出租車自動計費(fèi)器設(shè)計(課程設(shè)計報告模板)

目錄1緒論 11.1設(shè)計背景 11.2QUARTUSII簡介 11.3VHDL語言基礎(chǔ) 22出租車計費(fèi)器總體設(shè)計結(jié)構(gòu) 22.1系統(tǒng)設(shè)計要求和目的 22.2.1系統(tǒng)設(shè)計要求 22.2.1系統(tǒng)設(shè)計目的 22.2設(shè)計思路 32.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu) 32.4出租車計費(fèi)器系統(tǒng)工作流程圖 43出租車計費(fèi)器的實(shí)現(xiàn) 53.1出租車計費(fèi)器的頂層原理圖 53.2系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn) 53.2.1計費(fèi)模塊JIFEI 53.2.2計量模塊JILIANG 63.2.3顯示控制模塊SELTIME 73.2.4顯示模塊DELED 74出租車計費(fèi)器系統(tǒng)仿真及分析 84.1計費(fèi)系統(tǒng)的仿真 84.2單元模塊的仿真及分析 104.2.1譯碼顯示模塊的仿真及分析 104.2.2顯示控制模塊的仿真及分析 114.2.3計量模塊的仿真及分析 124.2.4計費(fèi)模塊的仿真及分析 125鎖定管腳及硬件實(shí)現(xiàn) 135.1鎖定管腳圖 135.2硬件實(shí)現(xiàn) 135.2.1顯示結(jié)果的幾種情況 145.2.2硬件實(shí)現(xiàn)總結(jié) 156設(shè)計體會與總結(jié) 16參考文獻(xiàn) 17附錄 181JILIANG模塊的VHDL程序 182JIFEI模塊的VHDL程序 193SELTIME控制模塊的VHDL程序 204DELED模塊的VHDL程序 21巢湖學(xué)院2013級《EDA技術(shù)》課程設(shè)計出租車自動計費(fèi)器設(shè)計PAGE231緒論1.1設(shè)計背景隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，各大中小城市的出租車營運(yùn)事業(yè)發(fā)展迅速，出租車已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普通的交通工具。于是，出租車行業(yè)以低價高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來了出行的享受。但是總存在著買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計價器。汽車計價器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具，它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的。因此，汽車計價器的研究也是具有一定意義的。出租車計費(fèi)器是出租車營運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表，是出租車市場規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化以及減少司機(jī)與乘客之間發(fā)生糾紛的重要設(shè)備。一種功能完備，簡單易用，計量準(zhǔn)確的出租車計費(fèi)器是加強(qiáng)出租車行業(yè)管理，提高服務(wù)質(zhì)量的必需品。本設(shè)計就是采用VHDL硬件描述語言作為設(shè)計手段，采用自己的設(shè)計思路，得到一種出租車計價系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過QuartusII6.0軟件下進(jìn)行仿真，證明所設(shè)計的電路系統(tǒng)完成了出租車計價的功能，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計要求，具有一定的實(shí)用性。1.2QUARTUSII簡介QUARTUSII是Altera公司的綜合性CPLD/FPGA開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL等多種設(shè)計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計輸入到硬件配置的完整CPLD設(shè)計流程。