EDA设计课程设计出租车计费系统的VHDL设计

1、武汉工业学院计算机系出租车计费系统的vhdl设计课程：eda设计班级：网络工程081姓名：学号：080510122日期：2011-11-28一、设计任务与要求（1）、能够实现计费功能费用的计算是按行驶里程收费，设出租车的起步价是5.00元，当里程小于3km里时，按起步价收费；当里程大于3km时每公里按1.3元计费。等待累计时间超过2min，按每分钟1.5元计费。所以总费用按下式计算：总费用=起步价+（里程-3km）*里程单价+等候时间*等候单价（2）、能够实现显示功能l 显示汽车行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“xxxx”，单价为km。计程范围为099km，计程分辨率为1km。l 显示等候

2、时间：用两位数字显示分钟，显示方式为“xx”。计时范围为059min，计时分辨率为1min。l 显示总费用：用四位数字显示，显示方式为“xxx.x”，单位为元。计价范围为999.9元，计价分辨率为0.1元。二、设计原理根据设计要求，系统的输入信号clk，计价开始信号start，等待信号stop，里程脉冲信号fin。系统得输出信号有：总费用数cha0 cha3，行驶距离km0 km1，等待时间min0 min1 等。系统的元件框图如下：系统有两个脉冲输入信号clk_195、fin，两个控制输入开关start、stop；控制过程为：start作为计费开始开关，当start为高电平时，系统开始根据输

3、入的情况计费。当有乘客上车并开始行驶时，fin脉冲到来，进行行驶计费，此时的stop需要置为0；如需停车等待，就把stop变为高电平，并去除fin输入脉冲，进行等待计费；当乘客下车且不等待时，直接将start置为0，系统停止工作；系统由分频模块、控制模块、计量模块和计费模块四部分组成。计量模块是整个系统实现里程计数和时间计数的重要部分；控制模块是实现不同计费方式的选择部分；设计通过分频模块产生不同频率的脉冲信号来实现系统的计费。计量模块采用1hz的驱动信号，计费模块采用13hz、15hz的驱动信号；计量模块每计数一次，计费模块就实现13次或者15次计数，即为实现计时时的1.5 元/min、计程

4、时的1.3元/km的收费；系统总体顶层框图为：三、设计步骤 （一）、分频模块 分频模块是对系统时钟频率进行分频，分别得到15hz、13hz、1hz三种频率；本设计中通过三种不同频率的脉冲信号实现在计程车在行驶、等待两种情况下的不同计费。原理框图如下： 源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin2 isport ( clk_195 :in std_logic; -频率为195hz的时钟 clk_13

5、: out std_logic; -频率为13hz的时钟 clk_15: out std_logic; -频率为15hz的时钟 clk_1: out std_logic); -频率为1hz的时钟end fenpin2;architecture rt1 of fenpin2 is signal q_13:integer range 0 to 12; -分频器 signal q_15:integer range 0 to 14; -分频器 signal q_1:integer range 0 to 194; -分频器 begin process(clk_195) beginif (clk_195e

6、vent and clk_195=1 )then if q_13=12 then q_13=0;clk_13=1; -此处产生13hz频率的信号 else q_13=q_13+1;clk_13=0; end if;if q_15=14 then q_15=0;clk_15=1; -此处产生15hz频率的信号 else q_15=q_15+1;clk_15=0; end if;if q_1=194 then q_1=0;clk_1=1; -此处产生1hz频率的信号 else q_1=q_1+1;clk_1=0;end if; end if; end process;end rt1;分频模块的仿真

7、波形图为：注：有图中的周期时间可以看出，三种输出的信号脉冲对应的频率比实现了1：13：15；（二）、计量模块 本模块实现对于出租车在行驶和等待过程中的继承和计时功能；当行驶里程大于3km时，本模块中en0信号变为1；当等待时间大于2min时，本模块中en1信号变为1；clk1每来一个上升沿，计量模块实现一次计数，里程数或者等待时间加1；元件框图为：源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jiliang is

8、port( s: in std_logic; -计量开始信号 fin: in std_logic; -里程脉冲信号 stop: in std_logic; -等待信号 clk1: in std_logic; -计量驱动信号 en1,en0:buffer std_logic; -计量输出的控制信号 k1,k0: buffer std_logic_vector(3 downto 0); -里程计数 m1,m0: buffer std_logic_vector(3 downto 0); -时间计数end jiliang;architecture rt2 of jiliang issignal w:i

9、nteger range 0 to 59; -秒计数器beginprocess(clk1)begin if clk1event and clk1=1 then -本语句实现clk1对计量模块的驱动 if s=0 then w=0;en1=0;en0=0;m1=0000;m0=0000;k1=0000;k0=0000; elsif stop=1 then -等待计时开始标志 if w=59 then w=0; if m0=1001 then m0=0000; if m1=0101 then m1=0000; else m1=m1+1; end if; else m000000001then en

