基于CPLD的出租车计费器剖析

1、等级:课程设计课程名称嵌入式系统课程设计课题名称基于CPLD的出租车计费器专业电子信息工程班级1201学号堂姓名许振跃指导老师林愿2015年9月16日1、课程设计任务要求11.1 EDA发展前景11.2 任务要求12、设计步骤12.1 信号输入12.2 数据转换12.3数据显示13、出租车计费系统的实现23.1顶层电路设计23.2子模块设计2系统仿真4.1开始信号的仿真结果54.2加速信号仿真结果6错误！未定义书签。错误！未定义书签。4.3 显示的仿真结果4.4 decoder的仿真结果5、下载调试及实验结果6、设计心得参考文献71、课程设计任务要求1.1 EDA发展前景EDA技术(即Elec

2、tronicDesignAutomation技术)就是依赖强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL(HardwareDdscriptionLangurage)为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。1.2任务要求CPLD为复杂可编程逻辑器件，通过EDA技术对其进行编程，可将一个较复杂的数字系统集成于一个芯片中，制成专用集成电路芯片，并可随时在系统修改其逻辑功能。并最终完成电路的编程调试。具体要求如下：(1) 实现计费功能，计费标准为：按行驶里程计费，起步价为5.00元，并在车行3

3、Km后按1.40元/Km计费，当计费器达到或超过20元时，每公里加收50%的车费，车停止不计费。(2) 现场模拟功能：能模拟汽车起动、停止、暂停以及加速等状态。(3) 按计动态扫描电路，将车费和路程显示出来，各有两位小数。2、设计步骤2.1信号输入该模块主要实现计费功能和现场模拟功能。计费标准为：按行驶里程计费，起步价为5.00元，并在车行3km后按1.4元/km计费，当计费器达到或超过20元时，每公里加收50%的车费，车停止不计费。并以高低脉冲模拟出租汽车启动、停止、暂停、加速按钮，具有输入信号的作用。2.2 数据转换数据转换模块是一个模为10的加法计数器，可将计费模块输出的车费和路程转换成

4、4位的十进制数。2.3数据显示显示模块是由七段LED数码管译码和动态扫描显示两部分组成。采用的是共阴极七段数码管，根据十六进制数和七段显示段码表的对应关系，其中要求路程和车费都要用2位小数点来表示，所以须设置一个控制小数点的变量，即程序中的dp。这段程序所示的是在数码管的第二、第六个后面显示小数点，实现了路程和车费都用2位小数点表示的功能。数码管控制及译码显示模块将十进制的输入信号用七段数码管显示，由七段发光二极管组成数码显示器，利用字段的不同组合。可分别显示09十个数字。3、出租车计费系统的实现3.1顶层电路设计图1系统总体框图3.2子模块设计3.2.1taxi的实现模块taxi见下图。输入

5、端口speedup,start,pause,stop分别为出租车计费器的加速、起动、暂停、停止按键。实现计费功能，计费标准为：按行驶里程计费，起步价为5.0元，并在车行3Km后按1.40元/Km计费，当计费器达到或超过20元时，每公里加收50%的车费，车停止不计费。Itaxielkmoney12.0-4startdistancefl2.0rstoppause1speedup1.OIinstl图2taix模块libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitydecoderisport(clk20

6、mhz:instdogic;money_in:inintegerrange0to8000;distance_in:inintegerrange0to8000;scan:outstdogic_vector(7downto0);seq7:outstdogic_vector(6downto0);dp:outstdogic);end;architectureoneofdecoderissignalclklkhz:stdogic;signaldata:stdogic_vector(3downto0);signalm_one,m_ten,m_hun,m_tho:stdogic_vector(3downto

7、0);signald_one,d_ten,d_hun,d_tho:stdogic_vector(3downto0);variablenum:integerrange0to9;variabledis:integerrange0to100;variabled:std_logic;beginifstop='1'thenmoney_reg:=0;distance_reg:=0;dis:=0;num:=0;3.2.2 decoder的实现模块decoder见下图。该模块把车费和路程转化为数码管可以显示的信号decoder:iclk20mhzscan7.O1money_in12.0seq7

8、S0>distance_in12.Odpinst图3模块xelsifstart='0'andspeedup="10"andpause='0'andstop='0'thenifnum=9thennum:=0;distance_reg:=distance_reg+5;dis:=dis+5;elsenum:=num+1;endif;elsifstart='O'andspeedup="11"andpause='O'andstop='O'thendistance_

9、reg:=distance_reg+1;dis:=dis+1;endif;ifdis>=100thend:='1'dis:=0;elsed:='0'endif;ifdistance_reg>=300thenifmoney_reg<2000andd='1'thenmoney_reg:=money_reg+140;elsifmoney_reg>=2000andd='1'thenmoney_reg:=money_reg+210;endif;endif;endif;money<=money_reg;dista

