基于CPLD的出租車計費器

1、等級: 課 程 設(shè) 計課程名稱嵌入式系統(tǒng)課程設(shè)計課題名稱基于CPLD的出租車計費器專 業(yè)電子信息工程班 級1201學(xué) 號19姓 名許振躍指導(dǎo)老師林愿2015年9月16日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc21556 1、 課程設(shè)計任務(wù)要求 PAGEREF _Toc21556 1 HYPERLINK l _Toc25228 1.1 EDA發(fā)展前景 PAGEREF _Toc25228 1 HYPERLINK l _Toc1033 1.2 任務(wù)要求 PAGEREF _Toc1033 1 HYPERLINK l _Toc31670 2、設(shè)計步驟 PAGEREF _T

2、oc31670 1 HYPERLINK l _Toc31544 2.1 信號輸入 PAGEREF _Toc31544 1 HYPERLINK l _Toc6210 2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 PAGEREF _Toc6210 1 HYPERLINK l _Toc16607 2.3 數(shù)據(jù)顯示 PAGEREF _Toc16607 1 HYPERLINK l _Toc4234 3、出租車計費系統(tǒng)的實現(xiàn) PAGEREF _Toc4234 2 HYPERLINK l _Toc10999 3.1 頂層電路設(shè)計 PAGEREF _Toc10999 2 HYPERLINK l _Toc19863 3.2 子模塊設(shè)計 P

3、AGEREF _Toc19863 2 HYPERLINK l _Toc9586 4、系統(tǒng)仿真 PAGEREF _Toc9586 5 HYPERLINK l _Toc24157 4.1 開始信號的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc24157 5 HYPERLINK l _Toc13080 4.2 加速信號仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc13080 5 HYPERLINK l _Toc13216 4.3 顯示的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc13216 5 HYPERLINK l _Toc32336 4.4 decoder的仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc32336 6 HYPERLINK

4、l _Toc8212 5、 下載調(diào)試及實驗結(jié)果 PAGEREF _Toc8212 6 HYPERLINK l _Toc16706 6、設(shè)計心得 PAGEREF _Toc16706 7 HYPERLINK l _Toc26236 參考文獻 PAGEREF _Toc26236 8 1、 課程設(shè)計任務(wù)要求1.1 EDA發(fā)展前景 EDA技術(shù)（即Electronic Design Automation技術(shù)）就是依賴強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL（Hardware Ddscription Langurage）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜

5、合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 1.2 任務(wù)要求 CPLD為復(fù)雜可編程邏輯器件，通過EDA技術(shù)對其進行編程，可將一個較復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)集成于一個芯片中，制成專用集成電路芯片，并可隨時在系統(tǒng)修改其邏輯功能。并最終完成電路的編程調(diào)試。具體要求如下：實現(xiàn)計費功能，計費標(biāo)準為：按行駛里程計費，起步價為5.00元，并在車行3Km后按1.40元/Km計費，當(dāng)計費器達到或超過20元時，每公里加收50的車費，車停止不計費?，F(xiàn)場模擬功能：能模擬汽車起動、停止、暫停以及加速等狀態(tài)。 （3） 按計動態(tài)掃描電路，將車費和路程顯示出來，各有兩位小數(shù)。 2、設(shè)計步驟 2.1 信號輸入

6、該模塊主要實現(xiàn)計費功能和現(xiàn)場模擬功能。計費標(biāo)準為：按行駛里程計費，起步價為5.00元，并在車行3km后按1.4元km計費，當(dāng)計費器達到或超過20元時，每公里加收50的車費，車停止不計費。并以高低脈沖模擬出租汽車啟動、停止、暫停、加速按鈕，具有輸入信號的作用。2.2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是一個模為10的加法計數(shù)器，可將計費模塊輸出的車費和路程轉(zhuǎn)換成4位的十進制數(shù)。2.3 數(shù)據(jù)顯示 顯示模塊是由七段LED數(shù)碼管譯碼和動態(tài)掃描顯示兩部分組成。采用的是共陰極七段數(shù)碼管，根據(jù)十六進制數(shù)和七段顯示段碼表的對應(yīng)關(guān)系，其中要求路程和車費都要用2位小數(shù)點來表示，所以須設(shè)置一個控制小數(shù)點的變量，即程序中的dp。

7、這段程序所示的是在數(shù)碼管的第二、第六個后面顯示小數(shù)點，實現(xiàn)了路程和車費都用2位小數(shù)點表示的功能。數(shù)碼管控制及譯碼顯示模塊將十進制的輸入信號用七段數(shù)碼管顯示，由七段發(fā)光二極管組成數(shù)碼顯示器，利用字段的不同組合。可分別顯示09十個數(shù)字。3、出租車計費系統(tǒng)的實現(xiàn) 3.1 頂層電路設(shè)計 圖1 系統(tǒng)總體框圖3.2 子模塊設(shè)計 3.2.1 taxi的實現(xiàn)模塊taxi見下圖。輸入端口speedup,start,pause,stop分別為出租車計費器的加速、起動、暫停、停止按鍵。實現(xiàn)計費功能，計費標(biāo)準為：按行駛里程計費，起步價為5.0元，并在車行3Km后按1.40元/Km計費，當(dāng)計費器達到或超過20元時，每公

8、里加收50的車費，車停止不計費。圖2 taix模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity decoder isport(clk20mhz: in std_logic;money_in:in integer range 0 to 8000;distance_in:in integer range 0 to 8000;scan:out std_logic_vector(7 downto 0);seq7:out std_logic_vector(6 downto 0);dp:out