QUARTUSII支持Altera的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級設(shè)計、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺。AlteraQUARTUSII作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境,由于其強(qiáng)大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎。1.3VHDL語言基礎(chǔ)一般而言，一個相對完整的VHDL語言程序至少應(yīng)三個基本組成部分：①庫（Library）、程序包（Package）使用說明；②實(shí)體（Entity）說明；③實(shí)體對應(yīng)的結(jié)構(gòu)體（Architecture）說明。其中，庫、程序包使用說明用于打開（調(diào)用）本設(shè)計實(shí)體將要用到的庫、程序包；實(shí)體說明用于描述該設(shè)計實(shí)體與外界的接口信號說明，是可視部分；結(jié)構(gòu)體說明用于描述該設(shè)計實(shí)體內(nèi)部工作的邏輯關(guān)系，是不可視部分。在一個實(shí)體中，允許含有一個或多個結(jié)構(gòu)體，而在每一個結(jié)構(gòu)體中又可以含有一個或多個進(jìn)程以及其他的語句。根據(jù)需要，實(shí)體還可以有配置說明語句。配置說明語句主要用于以層次化的方式對特定的設(shè)計實(shí)體進(jìn)行元件例化，或是為實(shí)體選定某個特定的結(jié)構(gòu)體。2出租車計費(fèi)器總體設(shè)計結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)設(shè)計要求和目的2.2.1系統(tǒng)設(shè)計要求1.起步價為5.0元，起步公里為3公里2.超過3公里，每公里按1元收費(fèi)，也可每0.1公里按3.等候時間累計1分鐘，按每分鐘0.1元收費(fèi)；4.用三個數(shù)碼管顯示總金額，最大值為99.9元；用三個數(shù)碼管顯示總里程，最大值99.9公里；用兩個數(shù)碼管顯示等待時間，最大值992.2.1系統(tǒng)設(shè)計目的1.通過這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計使我們加深對EDA技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)理論和概念的理解，培養(yǎng)我們的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是實(shí)際動手能力。2.學(xué)習(xí)使用QUARTUSII軟件設(shè)計。

3.根據(jù)原理圖學(xué)會用VHDL語言設(shè)計時序電路。4.學(xué)會繪制功能仿真波形圖。2.2設(shè)計思路根據(jù)設(shè)計要求，電路具有計時、計程、計費(fèi)功能，用數(shù)碼管顯示行駛公里數(shù)、等待時間、收費(fèi)金額，行車?yán)锍毯偷却龝r間的處理電路將汽車行駛的里程數(shù)、轉(zhuǎn)換成與之成正比的計費(fèi)脈沖，然后由計費(fèi)電路轉(zhuǎn)換成收費(fèi)金額，實(shí)驗(yàn)中以一個脈沖模擬汽車前進(jìn)十米，則每100個脈沖表示1公里，3公里以后每0.1公里產(chǎn)生一個計費(fèi)脈沖，一個1HZ的脈沖用來表示等待時間，60個脈沖代表1分鐘，1分鐘即602.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖2-1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖出租車計費(fèi)器的組成如上圖所示，通過控制模塊以高低脈沖模擬出租汽車啟動、行駛、暫停，具有控制作用；通過控制模塊控制出租車的狀態(tài)來選擇出租車是計里程還是計等待時間，相應(yīng)產(chǎn)生的時間計費(fèi)脈沖信號和里程脈沖信號來計費(fèi)，譯碼/動態(tài)掃描模塊將等待時間、路程與費(fèi)用的數(shù)值譯碼后用動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管；數(shù)碼管顯示模塊將里程數(shù)、等待時間和計費(fèi)金額用數(shù)碼管顯示。