綜合實(shí)驗(yàn)---出租車(chē)計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　綜合實(shí)驗(yàn)</b></p><p>　　——出租車(chē)計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子技術(shù)的核心已日趨轉(zhuǎn)向基于計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，即EDA（Electronic Design Automation）技術(shù)。EDA技術(shù)就是依

2、賴(lài)功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語(yǔ)言HDL（Hardware Description Language）為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、布局布線以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。EDA技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和EDA軟件來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)，這是電子設(shè)計(jì)技術(shù)的一個(gè)巨大進(jìn)步。</p><p&g

3、t;　　本學(xué)期，學(xué)校開(kāi)設(shè)了EDA和VHDL課程的學(xué)習(xí)，而學(xué)習(xí)一門(mén)編程語(yǔ)言，最好的方法莫過(guò)于在一個(gè)完整的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中進(jìn)行。因此，EDA綜合實(shí)驗(yàn)就是一個(gè)最好的學(xué)習(xí)實(shí)踐機(jī)會(huì)。</p><p>　　隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展,各大中小城市的出租車(chē)營(yíng)運(yùn)事業(yè)發(fā)展迅速,出租車(chē)已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普遍的交通工具。出租車(chē)計(jì)價(jià)器是出租車(chē)營(yíng)運(yùn)收費(fèi)的專(zhuān)用智能化儀表是出租車(chē)市場(chǎng)規(guī)范化、 標(biāo)準(zhǔn)化以及減少司機(jī)與乘客之間發(fā)生糾紛的重要

4、設(shè)備。一種功能完備、簡(jiǎn)單易用、計(jì)量準(zhǔn)確的出租車(chē)計(jì)價(jià)器是加強(qiáng)出租車(chē)行業(yè)管理、提高服務(wù)質(zhì)量的必備品。本實(shí)驗(yàn)就是采用VHDL硬件描述語(yǔ)言作為設(shè)計(jì)手段,采用自頂向下的設(shè)計(jì)思路,得到一種出租車(chē)計(jì)價(jià)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu),通過(guò)在 Quartus II軟件下進(jìn)行模擬仿真,并進(jìn)行相應(yīng)的硬件下載調(diào)試,證明所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)完成了出租車(chē)計(jì)價(jià)器的功能,各技術(shù)指標(biāo)符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn),具有一定實(shí)用性。</p><p><b>　　一、實(shí)驗(yàn)任務(wù)及

5、要求</b></p><p>　　1.能實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)功能，計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為：按行駛里程收費(fèi)，起步費(fèi)為10.00元，并在車(chē)行3公里后再按1.6元/公里，車(chē)暫停時(shí)，停車(chē)一分鐘之后開(kāi)始加價(jià)，每分鐘增加2.5元。</p><p>　　2. 實(shí)現(xiàn)預(yù)置功能：能預(yù)置起步費(fèi)、每公里收費(fèi)、車(chē)行加費(fèi)里程。</p><p>　　3. 實(shí)現(xiàn)模擬功能：能模擬汽車(chē)啟動(dòng)、停止、暫停等狀態(tài)。&l

6、t;/p><p>　　4. 設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)掃描電路：將車(chē)費(fèi)及暫停時(shí)間顯示出來(lái)。</p><p>　　5. 用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)符合上述功能要求的出租車(chē)計(jì)費(fèi)器，并用層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)該電路。</p><p>　　6. 綜合仿真驗(yàn)證，并通過(guò)有關(guān)波形確認(rèn)電路設(shè)計(jì)是否正確。</p><p>　　7. 完成電路全部設(shè)計(jì)后，通過(guò)GW48系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱下載驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性

7、。</p><p><b>　　二、實(shí)驗(yàn)原理</b></p><p>　　圖1出租車(chē)計(jì)價(jià)器流程圖</p><p><b>　　圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　接口部分定義如下：</b></p><p>　　輸入：clk_240，系統(tǒng)時(shí)

8、鐘，頻率為240Hz;</p><p>　　Start，啟動(dòng)信號(hào)，當(dāng)start=1時(shí)，汽車(chē)啟動(dòng)，開(kāi)始計(jì)價(jià); 當(dāng)start=0時(shí)，清零;</p><p>　　Stop，暫時(shí)計(jì)時(shí)信號(hào)，當(dāng)stop-1時(shí)，中途暫停，開(kāi)始計(jì)時(shí);當(dāng)stop=0時(shí)，再次出發(fā);</p><p>　　Fin，汽車(chē)車(chē)速脈沖信號(hào)，是一個(gè)與隨著車(chē)速變化而變化的脈沖信號(hào)。</p><p&