9、 std_logic);end;architecture one of decoder issignal clk1khz:std_logic;signal data:std_logic_vector(3 downto 0);signal m_one,m_ten,m_hun,m_tho:std_logic_vector(3 downto 0);signal d_one,d_ten,d_hun,d_tho:std_logic_vector(3 downto 0);variable num:integer range 0 to 9;variable dis:integer range 0 to 10

10、0;variable d:std_logic;beginif stop = 1 thenmoney_reg:= 0;distance_reg:= 0;dis:= 0;num:= 0;3.2.2 decoder的實現(xiàn) 模塊decoder見下圖。該模塊把車費和路程轉(zhuǎn)化為數(shù)碼管可以顯示的信號。圖3 模塊xelsif start = 0 and speedup = 10 and pause = 0 and stop = 0 thenif num = 9 thennum:= 0;distance_reg:= distance_reg + 5;dis:= dis + 5;else num:= num +

11、1;end if;elsif start = 0 and speedup = 11 and pause = 0 and stop = 0 thendistance_reg:= distance_reg + 1;dis:= dis + 1;end if;if dis = 100 thend:= 1;dis:= 0;else d:= 0;end if;if distance_reg = 300 thenif money_reg = 2000 and d = 1 thenmoney_reg:= money_reg + 210;end if;end if;end if;money = money_re

12、g;distance data = m_one; dp = 0; scan data = m_ten; dp = 0; scan data = m_hun; dp = 1; scan data = m_tho; dp = 0; scan data = d_one; dp = 0; scan data = d_ten; dp = 0; scan data = d_hun; dp = 1; scan data = d_tho; dp = 0; scan seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 = 0000000;end case

13、;end process;end;4、系統(tǒng)仿真4.1 開始信號的仿真結(jié)果 輸入端口speedup,start,pause,stop分別為出租車計費器的加速、起動、暫停、停止按鍵。 輸入：clk, start, stop, pause, speedup; 輸出：money, distance;圖5 開始仿真結(jié)果4.2 加速信號仿真結(jié)果對控制模塊taxi進行仿真，觀察波形可知，當(dāng)啟動鍵（start）為一個脈沖時，表示汽車已啟動，車費money顯示起步價為5.00元，同時路程distance隨著計費脈沖開始計數(shù)，當(dāng)停止鍵（stop）為1時，表示汽車熄火，車費money和路程distance均為0；當(dāng)

14、暫停鍵（pause）為1時，車費和路程停止計數(shù)；當(dāng)檔位鍵分別取0、1、2時路程的計數(shù)逐步加快，表示車速逐步加快。 輸入：clk, start, stop, pause, speedup; 輸出：money, distance;圖6 系統(tǒng)仿真結(jié)果下載調(diào)試及實驗結(jié)果 程序下載完后，按下啟動鍵，車費顯示起步價為5元。圖9 加速仿真結(jié)果 當(dāng)路程超過3公里后每公里多加1.4元，顯示為6.4元。圖10 加速仿真結(jié)果6、設(shè)計心得我們這次課程設(shè)計的題目是出租車計費器，拿到題目我就有點小激動，因為終于可以利用自己的所學(xué)做點與實際生活相關(guān)的東西了。首先，我復(fù)習(xí)的一下VHDL程序設(shè)計的基本語法，然后開始熟悉Quar

15、tus 的相關(guān)操作。包括模塊化的編譯器。編譯器包括的功能模塊有分析/綜合器，適配器、裝配器、時序分析器、設(shè)計輔助模塊、EDA網(wǎng)表文件生成器、編輯數(shù)據(jù)接口等?？梢酝ㄟ^選擇Start Compilation來運行所有的編譯器模塊，也可以通過選擇Start單獨運行各個模塊。還可以通過選擇Compiler Tool，在Compiler Tool窗口中運行該模塊來啟動編譯器模塊。然后，我開始去圖書館找相關(guān)的圖書，因為當(dāng)我看了課程設(shè)計任務(wù)書之后，對于整個程序還是沒有把握。所以我希望能夠找到相關(guān)的程序進行驗證，然后修改以符合自己的課程設(shè)計的要求。功夫不負有心人，我在圖書館借的幾本書中就有和我們課題類似的程序

16、模塊。所以，我就將書中的程序在Quartus II中運行了一遍?？墒?，過程并沒有我們想象的那么順利。我們發(fā)現(xiàn)加速功能無法實現(xiàn)，一旦開啟加速，數(shù)碼管就會出現(xiàn)亂碼。經(jīng)過對源代碼的一番修改，我們的亂碼現(xiàn)象有了一些好轉(zhuǎn)。但是，也并沒有完全達到要求。經(jīng)過在實驗箱中的調(diào)試，我們終于找到了解決方案，即改變輸入的時鐘頻率。尋找到最合適的頻率，就可以讓系統(tǒng)達到顯示要求。通過這次課程設(shè)計，我分析問題，解決問題的能力有了一定的提高。同時，對之前所學(xué)的知識也進行了鞏固。更重要的是，我發(fā)現(xiàn)之前學(xué)的很多基礎(chǔ)知識是有用的。一旦開始進行工程實踐，這些知識將會發(fā)揮巨大的作用。所以，我決定在今后的學(xué)習(xí)過程中重視基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，在增強理論基礎(chǔ)的同時，再動手進行工程實踐。同時感謝對我?guī)椭^的同學(xué)們，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受到同學(xué)的友誼。老師循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次設(shè)計的每個細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師您的細心指導(dǎo)。謝謝您！ 參考文獻1. 陳大欽主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗，高等教育出版社。2. 彭介華主編，電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)，高等教育出版社。3. 張 原編著，可編程邏輯器件設(shè)計及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社。4.荀殿棟，徐志軍編著，數(shù)字電路