10、1=1;-等待时间大于2min输出使能信号en1 else en1=0; end if; else w=w+1;en1=0; end if; elsif fin=1 then -行驶计程开始 if k0=1001 then k0=0000; if k1=1001 then k1=0000; else k1=k1+1; end if; else k000000010 then en0=1; -行驶里程大于3km输出使能信号en0 else en0=0; end if; else en1=0;en0=0; -clk1不驱动，使能信号为0 end if; end if;end process;end

11、 rt2;计量模块的仿真波形图为：注：由图可以看出，在fin脉冲到来时，k1、k0进行计数，en0在每进行一次加法计数时就输出一次高电平；当stop为高电平时，即为进入等待计时，m1、m0进行计数，en1在每进行一次计时计数的时候输出一个高电平；（三）、计费模块 本模块根据输入的clk2信号变化，调节费用的计数，c0、c1、c2、c3分别表示费用的显示。原理框图为：源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity j

12、ifei isport(clk2:in std_logic; -计费驱动信号 start: in std_logic; -计费开始信号 c0,c1,c2,c3: buffer std_logic_vector(3 downto 0);end jifei;architecture rt3 of jifei isbeginprocess(clk2,start)begin if start=0 then c3=0000;c2=0000;c1=0101;c0=0000; -对于起步价进行了限定 elsif clk2event and clk2=1 then if c0=1001 then c0=000

13、0; if c1=1001 then c1=0000; if c2=1001 then c2=0000; if c3=1001 then c3=0000; else c3=c3+1; end if; else c2=c2+1; end if; else c1=c1+1; end if; else c0=c0+1; -完成计费功能 end if; end if;end process;end rt3; 计费模块仿真波形图为：注：由图中可以看出，随着clk2的高电平的到来，c3、c2、c1、c0逐级进行加法计数，当c0计数到九时，产生进位，c1加一；当c1计数到九时，产生进位，c2加一；当c2计数

14、到九时，产生进位，c3加一； 起步价为5元；（四）、控制模块 本模块主要是通过两个不同的输入使能信号，对两个输入脉冲进行选择输出；使能信号是计量模块中的输出，两个输入脉冲是分频模块输出的13hz、15hz的脉冲；本模块实现了双脉冲的二选一；原理框图为：源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity kongzhi isport(ent0,ent1: in std_logic; -输入的使能选择信号 clk_in1:

15、 in std_logic; -输入脉冲 clk_in2: in std_logic; -输入脉冲 clk_out: out std_logic); -输出脉冲end kongzhi;architecture rt4 of kongzhi isbeginprocess(ent0,ent1)begin if ent0=1 then -本语句实现对双脉冲的二选一 clk_out=clk_in1; elsif ent1=1 then clk_out=clk_in2; end if; end process;end rt4;控制模块的仿真波形图为：注：由图中可以看出，当ent0为高电平时，输出为这一时

16、段的clk_in1; 当ent1为高电平时，输出为这一时段的clk_in2;（五）、原件例化(总模块) 本模块用例化语句实现出租车的计费器系统设计， 将各个模块组合在一起；源程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity taxi isport ( clk_195 :in std_logic; -195hz的输入信号 start :in std_logic; -计价开始信号 stop:in std_logic; -等

17、待信号 fin:in std_logic; -里程脉冲信号 cha3,cha2,cha1,cha0:out std_logic_vector(3 downto 0); -计费显示输出 km1,km0:out std_logic_vector(3 downto 0); -里程计数显示 min1,min0: out std_logic_vector(3 downto 0); -等待时间计数 end taxi;architecture behav of taxi is component fenpin2 -本语句实现对分频模块的例化 port(clk_195: in std_logic; clk_1

18、3: out std_logic; clk_15: out std_logic; clk_1 : out std_logic); end component; component jiliang -本语句实现对计量模块的例化 port( s: in std_logic; fin: in std_logic; stop: in std_logic; clk1: in std_logic; en1,en0:buffer std_logic; k1,k0: buffer std_logic_vector(3 downto 0); m1,m0: buffer std_logic_vector(3 do

19、wnto 0); end component; component jifei -本语句实现对计费模块的例化 port(clk2:in std_logic; start: in std_logic; c0,c1,c2,c3: buffer std_logic_vector(3 downto 0); end component; component kongzhi -本语句实现对控制模块的例化 port(ent0,ent1:in std_logic; clk_in1:in std_logic; clk_in2:in std_logic; clk_out:out std_logic); end c

20、omponent;signal tmp1,tmp2,tmp3,tmp4,tmp5,tmp6: std_logic; -定义中间信号量begin u1: fenpin2 port map(clk_195,tmp1,tmp2,tmp3); u2: jiliang port map(start,fin,stop,tmp3,tmp4,tmp5,km1,km0,min1,min0); u3:kongzhi port map(tmp4,tmp5,tmp1,tmp2,tmp6); u4: jifei port map(tmp6,start,cha0,cha1,cha2,cha3);end behav;四、程序仿真波形注：由图中可以看出，当fin脉冲信号到来时，实现了行驶计费,当行驶里程超过三公里，则再按每公里1.3元计费；当stop为高电平，即进入等待计时收费；当等待时间超过2min时，每过一分钟加1.5元，即为实现每等一分钟收费1.5元。结果验证：出租车的起