綜合實驗---出租車計價器設計

1、<p><b>　　綜合實驗</b></p><p>　　——出租車計價器設計</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著微電子技術的發(fā)展，現代電子技術的核心已日趨轉向基于計算機的電子設計自動化技術，即EDA（Electronic Design Automation）技術。EDA技術就是依

2、賴功能強大的計算機，在EDA工具軟件平臺上，對以硬件描述語言HDL（Hardware Description Language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現既定的電子線路系統(tǒng)功能。EDA技術使得設計者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和EDA軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現，這是電子設計技術的一個巨大進步。</p><p&g

3、t;　　本學期，學校開設了EDA和VHDL課程的學習，而學習一門編程語言，最好的方法莫過于在一個完整的系統(tǒng)開發(fā)過程中進行。因此，EDA綜合實驗就是一個最好的學習實踐機會。</p><p>　　隨著我國社會經濟的全面發(fā)展,各大中小城市的出租車營運事業(yè)發(fā)展迅速,出租車已經成為人們日常出行選擇較為普遍的交通工具。出租車計價器是出租車營運收費的專用智能化儀表是出租車市場規(guī)范化、 標準化以及減少司機與乘客之間發(fā)生糾紛的重要

4、設備。一種功能完備、簡單易用、計量準確的出租車計價器是加強出租車行業(yè)管理、提高服務質量的必備品。本實驗就是采用VHDL硬件描述語言作為設計手段,采用自頂向下的設計思路,得到一種出租車計價系統(tǒng)的軟件結構,通過在 Quartus II軟件下進行模擬仿真,并進行相應的硬件下載調試,證明所設計的電路系統(tǒng)完成了出租車計價器的功能,各技術指標符合預定標準,具有一定實用性。</p><p><b>　　一、實驗任務及

5、要求</b></p><p>　　1.能實現計費功能，計費標準為：按行駛里程收費，起步費為10.00元，并在車行3公里后再按1.6元/公里，車暫停時，停車一分鐘之后開始加價，每分鐘增加2.5元。</p><p>　　2. 實現預置功能：能預置起步費、每公里收費、車行加費里程。</p><p>　　3. 實現模擬功能：能模擬汽車啟動、停止、暫停等狀態(tài)。&l

6、t;/p><p>　　4. 設計動態(tài)掃描電路：將車費及暫停時間顯示出來。</p><p>　　5. 用VHDL語言設計符合上述功能要求的出租車計費器，并用層次化設計方法設計該電路。</p><p>　　6. 綜合仿真驗證，并通過有關波形確認電路設計是否正確。</p><p>　　7. 完成電路全部設計后，通過GW48系統(tǒng)實驗箱下載驗證設計的正確性

7、。</p><p><b>　　二、實驗原理</b></p><p>　　圖1出租車計價器流程圖</p><p><b>　　圖2系統(tǒng)結構圖</b></p><p><b>　　接口部分定義如下：</b></p><p>　　輸入：clk_240，系統(tǒng)時

8、鐘，頻率為240Hz;</p><p>　　Start，啟動信號，當start=1時，汽車啟動，開始計價; 當start=0時，清零;</p><p>　　Stop，暫時計時信號，當stop-1時，中途暫停，開始計時;當stop=0時，再次出發(fā);</p><p>　　Fin，汽車車速脈沖信號，是一個與隨著車速變化而變化的脈沖信號。</p><p&

9、gt;　　輸出：cha2，cha1，cha0，分別為價錢的十位，個位和角位;</p><p>　　Km1，km0，分別為行駛公里數的十位，個位;</p><p>　　Min0，暫時分鐘數輸出。</p><p>　　接口部分源程序如下：</p><p>　　port ( clk_240 :in std_logic;

10、 --頻率為240Hz的時鐘 </p><p>　　start :in std_logic; --計價使能信號</p><p>　　stop:in std_logic; --等待信號</p&g

11、t;<p>　　fin:in std_logic; --公里脈沖信號</p><p>　　cha2,cha1,cha0:out std_logic_vector(3 downto 0); --費用數據</p><p>　　km1,km0:out std_logic_vector(3 downto 0);

12、 --公里數據 </p><p>　　min0: out std_logic_vector(3 downto 0)); --等待時間 </p><p><b>　　計價部分原理如下：</b></p><p>　　起步價10元，3公里內10元，超出3公里部分，每公里1.6元，車暫停時

13、，2分鐘內不加價，超出2分鐘部分，每分鐘2.5元;</p><p>　　計費部分源程序如下：</p><p>　　feipin:process(clk_240,start)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if clk_240'event and clk_240='1&

14、#39; then</p><p>　　if start='0' then q_15<=0;q_16<=0;f_15<='0';f_16<='0';f_1<='0';f<='0';</p><p><b>　　else</b></p>&l

15、t;p>　　if q_15=15 then q_15<=0;f_15<='1'; --此IF語句得到頻率為15Hz的信號</p><p>　　else q_15<=q_15+1;f_15<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>

16、;　　if q_16=14 then q_16<=0;f_16<='1'; --此IF語句得到頻率為16Hz的信號</p><p>　　else q_16<=q_16+1;f_16<='0'; </p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if