10、nce<=distance_reg;endprocess;end;3.2.3 display的实现模块display见下图。经过该八选一模块把车费和路程显示出来。每来一个选通地址，模块就把选到的那一位十进制输入值向后输出，同时在路程的百位和费用的十位显示小数点。实现译码功能。译码管片的选通信号，对输入脉冲进行计数。斜汗闭亍“二占而r两型斤闭亍''-品市陋3j迫门询j3"dp图4模块displayprocess(clklkhz,m_one,m_ten,m_hun,m_tho,d_one,d_ten,d_hun,d_tho)variablecnt:std_logic

11、_vector(2downto0);beginifclklkhz'eventandclklkhz=T'thenent:二ent+1;endif;caseentiswhen"000"=>data<=m_one;dp<='0'scan<="00000001"when"001"=>data<=m_ten;dp<='0'scan<="00000010"when"010"=>data<=m_hun;

12、dp<='1'scan<="00000100"when"011"=>data<=m_tho;dp<='0'scan<="00001000"when"100"=>data<=d_one;dp<='0'scan<="00010000"when"101"=>data<=d_ten;dp<='0'scan<="00100000&

13、quot;when"110"=>data<=d_hun;dp<='1'scan<="01000000"when"111"=>data<=d_tho;dp<='0'scan<="10000000"endcase;endprocess;process(data)begincasedataiswhen"0000"=>seq7<="1111110"when"0001"=&g

14、t;seq7<="0110000"when"0010"=>seq7<="1101101"when"0011"=>seq7<="1111001"when"0100"=>seq7<="0110011"when"0101"=>seq7<="1011011"when"0110"=>seq7<="1011111"when&

15、quot;0111"=>seq7<="1110000"when"1000"=>seq7<="1111111"when"1001"=>seq7<="1111011"whenothers=>seq7<="0000000"endcase;endprocess;end;4、系统仿真4.1开始信号的仿真结果输入端口speedup,start,pause,stop分别为出租车计费器的加速、起动、暂停、停止按键。输入：elk,sta

16、rt,stop,pause,speedup;输出：money,distance;图5开始仿真结果4.2加速信号仿真结果对控制模块taxi进行仿真，观察波形可知，当启动键（start）为一个脉冲时，表示汽车已启动，车费money显示起步价为5.00元，同时路程distance随着计费脉冲开始计数，当停止键（stop）为1时，表示汽车熄火，车费money和路程distance均为0；当暂停键（pause）为1时，车费和路程停止计数；当档位键分别取0、1、2时路程的计数逐步加快，表示车速逐步加快。输入：elk,start,stop,pause,speedup;输出：money,distance;Ti

17、meBar21.275mjjFWer4131帕20E4nsStar!:End>1275inHmm21.28adkB0r«ittB0Hurtt0IUpB0tpB111B1-匚讥1】BIBIdJmtV0一1J"Hl110:101¥1003GOil310lllllllll11111iHI1iilllllllll1111i11iiii1110图6系统仿真结果5、下载调试及实验结果程序下载完后，按下启动键，车费显示起步价为5元。6、设计心得当路程超过3公里后每公里多加1.4元，显示为6.4元。我们这次课程设计的题目是出租车计费器，拿到题目我就有点小激动，因为终于可以利

18、用自己的所学做点与实际生活相关的东西了。首先，我复习的一下VHDL程序设计的基本语法，然后开始熟悉QuartusII的相关操作。包括模块化的编译器。编译器包括的功能模块有分析7综合器，适配器、装配器、时序分析器、设计辅助模块、EDA网表文件生成器、编辑数据接口等。可以通过选择StartCompilation来运行所有的编译器模块，也可以通过选择Start单独运行各个模块。还可以通过选择CompilerTool，在CompilerTool窗口中运行该模块来启动编译器模块。然后，我开始去图书馆找相关的图书，因为当我看了课程设计任务书之后，对于整个程序还是没有把握。所以我希望能够找到相关的程序进行验证，然后修改以符合自己的课程设计的要求。功夫不负有心人，我在图书馆借的几本书中就有和我们课题类似的程序模块。所以，我就将书中的程序在QuartusII中运行了一遍。可是，过程并没有我们想象的那么顺利。我们发现加速功能无法实现，一旦开启加速，数码管就会出现乱码。经过对源代码的一番修改，我们的乱码现象有了一些好转。但是，也并没有完全达到要求。经过在实验箱中的调试，我们终于找到了解决方案，即改变输入的时钟频率。