9、gt;　　輸出：cha2，cha1，cha0，分別為價(jià)錢(qián)的十位，個(gè)位和角位;</p><p>　　Km1，km0，分別為行駛公里數(shù)的十位，個(gè)位;</p><p>　　Min0，暫時(shí)分鐘數(shù)輸出。</p><p>　　接口部分源程序如下：</p><p>　　port ( clk_240 :in std_logic;

10、 --頻率為240Hz的時(shí)鐘 </p><p>　　start :in std_logic; --計(jì)價(jià)使能信號(hào)</p><p>　　stop:in std_logic; --等待信號(hào)</p&g

11、t;<p>　　fin:in std_logic; --公里脈沖信號(hào)</p><p>　　cha2,cha1,cha0:out std_logic_vector(3 downto 0); --費(fèi)用數(shù)據(jù)</p><p>　　km1,km0:out std_logic_vector(3 downto 0);

12、 --公里數(shù)據(jù) </p><p>　　min0: out std_logic_vector(3 downto 0)); --等待時(shí)間 </p><p><b>　　計(jì)價(jià)部分原理如下：</b></p><p>　　起步價(jià)10元，3公里內(nèi)10元，超出3公里部分，每公里1.6元，車(chē)暫停時(shí)

13、，2分鐘內(nèi)不加價(jià)，超出2分鐘部分，每分鐘2.5元;</p><p>　　計(jì)費(fèi)部分源程序如下：</p><p>　　feipin:process(clk_240,start)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if clk_240'event and clk_240='1&

14、#39; then</p><p>　　if start='0' then q_15<=0;q_16<=0;f_15<='0';f_16<='0';f_1<='0';f<='0';</p><p><b>　　else</b></p>&l

15、t;p>　　if q_15=15 then q_15<=0;f_15<='1'; --此IF語(yǔ)句得到頻率為15Hz的信號(hào)</p><p>　　else q_15<=q_15+1;f_15<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>

16、;　　if q_16=14 then q_16<=0;f_16<='1'; --此IF語(yǔ)句得到頻率為16Hz的信號(hào)</p><p>　　else q_16<=q_16+1;f_16<='0'; </p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if

17、 q_1=239 then q_1<=0;f_1<='1'; --此IF語(yǔ)句得到頻率為1Hz的信號(hào)</p><p>　　else q_1<=q_1+1;f_1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if en1='

18、1' then f<=f_15; --此IF語(yǔ)句得到計(jì)費(fèi)脈沖f</p><p>　　elsif en0='1' then f<=f_16;</p><p>　　else f<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p&

19、gt;<p><b>　　end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(f_1)</p><p><b>　　begin</b></p>

20、<p>　　if f_1'event and f_1='1' then</p><p>　　if start='0' then </p><p>　　w<=0;en1<='0';en0<='0';m1<="000";m0<="0000";k

21、1<="0000";k0<="0000";</p><p>　　elsif stop='1' then </p><p>　　if w=59 then w<=0; --此IF語(yǔ)句完成等待計(jì)時(shí)</p><p>　　if m0="1

22、001" then m0<="0000"; --此IF語(yǔ)句完成分計(jì)數(shù) </p><p>　　if m1<="101" then m1<="000";</p><p>　　else m1<=m1+1;</p><p><b>　　end

23、 if;</b></p><p>　　else m0<=m0+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if m1&m0>"0000001"then en1<='1'; --此IF語(yǔ)句得到en1使能信號(hào)</

24、p><p>　　else en1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else w<=w+1;en1<='0';</p><p><b>　　end if;</b></p><p>

25、　　elsif fin='1' then </p><p>　　if k0="1001" then k0<="0000"; --此IF語(yǔ)句完成公里脈沖計(jì)數(shù)</p><p>　　if k1="1001" then k1<="0000";</p

26、><p>　　else k1<=k1+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else k0<=k0+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　if k1&k0>"000

27、00010" then en0<='1'; --此IF語(yǔ)句得到en0使能信號(hào)</p><p>　　else en0<='0';</p><p>　　end if; </p><p>　　else en1<='0';en0<='0'

28、;;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　cha3<=c3;cha2<=c2;cha1<=c1;cha0<=c0; --費(fèi)用數(shù)據(jù)輸出</p><p>　　km1<=k1;km0<=k0;min1<='0'&m