17、 q_1=239 then q_1<=0;f_1<='1'; --此IF語句得到頻率為1Hz的信號</p><p>　　else q_1<=q_1+1;f_1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if en1='

18、1' then f<=f_15; --此IF語句得到計費脈沖f</p><p>　　elsif en0='1' then f<=f_16;</p><p>　　else f<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p&

19、gt;<p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(f_1)</p><p><b>　　begin</b></p>

20、<p>　　if f_1'event and f_1='1' then</p><p>　　if start='0' then </p><p>　　w<=0;en1<='0';en0<='0';m1<="000";m0<="0000";k

21、1<="0000";k0<="0000";</p><p>　　elsif stop='1' then </p><p>　　if w=59 then w<=0; --此IF語句完成等待計時</p><p>　　if m0="1

22、001" then m0<="0000"; --此IF語句完成分計數 </p><p>　　if m1<="101" then m1<="000";</p><p>　　else m1<=m1+1;</p><p><b>　　end

23、 if;</b></p><p>　　else m0<=m0+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if m1&m0>"0000001"then en1<='1'; --此IF語句得到en1使能信號</

24、p><p>　　else en1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else w<=w+1;en1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>

25、　　elsif fin='1' then </p><p>　　if k0="1001" then k0<="0000"; --此IF語句完成公里脈沖計數</p><p>　　if k1="1001" then k1<="0000";</p

26、><p>　　else k1<=k1+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else k0<=k0+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if k1&k0>"000

27、00010" then en0<='1'; --此IF語句得到en0使能信號</p><p>　　else en0<='0';</p><p>　　end if; </p><p>　　else en1<='0';en0<='0'

28、;;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　cha3<=c3;cha2<=c2;cha1<=c1;cha0<=c0; --費用數據輸出</p><p>　　km1<=k1;km0<=k0;min1<='0'&m

29、1;min0<=m0; --公里數據、分鐘數據輸出</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(f,start)</p><p><b>　　begin</b></p>

30、;<p>　　if start='0' then c3<="0000";c2<="0001";c1<="0000";c0<="0000";</p><p>　　elsif f'event and f='1' then</p><p>

31、　　if c0="1001" then c0<="0000"; --此IF語句完成對費用的計數</p><p>　　if c1="1001" then c1<="0000";</p><p>　　if c2="1001" then c2

32、<="0000";</p><p>　　if c3<="1001" then c3<="0000";</p><p>　　else c3<=c3+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c2

33、<=c2+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c1<=c1+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c0<=c0+1;</p><p><b>　　

34、end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　end behav; </p><p><b>　　圖3仿真波形圖1</b></p><p><b>　　圖

35、4仿真波形圖2</b></p><p><b>　　三、系統(tǒng)測試</b></p><p>　　系統(tǒng)測試過程如下:首先用QuartusⅡ仿真工具對系統(tǒng)進行時序仿真（波形如圖3、圖4）。功能仿真用于綜合前檢查設計的邏輯功能是否符合設計要求,仿真過程中可以通過觀察檢測設計的輸入信號、輸出信號以及內部信號來分析設計的邏輯功能是否實現。如果仿真全部通過無誤的話,就可

36、以進行引腳鎖定,然后下載程序到GW48 系統(tǒng)進行硬件仿真。FPGA 的配置芯片為ACEX1K EP1K30TC114-3,利用在實驗箱上連接好的八片LED 數碼管中的六片,直接觀察結果。測試結果表明,系統(tǒng)設計達到了預期的技術指標要求。</p><p><b>　　四、實驗總結</b></p><p>　　出租車計費器系統(tǒng)的設計已全部完成，能按預期的效果進行模擬汽車啟動

37、、停止、暫停等功能，并設計LED數碼管顯示車費數目。車暫時1分鐘內車費保持不變。若停止則車費清零，等待下一次計費的開始出租車計費系統(tǒng)的設計中體現了ＶＨＤＬ覆蓋面廣，描述能力強，是一個多層次的硬件描述語言及PLD器件速度快，使用方便，便于修改等特點，本設計在實用方面具有一定的價值。</p><p>　　此外，由于是初學EDA及VHDL，難免一些錯誤及不足之處，本系統(tǒng)也存在一定的缺陷，如車費只能顯示到十位，百位無法顯

38、示，暫停也只能顯示10分鐘以內。因此，改進方向可從擴大輸出范圍入手。</p><p>　　最后，衷心感謝文毅老師全程指導及提出的寶貴建議，可以說，沒有文老師，本實驗就不能取得成功。</p><p><b>　　五、心得體會：</b></p><p>　　這次課程設計中，我們主要是運用VHDL語言設計了一個出租車計費器，并且用層次化的設計方法來實

39、現這個電路。在程序編寫結束后，我們還對該程序進行了調試, 能按預期的效果進行模擬汽車啟動、停止、暫停等功能,基本完成課程設計的要求。</p><p>　　通過此次課程設計，我們更進一步的深入了解了VHDL設計語言，并通過使用對它有了更深的體會。對于編程過程中可能遇到的問題有了一定的了解，也明白了其中的一些注意事項，對于下次進行編程設計有很大的幫助和提高。</p><p>　　總之，這次實驗