效，乘客下车时显示费用25元，复位信号有效，计数器清零，当启动信号有效时重新计数。四、总结与致谢通过为期两周的课程设计，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

11、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。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。同时，感谢课程设计过程中杨红娟老师的耐心指导，感谢同学们的相互纠正。五、参考文献1 黄仁欣EDA技术实用教程北京：清华大学出版社，20062 潘松，黄继业

12、EDA技术与VHDL北京：清华大学出版社，20093 江国强编著EDA技术与应用（第三版）.北京：电子工业出版社，20104 夏宇闻编著Verilog HDL数字系统设计教程.北京：北京航空航天大学出版社，20085 周祖成，程晓军，马卓钊编著数字电路与系统教学实验教程北京：科学出版社，20106 周润景，苏良碧基于Quartus II 的数字系统Verilog HDL设计实例详解北京：电子工业出版社，20107 (美国)Sanir Palnitkar 译者：夏宇闻 胡燕祥 刁岚松Verilog HDL数字设计与综合（第2版）北京：电子工业出版社，20098 云创工作室Verilog HDL程

13、序设计与实践北京：人民邮电出版社，20099 刘福奇，刘波Verilog HDL应用程序设计实例精讲北京：电子工业出版社，200910 张延伟，杨金岩，葛爱学verilog hdl程序设计实例详解北京：人民邮电出版社，2008附录（程序源代码）module taxi(money,distance,elk,start,stop.pause,speedup); input clk; input start; input stop; input pause; input 1:0 speedup; output12:0 money; output12:0 distance; reg12:0 money

14、; reg12:0 distance; reg12:0 money_reg; reg12:0 distance_reg; reg3:0 num; reg12:0 dis; reg d;always (posedge clk) begin if(slop) /汽车停止，计级和路程淸零 begin money_ reg=d0; distance_reg=d0; dis=d0; num=d0;endelse if(start)/汽车起动后，起步价为6元begin money_reg=d600; distance_reg=d0; dis=d0; num=d0;endelsebeginif(!srart

15、&!speedup&!pause&!stop) begin if(num=d9) begin num=d0;distance_reg=distance_reg+1; dis=dis+l;endelsebegin num=num+!; endendelse if(!start&speedup=b01&!pause&!stop) begin if（num=d9) begin num=d0;distance_reg=distance_reg+2;dis=dis+2;endelsebegin num=num+l; endendelse if(!start&speedup=bl0&!pause&!sto

16、p) beginif(num=d9) begin num=d0;distance_reg=distance_reg+5; dis=dis+5;endelsebegin num=num+1; endendelse if（!start&speedup=b 11 &!pause&!stop)begindistance_reg=distance_reg+ 1; dis=dl00) begin d=dl;dis=d0; end elsebegin d=d300)beginif(money_regd2000&d= =d1i)begin money_reg=d2000&d=d 1) begin money_

17、reg=money_reg+d 180; end /当计费器达到20元时，每千米加收50%的车费 endmoney=money_reg; distance=distance_reg; endendmodule(2)译码显示模块decoder的源代码：module deceder(scan,seg7,dp,clk20mhz,money_in，distance _in);output7:0 scan;/数码管地址选择信号output6 :0 seg7;/7 段显示控制信号(abcdelg)output dp;/小数点input clk20mhz;一 /系统时钟 20MHzinput12:0J mo

18、ney_in;input 12:0 distance_in;/路程reg7:0scan;reg6：0 seg7；reg clklkhz;/1kHz的分频时钟，用于杓描放码管地址reg3:0data;reg3:0m_one,m_ten,m_hun,m_tho;reg3;0 d_one,d_ten,d_hun,d_tho; regl5:0 count; reg15:0 comb1；reg3:0 comb 1_a,combl _b,comb1 _c,comb1 _d; regi5:0 comb2;reg3:0 comb2_a,comb2_b,comb2_c,comb2_d; reg2:0 cnt;/

19、-1kHz分频，用于扫描数由管地址-always (posedge clk20mhz) begin ifcount=d 10000) begin clk 1 khz=-clk 1 khz;count=d0; end elsebegin count=count+1; end/-一将车费的十进制数转化为4位十进制数-ifcombl money_in) beginif(combl_a=d9&combl_b=d9&combl_c=d9) begin comb 1_a=b0000; comb l_b=b0000; comb l_c=b0000; comb 1_d=comb 1_d+1; comb 1 =

20、conib 1+1; endeise if(comb l_a=d9&comb1_b=d9) begin combl_a=b0000; comb1_b=b0000；combl_c-combl_c+l; combl=combl+l; endelse ifcombl_a=d9) begin combl_a=b0000;comb1_b=combl _b+1;combl=comb1+1; end else begincomb_a=combl_a+1； combl=combl+1； endendelse ifl(comb1=money_in) begin m_one=comb1_a; m_ten=comb

21、l_b; m_ hun=combl_c; m_thomoney_in) Begincombl_a=b0000; combl_b=b0000;combl_c=b0000; comb1_d=b0000; combl=d0; end/-将路程的十进制数转化为4位十进制数-if(comb2distance_in)beginifcomb2_a=d9&comb2_b=d9&comb2_c=d9) begin comb2_a=b0000; comb2_b=b0000; comb2_c=b0000;comb2_d=comb2_d+1; comb2=comb2+1; endelse if(comb2_a=d9&

22、comb2_b=d9)begin comb2_a=b0000; comb2_b=b0000; comb2_c=comb2_c+1; comb2=comb2+l; end._else if(comb2_a=d9) begincomb2_a=b0000; comb2_b=comb2_b+1; coma2=comb2+l; endelse begincomb2_a=comb2_a+l； comb2=comb2+1; end endelse if(comb2=distance_in) begind _one=comb2_a; d_ten=comb2_b;d_hun=comb2_c; d_thodist

23、ance_in) begin comb2_a=b0000;comb2_b=b0000; comb2_c=b0000; comb2_d=b0000; comb2=d0; endend/-数码管动态扫描-always (posedge clklkhz) begin cnt=cnt+l; endalways (cnt) begin case(cnt)b000:begin data=m_one;dp=d0;scan=,b;endb001:begin data=m_ten;dp=d0;scan=,b;endb010:begin data=m_hun;dp=d1;scan=,b;endb011:begin

24、 data=m_tho;dp=d0;scan=,b;endb100:begin data=d_one;dp=d0;scan=,b;endb101:begin data=d_ten;dp=d0;scan=,b;endb110:begin data=d_hun;dp=d1;scan=,b;endb111:begin data=d_tho;dp=d0;scan=,b;end Default:begin data=bx;dp=bx;scan=bx; end endcase end/-7段译码-always(data) begin case(data3:0) 4b0000:seg76:0=7bl ; 4b0001 :seg76:0=7b; 4b0010:seg76:0J=7bl ; 4b0011:seg76:0=7bl11100l;4b0100:seg76:0=7b0l 10011; 4 b0101:seg76:0=7b;4b0l 10:seg76:0=7bl; 4b0l 11:seg76:0=7bl ; 4b1000 :seg76:0=7b；4b1001seg76:0=7b;default:seg76:0=7b;endcaseendendmodule目录专心-专注-专业