29、1;min0<=m0; --公里數(shù)據(jù)、分鐘數(shù)據(jù)輸出</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　process(f,start)</p><p><b>　　begin</b></p>

30、;<p>　　if start='0' then c3<="0000";c2<="0001";c1<="0000";c0<="0000";</p><p>　　elsif f'event and f='1' then</p><p>

31、　　if c0="1001" then c0<="0000"; --此IF語(yǔ)句完成對(duì)費(fèi)用的計(jì)數(shù)</p><p>　　if c1="1001" then c1<="0000";</p><p>　　if c2="1001" then c2

32、<="0000";</p><p>　　if c3<="1001" then c3<="0000";</p><p>　　else c3<=c3+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c2

33、<=c2+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c1<=c1+1;</p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　else c0<=c0+1;</p><p><b>　　

34、end if;</b></p><p><b>　　end if;</b></p><p>　　end process;</p><p>　　end behav; </p><p><b>　　圖3仿真波形圖1</b></p><p><b>　　圖

35、4仿真波形圖2</b></p><p><b>　　三、系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p>　　系統(tǒng)測(cè)試過(guò)程如下:首先用QuartusⅡ仿真工具對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)序仿真（波形如圖3、圖4）。功能仿真用于綜合前檢查設(shè)計(jì)的邏輯功能是否符合設(shè)計(jì)要求,仿真過(guò)程中可以通過(guò)觀察檢測(cè)設(shè)計(jì)的輸入信號(hào)、輸出信號(hào)以及內(nèi)部信號(hào)來(lái)分析設(shè)計(jì)的邏輯功能是否實(shí)現(xiàn)。如果仿真全部通過(guò)無(wú)誤的話,就可

36、以進(jìn)行引腳鎖定,然后下載程序到GW48 系統(tǒng)進(jìn)行硬件仿真。FPGA 的配置芯片為ACEX1K EP1K30TC114-3,利用在實(shí)驗(yàn)箱上連接好的八片LED 數(shù)碼管中的六片,直接觀察結(jié)果。測(cè)試結(jié)果表明,系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)要求。</p><p><b>　　四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)</b></p><p>　　出租車(chē)計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已全部完成，能按預(yù)期的效果進(jìn)行模擬汽車(chē)啟動(dòng)

37、、停止、暫停等功能，并設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管顯示車(chē)費(fèi)數(shù)目。車(chē)暫時(shí)1分鐘內(nèi)車(chē)費(fèi)保持不變。若停止則車(chē)費(fèi)清零，等待下一次計(jì)費(fèi)的開(kāi)始出租車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中體現(xiàn)了ＶＨＤＬ覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)，是一個(gè)多層次的硬件描述語(yǔ)言及PLD器件速度快，使用方便，便于修改等特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)在實(shí)用方面具有一定的價(jià)值。</p><p>　　此外，由于是初學(xué)EDA及VHDL，難免一些錯(cuò)誤及不足之處，本系統(tǒng)也存在一定的缺陷，如車(chē)費(fèi)只能顯示到十位，百位無(wú)法顯

38、示，暫停也只能顯示10分鐘以?xún)?nèi)。因此，改進(jìn)方向可從擴(kuò)大輸出范圍入手。</p><p>　　最后，衷心感謝文毅老師全程指導(dǎo)及提出的寶貴建議，可以說(shuō)，沒(méi)有文老師，本實(shí)驗(yàn)就不能取得成功。</p><p><b>　　五、心得體會(huì)：</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)中，我們主要是運(yùn)用VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一個(gè)出租車(chē)計(jì)費(fèi)器，并且用層次化的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)

39、現(xiàn)這個(gè)電路。在程序編寫(xiě)結(jié)束后，我們還對(duì)該程序進(jìn)行了調(diào)試, 能按預(yù)期的效果進(jìn)行模擬汽車(chē)啟動(dòng)、停止、暫停等功能,基本完成課程設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我們更進(jìn)一步的深入了解了VHDL設(shè)計(jì)語(yǔ)言，并通過(guò)使用對(duì)它有了更深的體會(huì)。對(duì)于編程過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題有了一定的了解，也明白了其中的一些注意事項(xiàng)，對(duì)于下次進(jìn)行編程設(shè)計(jì)有很大的幫助和提高。</p><p>　　總之，這次實(shí)驗(yàn)