2.4出租車計費(fèi)器系統(tǒng)工作流程圖圖2-2出租車計費(fèi)系統(tǒng)工作流程圖出租車載客后，啟動計費(fèi)器，整個系統(tǒng)開始工作，進(jìn)入初始化狀態(tài)，即計程從0開始，計費(fèi)從5.0元開始。再根據(jù)BREAK信號判斷行駛還是暫停。若是行駛狀態(tài)，計費(fèi)器開始進(jìn)行里程計數(shù)，當(dāng)里程超過3公里時，計費(fèi)器開始累加，按每0.1公里收費(fèi)0.1元計算，計程器則繼續(xù)，否則計費(fèi)器不變。若是暫停狀態(tài)，計費(fèi)器開始進(jìn)行等候時間計數(shù)，當(dāng)?shù)群驎r間累計1分鐘，則每分鐘3出租車計費(fèi)器的實(shí)現(xiàn)3.1出租車計費(fèi)器的頂層原理圖圖3-1出租車計費(fèi)器頂層原理圖原理圖中輸入部分分別是CLK：秒脈沖信號，1個脈沖代表1秒，則60個脈沖表示1分鐘。CLK1：10米脈沖信號，1個脈沖代表10米，則10個脈沖表示100米，100個脈沖代表1公里。START:計程車開啟信號；DRIVE：計費(fèi)器啟動信號；3.2系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn)3.2.1計費(fèi)模塊JIFEI計費(fèi)（JIFEI）模塊也是本系統(tǒng)的核心，完成起步價計費(fèi)，等待時間計費(fèi)，里程計費(fèi)功能。計費(fèi)器啟動，顯示起步價5.0元，之后每來一個行駛里程計費(fèi)脈沖或者等待時間計費(fèi)脈沖，計費(fèi)金額自動加0.1元。計費(fèi)顯示用3位數(shù)碼管，所以計費(fèi)最大值為99.9元。其中CH2表示費(fèi)用的十位，CHI表示費(fèi)用的個位，CH0表示費(fèi)用的十分位。B為等待時間計費(fèi)脈沖信號或里程計費(fèi)脈沖信號。圖3-2JIFEI模塊圖3.2.2計量模塊JILIANG圖3-3JILIANG模塊圖本模塊是系統(tǒng)的核心模塊之一，能夠?qū)ν獠康男旭偩嚯x脈沖、等待時間脈沖進(jìn)行計數(shù)。因?yàn)樾旭偩嚯x每脈沖代表10米，所以計滿100個數(shù)就輸出一個行駛距離計費(fèi)脈沖，因?yàn)?公里之內(nèi)屬于起步價，所以前3公里內(nèi)不輸出行駛距離計費(fèi)脈沖，因?yàn)橛?位數(shù)碼管來顯示行駛距離，其中兩位整數(shù)，一位小數(shù)，所以行駛距離最小分辨率為0.1公里，行駛距離脈沖每計10個數(shù)，行駛距離輸出加0.1，行駛距離最大值為99.9公里。其中KM2為里程的十位，KM1為里程的個位，KM0為里程的十分位。等待時間脈沖頻率為1HZ，所以一個脈沖代表1秒，60個等待脈沖是1分鐘，輸出等待時間加1，等待時間滿1分鐘計一次費(fèi)，所以對等待時間脈沖計數(shù)，計滿60個數(shù)就輸出一個等待計費(fèi)脈沖。等待時間最大值為99分鐘。MIN1為等待時間的十位，MIN0為等待時間的個位。將行駛距離、等待時間送到SELTIME模塊，時間與里程計費(fèi)脈沖送到計費(fèi)模塊完成里程、等待時間的計費(fèi)功能。B1為超過33.2.3顯示控制模塊SELTIME圖3-4SELTIME模塊圖SELTIME模塊起顯示控制作用，控制等待時間、行駛里程、費(fèi)用在數(shù)碼管上的顯示位置。sel為計數(shù)控制信號輸出端，功能主要是利用其計數(shù)的八個狀態(tài)，使daout在其每個狀態(tài)下選擇某一輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)而將選擇的的數(shù)據(jù)送入到DELED模塊。dp為小數(shù)點(diǎn)脈沖控制信號，當(dāng)該模塊輸出的值為里程的個位、費(fèi)用的個位時，需要考慮小數(shù)點(diǎn)的存在，即此時dp=‘1’，在其他不需要小數(shù)點(diǎn)的情況下，dp=‘0’，最后dp將信號輸出到3.2.4顯示模塊DELED圖3-5DELED模塊圖DELED模塊把送入的每個四位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為7段碼送出顯示，能夠使數(shù)碼管正常顯示送入的數(shù)據(jù)。其中DP為小數(shù)點(diǎn)輸入信號。4出租車計費(fèi)器系統(tǒng)仿真及分析4.1計費(fèi)系統(tǒng)的仿真圖4-1出租車啟動時計費(fèi)系統(tǒng)功能仿真圖由圖4-1可知，當(dāng)出租車未啟動時，里程、等待時間、費(fèi)用均為0。