基于CPLD的出租车计费器

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19姓 名许振跃指导老师林愿2015年9月16日目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc21556 1、 课程设计任务要求 PAGEREF _Toc21556 1 HYPERLINK l _Toc25228 1.1 EDA发展前景 PAGEREF _Toc25228 1 HYPERLINK l _Toc1033 1.2 任务要求 PAGEREF _Toc1033 1 HYPERLINK l _Toc31670 2、设计步骤 PAGEREF _T

2、oc31670 1 HYPERLINK l _Toc31544 2.1 信号输入 PAGEREF _Toc31544 1 HYPERLINK l _Toc6210 2.2 数据转换 PAGEREF _Toc6210 1 HYPERLINK l _Toc16607 2.3 数据显示 PAGEREF _Toc16607 1 HYPERLINK l _Toc4234 3、出租车计费系统的实现 PAGEREF _Toc4234 2 HYPERLINK l _Toc10999 3.1 顶层电路设计 PAGEREF _Toc10999 2 HYPERLINK l _Toc19863 3.2 子模块设计 P

3、AGEREF _Toc19863 2 HYPERLINK l _Toc9586 4、系统仿真 PAGEREF _Toc9586 5 HYPERLINK l _Toc24157 4.1 开始信号的仿真结果 PAGEREF _Toc24157 5 HYPERLINK l _Toc13080 4.2 加速信号仿真结果 PAGEREF _Toc13080 5 HYPERLINK l _Toc13216 4.3 显示的仿真结果 PAGEREF _Toc13216 5 HYPERLINK l _Toc32336 4.4 decoder的仿真结果 PAGEREF _Toc32336 6 HYPERLINK

4、l _Toc8212 5、 下载调试及实验结果 PAGEREF _Toc8212 6 HYPERLINK l _Toc16706 6、设计心得 PAGEREF _Toc16706 7 HYPERLINK l _Toc26236 参考文献 PAGEREF _Toc26236 8 1、 课程设计任务要求1.1 EDA发展前景 EDA技术（即Electronic Design Automation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（Hardware Ddscription Langurage）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

5、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：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。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

6、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。

7、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 3.2.1 taxi的实现模块taxi见下图。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。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

8、里加收50的车费，车停止不计费。图2 taix模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity decoder isport(clk20mhz: in std_logic;money_in:in integer range 0 to 8000;distance_in:in integer range 0 to 8000;scan:out std_logic_vector(7 downto 0);seq7:out std_logic_vector(6 downto 0);dp:out

9、 std_logic);end;architecture one of decoder issignal clk1khz:std_logic;signal data:std_logic_vector(3 downto 0);signal m_one,m_ten,m_hun,m_tho:std_logic_vector(3 downto 0);signal d_one,d_ten,d_hun,d_tho:std_logic_vector(3 downto 0);variable num:integer range 0 to 9;variable dis:integer range 0 to 10

10、0;variable d:std_logic;beginif stop = 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。图3 模块xelsif start = 0 and speedup = 10 and pause = 0 and stop = 0 thenif num = 9 thennum:= 0;distance_reg:= distance_reg + 5;dis:= dis + 5;else num:= num +

11、1;end if;elsif start = 0 and speedup = 11 and pause = 0 and stop = 0 thendistance_reg:= distance_reg + 1;dis:= dis + 1;end if;if dis = 100 thend:= 1;dis:= 0;else d:= 0;end if;if distance_reg = 300 thenif money_reg = 2000 and d = 1 thenmoney_reg:= money_reg + 210;end if;end if;end if;money = money_re

12、g;distance data = m_one; dp = 0; scan data = m_ten; dp = 0; scan data = m_hun; dp = 1; scan data = m_tho; dp = 0; scan data = d_one; dp = 0; scan data = d_ten; dp = 0; scan data = d_hun; dp = 1; scan data = d_tho; dp = 0; scan seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 seq7 = 0000000;end case

13、;end process;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：clk, start, 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

14、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：clk, start, stop, pause, speedup; 输出：money, distance;图6 系统仿真结果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。图9 加速仿真结果 当路程超过3公里后每公里多加1.4元，显示为6.4元。图10 加速仿真结果6、设计心得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Quar

15、tus 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/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Start Compilation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Compiler Tool，在Compiler Tool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

16、模块。所以，我就将书中的程序在Quartus II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。寻找到最合适的频率，就可以让系统达到显示要求。通过这次课程设计，我分析问题，解决问题的能力有了一定的提高。同时，对之前所学的知识也进行了巩固。更重要的是，我发现之前学的很多基础知识是有用的。一旦开始进行工程实践，这些知识将会发挥巨大的作用。所以，我决定在今后的学习过程中重视基础知识的学习，在增强理论基础的同时，再动手进行工程实践。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次设计的每个细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。谢谢您！ 参考文献1. 陈大钦主编，电子技术基础实验，高等教育出版社。2. 彭介华主编，电子技术课程设计指导，高等教育出版社。3. 张 原编著，可编程逻辑器件设计及应用，机械工业出版社。4.荀殿栋，徐志军编著，数字电路