出租车自动计费器设计课程设计报告模板文档格式.docx

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QUARTUSII是Altera公司的综合性CPLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL等多种设计输入形式，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CPLD设计流程。

QUARTUSII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。

1.3VHDL语言根底

一般而言，一个相对完整的VHDL语言程序至少应三个根本组成局部：

①库〔Library〕、程序包〔Package〕使用说明；

②实体〔Entity〕说明；

③实体对应的构造体〔Architecture〕说明。

其中，库、程序包使用说明用于翻开〔调用〕本设计实体将要用到的库、程序包；

实体说明用于描述该设计实体与外界的接口信号说明，是可视局部；

构造体说明用于描述该设计实体部工作的逻辑关系，是不可视局部。

在一个实体中，允许含有一个或多个构造体，而在每一个构造体中又可以含有一个或多个进程以及其他的语句。

根据需要，实体还可以有配置说明语句。

配置说明语句主要用于以层次化的方式对特定的设计实体进展元件例化，或是为实体选定某个特定的构造体。

2出租车计费器总体设计构造

2.1系统设计要求和目的

2.2.1系统设计要求

1.起步价为5.0元，起步公里为3公里；

2.超过3公里，每公里按1元收费，也可每0.1公里按0.1元收费；

3.等候时间累计1分钟，按每分钟0.1元收费；

4.用三个数码管显示总金额，最大值为99.9元；

用三个数码管显示总里程，最大值99.9公里；

用两个数码管显示等待时间，最大值99分钟。

2.2.1系统设计目的

1.通过这次实验设计使我们加深对EDA技术与数字系统设计相关理论和概念的理解，培养我们的理论联系实际的能力，特别是实际动手能力。

2.学习使用QUARTUSII软件设计。

3.根据原理图学会用VHDL语言设计时序电路。

4.学会绘制功能仿真波形图。

2.2设计思路

根据设计要求，电路具有计时、计程、计费功能，用数码管显示行驶公里数、等待时间、收费金额，行车里程和等待时间的处理电路将汽车行驶的里程数、转换成与之成正比的计费脉冲，然后由计费电路转换成收费金额，实验中以一个脉冲模拟汽车前进十米，那么每100个脉冲表示1公里，3公里以后每0.1公里产生一个计费脉冲，一个1HZ的脉冲用来表示等待时间，60个脉冲代表1分钟，1分钟即60个脉冲产生一个等待计费脉冲，然后用计费电路对计费脉冲进展计费。

2.3系统总体构造

图2-1系统总体构造图

出租车计费器的组成如上图所示，通过控制模块以上下脉冲模拟出租汽车启动、行驶、暂停，具有控制作用；

通过控制模块控制出租车的状态来选择出租车是计里程还是计等待时间，相应产生的时间计费脉冲信号和里程脉冲信号来计费，译码/动态扫描模块将等待时间、路程与费用的数值译码后用动态扫描的方式驱动数码管；

数码管显示模块将里程数、等待时间和计费金额用数码管显示。

2.4出租车计费器系统工作流程图

图2-2出租车计费系统工作流程图

出租车载客后，启动计费器，整个系统开场工作，进入初始化状态，即计程从0开场，计费从5.0元开场。

再根据BREAK信号判断行驶还是暂停。

假设是行驶状态，计费器开场进展里程计数，当里程超过3公里时，计费器开场累加，按每0.1公里收费0.1元计算，计程器那么继续，否那么计费器不变。

假设是暂停状态，计费器开场进展等候时间计数，当等候时间累计1分钟，那么每分钟0.1元计费。

最后将等候时间、里程、计费都显示出来。

3出租车计费器的实现

3.1出租车计费器的顶层原理图

图3-1出租车计费器顶层原理图

原理图中输入局局部别是CLK：

秒脉冲信号，1个脉冲代表1秒，那么60个脉冲表示1分钟。

CLK1：

10米脉冲信号，1个脉冲代表10米，那么10个脉冲表示100米，100个脉冲代表1公里。

START:

计程车开启信号；

DRIVE：

计费器启动信号；

BREAK：

等待信号，SEL为计数控制信号输出端。

3.2系统各功能模块的实现

3.2.1计费模块JIFEI

计费〔JIFEI〕模块也是本系统的核心，完成起步价计费，等待时间计费，里程计费功能。

计费器启动，显示起步价5.0元，之后每来一个行驶里程计费脉冲或者等待时间计费脉冲，计费金额自动加0.1元。

计费显示用3位数码管，所以计费最大值为99.9元。

其中CH2表示费用的十位，CHI表示费用的个位，CH0表示费用的十分位。

B为等待时间计费脉冲信号或里程计费脉冲信号。

图3-2JIFEI模块图

3.2.2计量模块JILIANG

图3-3JILIANG模块图

本模块是系统的核心模块之一，能够对外部的行驶距离脉冲、等待时间脉冲进展计数。

因为行驶距离每脉冲代表10米，所以计满100个数就输出一个行驶距离计费脉冲，因为3公里之属于起步价，所以前3公里不输出行驶距离计费脉冲，因为用3位数码管来显示行驶距离，其中两位整数，一位小数，所以行驶距离最小分辨率为0.1公里，行驶距离脉冲每计10个数，行驶距离输出加0.1，行驶距离最大值为99.9公里。