出租車剛啟動時，里程、等待時間為0，費(fèi)用為出租車起步價5元。圖4-2出租車等待時計費(fèi)系統(tǒng)功能仿真圖由圖4-2可知，當(dāng)出租車在等待過程中，行駛里程16.2公里，等待時間為32分鐘時，出租車的費(fèi)用為：5+（16.2-3）×1+32×0.1=21.4圖4-3出租車行駛時計費(fèi)系統(tǒng)功能仿真圖由圖4-3可知，當(dāng)出租車行駛到66.6千米，等待時間60分鐘時，由仿真結(jié)果可得出費(fèi)用為74.6元；根據(jù)設(shè)計要求計算可得費(fèi)用為：5+（66.6-3）×1+60×0.1=74.6圖4-4出租車停車時計費(fèi)系統(tǒng)功能仿真圖當(dāng)出租車停車時，出租車上的時間、里程和費(fèi)用清零，為下次計費(fèi)的開始做準(zhǔn)備。4.2單元模塊的仿真及分析4.2.1譯碼顯示模塊的仿真及分析圖4-5譯碼顯示模塊的功能仿真圖圖4-5為譯碼顯示模塊的功能仿真波形圖，DP、S為信號輸入端，也是顯示控制模塊的信號輸出端口，ABCDEFGH八個端口為八位二進(jìn)制的輸出端口。假設(shè)DOUT=“HGFEDCBA”,由上圖可以看出：1.DP=0時：當(dāng)S(3downto0)=”0000”,則DOUT=”00111111當(dāng)S(3downto0)=”0001”,則DOUT=”00000110當(dāng)S(3downto0)=”0010”,則DOUT=”01011011當(dāng)S(3downto0)=”0011”,則DOUT=”01001111當(dāng)S(3downto0)=”0100”,則DOUT=”01100110當(dāng)S(3downto0)=”0101”,則DOUT=”01101101當(dāng)S(3downto0)=”0110”,則DOUT=”01111101當(dāng)S(3downto0)=”0111”,則DOUT=”00000111當(dāng)S(3downto0)=”1000”,則DOUT=”01111111當(dāng)S(3downto0)=”1001”,則DOUT=”01101111當(dāng)S(3downto0)等于上述值以外的值時，則DOUT=”00000000”2.DP=1時：當(dāng)S(3downto0)=”0000”,則DOUT=”10111111當(dāng)S(3downto0)=”0001”,則DOUT=”10000110當(dāng)S(3downto0)=”0010”,則DOUT=”11011011當(dāng)S(3downto0)=”0011”,則DOUT=”11001111當(dāng)S(3downto0)=”0100”,則DOUT=”11100110當(dāng)S(3downto0)=”0101”,則DOUT=”11101101當(dāng)S(3downto0)=”0110”,則DOUT=”11111101當(dāng)S(3downto0)=”0111”,則DOUT=”10000111當(dāng)S(3downto0)=”1000”,則DOUT=”11111111當(dāng)S(3downto0)=”1001”,則DOUT=”11101111當(dāng)S(3downto0)等于上述值以外的值時，則DOUT=”10000000”4.2.2顯示控制模塊的仿真及分析圖4-6顯示控制模塊的功能仿真圖圖4-6為顯示控制模塊功能仿真圖，其中clk為時鐘脈沖輸入端，sel為計數(shù)控制信號輸出端，daout為sel所控制狀態(tài)下的輸出到數(shù)碼管的位選信號，dp為小數(shù)點(diǎn)控制輸出信號?？梢钥闯?，當(dāng)時鐘沿上升時刻到來時，計數(shù)器的輸出sel就自動加1,當(dāng)計數(shù)器輸出端加到“111”時，再來一個脈沖上升沿，則計數(shù)的輸出端sel變?yōu)椤?00”，該顯示控制模塊的功能主要是利用其計數(shù)的八個狀態(tài)，進(jìn)而去輪流控制數(shù)碼管的位選信號。由圖4-6可知：當(dāng)sel=“000”時，則daout=CH0；當(dāng)sel=“001”時，daout=CH1；當(dāng)sel=“010”時，daout=CH2；當(dāng)sel=“011”時，daout=KM0；當(dāng)sel=“100”時，daout=KM1；當(dāng)sel=“101”時，daout=KM2；當(dāng)sel=“110”時，daout=MIN0；當(dāng)sel=“111”時，daout=MIN1。