出租车自动计费器设计(课程设计报告)

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1、目目 录录 1 绪论绪论1 1.1 设计背景1 1.2 QUARTUS II 简介1 1.3 VHDL 语言基础 .2 2 出租车计费器总体设计结构出租车计费器总体设计结构2 2.1 系统设计要求和目的2 2.2.1 系统设计要求2 2.2.1 系统设计目的2 2.2 设计思路3 2.3 系统总体结构3 2.4 出租车计费器系统工作流程图4 3 出租车计费器的实现出租车计费器的实现5 3.1 出租车计费器的顶层原理图5 3.2 系统各功能模块的实现5 3.2.1 计费模块 JIFEI5 3.2.2 计量模块 JILIANG.6 3.2.3 显示控制模块 SELTIME7 3.2.4 显示模块

2、DELED .7 4 出租车计费器系统仿真及分析出租车计费器系统仿真及分析8 4.1 计费系统的仿真8 4.2 单元模块的仿真及分析10 4.2.1 译码显示模块的仿真及分析10 4.2.2 显示控制模块的仿真及分析12 4.2.3 计量模块的仿真及分析13 4.2.4 计费模块的仿真及分析13 5 锁定管脚及硬件实现锁定管脚及硬件实现14 5.1 锁定管脚图14 5.2 硬件实现14 5.2.1 显示结果的几种情况15 5.2.2 硬件实现总结16 6 设计体会与总结设计体会与总结17 参考文献参考文献18 附附 录录19 1 JILIANG 模块的 VHDL 编程.19 2 JIFEI 模

3、块的 VHDL 编程21 3 SELTIME 控制模块的 VHDL 编程22 4 DELED 模块的 VHDL 编程 .23 1 1 绪论绪论 1.11.1 设计背景设计背景 随着我国社会经济的全面发展，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。于是，出租车行业以 低价高质的服务给人们带来了出行的享受。但是总存在着买卖纠纷困扰着行业 的发展。而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器。汽车计 价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租 车中最重要的工具，它关系着交易双方的利益。具有良好性能的计价器无论是 对广大

4、出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。因此，汽车计价器的研究 也是具有一定意义的。出租车计费器是出租车营运收费的专用智能化仪表，是 出租车市场规范化，标准化以及减少司机与乘客之间发生纠纷的重要设备。一 种功能完备，简单易用，计量准确的出租车计费器是加强出租车行业管理，提 高服务质量的必需品。本设计就是采用 VHDL 硬件描述语言作为设计手段，采用 自己的设计思路，得到一种出租车计价系统的软件结构，通过 Quartus II 6.0 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，具有一定的实用性。 1.21.2 QUARTUSQUARTUS IIII 简介

5、简介 QUARTUS II 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，内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。QUARTUS II 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。Altera QUARTUS II 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。 1.31.3 VHDLVHDL 语言基础语言基础 一般而言

6、，一个相对完整的 VHDL 语言程序至少应三个基本组成部分：库 （Library）、程序包（Package）使用说明；实体（Entity）说明；实体 对应的结构体（Architecture）说明。其中，库、程序包使用说明用于打开 （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，是可视部分；结构体说明用于描述该设计实体内部工作 的逻辑关系，是不可视部分。在一个实体中，允许含有一个或多个结构体，而 在每一个结构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 计实体进行元件例化，

7、或是为实体选定某个特定的结构体。 2 2 出租车计费器出租车计费器总体设计结构总体设计结构 2.12.1 系统设计要求和目的系统设计要求和目的 2.2.12.2.1 系统设计要求系统设计要求 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。 2.2.12.2.1 系统设计目的系统设计目的 1.通过这次实验设计

8、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 QUARTUS II 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。 2.22.2 设计思路设计思路 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，则每 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

9、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 进行计费。 2.32.3 系统总体结构系统总体结构 图 2-1 系统总体结构图 出租车计费器的组成如上图所示，通过控制模块以高低脉冲模拟出租汽车 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。 2.42.4 出租车计费器系统工

10、作流程图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，整个系统开始工作，进入初始化状态，即计 程从 0 开始，计费从 5.0 元开始。再根据 BREAK 信号判断行驶还是暂停。若是 行驶状态，计费器开始进行里程计数，当里程超过 3 公里时，计费器开始累加， 按每 0.1 公里收费 0.1 元计算，计程器则继续，否则计费器不变。若是暂停状 态，计费器开始进行等候时间计数，当等候时间累计 1 分钟，则每分钟 0.1 元 计费。最后将等候时间、里程、计费都显示出来。 3 3 出租车计费器的实现出租车计费器的实现 3.13.1 出租车计费器的顶层原理图出租

11、车计费器的顶层原理图 图 3-1 出租车计费器顶层原理图 原理图中输入部分分别是 CLK：秒脉冲信号，1 个脉冲代表 1 秒，则 60 个 脉冲表示 1 分钟。CLK1：10 米脉冲信号，1 个脉冲代表 10 米，则 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。 3.23.2 系统各功能模块的实现系统各功能模块的实现 3.2.13.2.1 计费模块计费模块 JIFEIJIFEI 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

12、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 3-2 JIFEI 模块图 3.2.23.2.2 计量模块计量模块 JILIANGJILIANG 图 3-3 JILIANG 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 冲进行计数。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

13、冲，因为 3 公里之内属于起步价，所以前 3 公里内不输出行驶距 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

14、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。 3.2.33.2.3 显示控制模块显示控制模块 SELTIMESELTIME 图 3-4 SELTIME 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

15、。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。 3.2.43.2.4 显示模块显示模块 DELEDDELED 图 3-5 DELED 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 4 出租车计费器系统仿真及分析出租车计费器系统仿真及分析 4.14.1 计费系统的仿真计费系统的仿真 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

16、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+320.1=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+600.1=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，为下次计费的开始 做准备。 4.24.2 单元模块的仿真及分析单元模块的仿真及分析 4.2.14.2.1 译码显示模块的仿真及分析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