其中KM2为里程的十位，KM1为里程的个位，KM0为里程的十分位。

等待时间脉冲频率为1HZ，所以一个脉冲代表1秒，60个等待脉冲是1分钟，输出等待时间加1，等待时间满1分钟计一次费，所以对等待时间脉冲计数，计满60个数就输出一个等待计费脉冲。

等待时间最大值为99分钟。

MIN1为等待时间的十位，MIN0为等待时间的个位。

将行驶距离、等待时间送到SELTIME模块，时间与里程计费脉冲送到计费模块完成里程、等待时间的计费功能。

B1为超过3公里后，每0.1公里产生的计费脉冲。

B2为每等待一分钟产生的计费脉冲。

3.2.3显示控制模块SELTIME

图3-4SELTIME模块图

SELTIME模块起显示控制作用，控制等待时间、行驶里程、费用在数码管上的显示位置。

sel为计数控制信号输出端，功能主要是利用其计数的八个状态，使daout在其每个状态下选择某一输入数据，进而将选择的的数据送入到DELED模块。

dp为小数点脉冲控制信号，当该模块输出的值为里程的个位、费用的个位时，需要考虑小数点的存在，即此时dp=‘1’，在其他不需要小数点的情况下，dp=‘0’，最后dp将信号输出到DELED模块。

3.2.4显示模块DELED

图3-5DELED模块图

DELED模块把送入的每个四位数据转换为7段码送出显示，能够使数码管正常显示送入的数据。

其中DP为小数点输入信号。

4出租车计费器系统仿真及分析

4.1计费系统的仿真

图4-1出租车启动时计费系统功能仿真图

由图4-1可知，当出租车未启动时，里程、等待时间、费用均为0。

出租车刚启动时，里程、等待时间为0，费用为出租车起步价5元。

图4-2出租车等待时计费系统功能仿真图

由图4-2可知，当出租车在等待过程中，行驶里程16.2公里，等待时间为32分钟时，出租车的费用为：

5+〔16.2-3〕×

1+32×

0.1=21.4元，与仿真结果一致。

图4-3出租车行驶时计费系统功能仿真图

由图4-3可知，当出租车行驶到66.6千米，等待时间60分钟时，由仿真结果可得出费用为74.6元；

根据设计要求计算可得费用为：

5+〔66.6-3〕×

1+60×

0.1=74.6元。

仿真结果与计算值一致，验证了设计的正确性。

图4-4出租车停车时计费系统功能仿真图

当出租车停车时，出租车上的时间、里程和费用清零，为下次计费的开场做准备。

4.2单元模块的仿真及分析

4.2.1译码显示模块的仿真及分析

图4-5译码显示模块的功能仿真图

图4-5为译码显示模块的功能仿真波形图，DP、S为信号输入端，也是显示控制模块的信号输出端口，ABCDEFGH八个端口为八位二进制的输出端口。

假设DOUT=“HGFEDCBA〞,由上图可以看出：

1.DP=0时：

当S（3downto0）=〞0000”,那么DOUT=〞00111111”；

当S（3downto0）=〞0001”,那么DOUT=〞00000110”；

当S（3downto0）=〞0010”,那么DOUT=〞01011011”；

当S（3downto0）=〞0011”,那么DOUT=〞01001111”；

当S（3downto0）=〞0100”,那么DOUT=〞01100110”；

当S（3downto0）=〞0101”,那么DOUT=〞01101101”；

当S（3downto0）=〞0110”,那么DOUT=〞01111101”；

当S（3downto0）=〞0111”,那么DOUT=〞00000111”；

当S（3downto0）=〞1000”,那么DOUT=〞01111111”；

当S（3downto0）=〞1001”,那么DOUT=〞01101111”；

当S（3downto0）等于上述值以外的值时，那么DOUT=〞00000000”。

2.DP=1时：

当S（3downto0）=〞0000”,那么DOUT=〞10111111”；

当S（3downto0）=〞0001”,那么DOUT=〞10000110”；

当S（3downto0）=〞0010”,那么DOUT=〞11011011”；

当S（3downto0）=〞0011”,那么DOUT=〞11001111”；

当S（3downto0）=〞0100”,那么DOUT=〞11100110”；

当S（3downto0）=〞0101”,那么DOUT=〞11101101”；

当S（3downto0）=〞0110”,那么DOUT=〞11111101”；

当S（3downto0）=〞0111”,那么DOUT=〞10000111”；

当S（3downto0）=〞1000”,那么DOUT=〞11111111”；

当S（3downto0）=〞1001”,那么DOUT=〞11101111”；

当S（3downto0）等于上述值以外的值时，那么DOUT=〞10000000”。

4.2.2显示控制模块的仿真及分析

图4-6显示控制模块的功能仿真图

图4-6为显示控制模块功能仿真图，其中clk为时钟脉冲输入端，sel为计数控制信号输出端，daout为sel所控制状态下的输出到数码管的位选信号，dp为小数点控制输