由于KM1、CH1表示里程的個位和費(fèi)用的個位，其后都存在小數(shù)，故在設(shè)計中當(dāng)顯示KM1、CH1時須加入小數(shù)點(diǎn)，此時dp=‘1’，在其他沒有小數(shù)點(diǎn)的情況時dp=‘0’。4.2.3計量模塊的仿真及分析圖4-7計量模塊的功能仿真圖圖4-7為計量模塊的功能仿真圖，START信號為高電平時（即出租車啟動）。當(dāng)DRIVE為高電平且BREAK為低電平時，出租車為行駛狀態(tài)，此時里程計數(shù)模塊開始計數(shù)，每經(jīng)過10個CLK1脈沖信號，里程加0.1公里，當(dāng)里程計數(shù)大于3公里時，每計0.1公里產(chǎn)生1個B1脈沖信號。當(dāng)DRIVE為高電平且BREAK為高電平時，出租車為暫停狀態(tài)，此時等待時間計數(shù)模塊開始計數(shù)，每經(jīng)過60個CLK脈沖信號，時間加1分鐘，每計1分鐘產(chǎn)生一個B2脈沖信號。B14.2.4計費(fèi)模塊的仿真及分析圖4-8為計費(fèi)模塊的功能仿真圖當(dāng)START處于高電平且DRIVE處于高電平時，每送入一個計費(fèi)脈沖且計費(fèi)脈沖處于上升沿時，CH0自動加1（即每送入一個計費(fèi)脈沖加0.1元）。CH0、CH1、CH2為十進(jìn)制計數(shù)。CH2表示費(fèi)用的十位，CH1表示費(fèi)用的個位，CH0表示費(fèi)用的十分位，計費(fèi)的最大值為99.9元。圖4-8計費(fèi)模塊的功能仿真圖5鎖定管腳及硬件實(shí)現(xiàn)5.1鎖定管腳圖在驗(yàn)證出租車計費(fèi)器系統(tǒng)的功能之前，需要清楚實(shí)驗(yàn)箱與各個信號之間的對應(yīng)關(guān)系，參照資料得出本設(shè)計中各引腳的對應(yīng)情況如下：圖5-1頂層原理圖5.2硬件實(shí)現(xiàn)通過硬件下載，該電路可以完成硬件實(shí)現(xiàn)，芯片管腳定義可以直接用編輯．pin文件。完成管腳定義后選擇器件，編譯后生成.sof文件。選擇.sof文件進(jìn)行下載。下載完成后，將第一全局時鐘CLK1的跳線器接1Hz(作為秒脈沖信號)，將第二全局時鐘CLK2的跳線器接1Hz(作為十米脈沖信號)，將第三全局時鐘CLK3的跳線器接32768Hz，用撥位開關(guān)模擬控制出租車的啟動、行駛、暫停。觀察數(shù)碼管上數(shù)據(jù)的變化是否符合設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)箱上八個數(shù)碼管從左至右分別顯示的是：等待時間的十位、等待時間的個位、里程的十位、里程的個位、里程的十分位、費(fèi)用的十位、費(fèi)用的個位、費(fèi)用的十分位。5.2.1顯示結(jié)果的幾種情況圖5-2驗(yàn)證結(jié)果1圖5-2表示出租車等待了1分鐘，行駛了3.9公里，即時車費(fèi)為6.0元。根據(jù)設(shè)計要求計算所得費(fèi)用為：5元+（3.9-3）公里×1元/公里+1分鐘×0.1元/分鐘=6.0圖5-3表示出租車等待了3分鐘，行駛了6.8公里，即時車費(fèi)為9.1元。根據(jù)設(shè)計要求計算所得費(fèi)用為：5元+（6.8-3）公里×1元/公里+3分鐘×0.1元/分鐘=9.1在試驗(yàn)箱驗(yàn)證過程中，我們可以看到，八位數(shù)碼管的右三位顯示起步價05.0，中間三個數(shù)碼管在以0.1為步長進(jìn)行加法顯示行駛里程，當(dāng)行駛里程超過3公里之后，每0.1公里計費(fèi)金額加0.1元，當(dāng)我們按下等待暫停鍵，每分鐘左邊兩個數(shù)碼管加1，其顯示的等待時間，當(dāng)?shù)却龝r間到1分鐘時，計費(fèi)金額加圖5-3驗(yàn)證結(jié)果25.2.2硬件實(shí)現(xiàn)總結(jié)通過對每一模塊的仿真和下載，可以實(shí)現(xiàn)各個模塊的邏輯功能，驗(yàn)證了各個模塊的正確性。在出租車計費(fèi)系統(tǒng)的4個模塊中，重點(diǎn)在于計量模塊（JILIANG），計費(fèi)模塊（JIFEI），顯示控制模塊（SELTIME），譯碼顯示模塊（DELED）。JILIANG模塊主要有汽車的開始、運(yùn)行、暫停，JILIANG模塊主要記錄出租車的行駛里程和等待時間，并將等待時間計費(fèi)脈沖和行駛里程計費(fèi)脈沖送入JIFEI模塊；JIFEI模塊主要是完成起