1.EDA课程设计，用VHDL编程做出租车计费器

EDA课程设计，用VHDL编程做出租车计费器

       è¯¾ç¨‹è®¾è®¡å†…容与要求

       1，用开关按键表示脉冲，每个脉冲代表米，个脉冲1公里，每公里1.4元，能同步显示里程和费用；

       2，低于2公里5元计费，高于2公里总费用=起步费用+（里程-2公里）*里程单价+

       ç­‰å€™æ—¶é—´*等后单价；

       3，等候时间大于2分钟，按每分钟1.3元计费；

       4，可以设定起步价和里程单价。

        一、设计原理与技术方法：

       åŒ…括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；

       è½¯ä»¶è®¾è®¡è¯´æ˜Žä¹¦ä¸Žæµç¨‹å›¾ã€è½¯ä»¶æºç¨‹åºä»£ç ã€è½¯ä»¶è°ƒè¯•æ–¹æ³•ä¸Žè¿è¡Œç»“果说明。

        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。系统的输出信号有：总费用数C0—c3，行驶距离k0—k1，等待时间m0—m1等。系统有两个脉冲输入信号clk_k,flshi动画源码fin,其中clk_k将根据设计要求分频成hz，hz和1hz分别作为公里计费和超时计费的脉冲。两个控制输入开关start，stop；控制过程为：start作为计费开始的开关，当start为高电平时，系统开始根据输入的情况计费。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，

       å¹¶åŽ»é™¤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；价格开始归为起步价5.0元。

        整个设计由分频模块，计量模块，计费模块，控制模块和显示模块五个部分组成。

       å…¶ä¸­è®¡é‡æ¨¡å—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，根据所设计的使能端选择是根据里程计费还是根据等待时间计费，同时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hz，hz的驱动信号；计量模块每计数一次，计量模块就实现次或者次计数，即为实现计时的1.3元/min，计程时的1.4元/km的收费。组成框图如下所示：

       1.百进制模块：

       å®žçŽ°ç™¾ç±³è„‰å†²çš„驱动信号，元件框图如图3所示：

       å›¾3 百进制模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity baijinzhi is

       port(start,clk2: in std_logic; --秒脉冲

        a: out std_logic_vector(3 downto 0));

       end baijinzhi;

       architecture rt1 of baijinzhi is

       signal count_1:std_logic_vector(3 downto 0);

       begin

        a<=count_1;

       process(start,clk2)

        begin

        if(start='0')then

        count_1<="";

        elsif(clk2'event and clk2='1')then

        if(count_1="")then

        count_1<="";

        else

        count_1<=count_1+'1';

        end if;

        end if;

       end process;

       end rt1

       2.计费模块

       ; 实现里程和等候时间的计费并输出到显示，元件框图4如下：

       å›¾4 计费模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       Library IEEE;

       use IEEE.std_logic_.all;

       use IEEE.std_logic_arith.all;

       use IEEE.std_logic_unsigned.all;

       entity jifei is

       port(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 rt1 of jifei is

       begin

       process(clk2,start)

       begin

        if start='0'then c3<="";c2<="";c1<="";c0<=""; --起步价5元

        elsif clk2'event and clk2='1'then

        if c0="" then c0<="";

        if c1="" then c1<="";

        if c2="" then c2<="";

        if c3="" then c3<="";

        else c3<=c3+1;

        end if;

        else c2<=c2+1;

        end if;

        else c1<=c1+1;

        end if;

        else c0<=c0+1;

        end if;

       end if;

       end process;

       end rt1;

       3.公里模块

       å®žçŽ°åŽ†ç¨‹çš„计数和输出计费脉冲，元件框图5如下：

       å›¾5 公里模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity gongli is

       port(clk1,start: in std_logic; --百米脉冲

        k1,k2,k3,k4: out std_logic_vector(3 downto 0); --里程显示

        temp2 : out std_logic);

       end gongli;

       architecture rt1 of gongli is

       signal count_1: std_logic_vector(3 downto 0);

       signal count_2: std_logic_vector(3 downto 0);

       signal count_3: std_logic_vector(3 downto 0);

       signal count_4: std_logic_vector(3 downto 0);

       begin

        k1<=count_1;

        k2<=count_2;

        k3<=count_3;

        k4<=count_4;

        process(start,clk1)

        begin

        if(start='0')then

        count_1<="";

        count_2<="";

        count_3<="";

        count_4<=""; ---公里清零

        elsif(clk1'event and clk1='1')then

        if(count_1="")then --公里计数器

        count_1<="";count_2<=count_2+1;temp2<='1';

        if(count_2="")then

        count_2<="";count_3<=count_3+'1';

        if(count_3="")then

        count_3<="";count_4<=count_4+'1';

        end if;

       end if;

        else

        count_1<=count_1+'1';temp2<='0';

        end if;

        end if;

        end process;

        end rt1;

       4.输出模块

       å®žçŽ°æ‰€æœ‰æ•°æ®çš„输出，元件框图6如下：

       å›¾6 输出模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity shuchu is

       port(y: in std_logic_vector(3 downto 0);

        e: out std_logic_vector(6 downto 0));

       end shuchu;

       architecture rt1of shuchu is

       begin

       process

       begin

        case y is

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when""=>e<="";

        when others=>e<="";

        end case;

       end process;

       end rt1;

       5.显示模块

       å®žçŽ°æ‰€æœ‰æ•°æ®çš„显示，元件框图7如下：

       å›¾7 显示模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity xianshi is

       port(start: in std_logic;

       a:in std_logic_vector(3 downto 0); --选择信号

        c1,c2,c3,c4,out1,out2,out3,out4:in std_logic_vector(3 downto 0); --里程显示,时间显示输入

        y:out std_logic_vector(3 downto 0)); --里程显示,时间显示输出

       end xianshi;

       architecture rt1 of xianshi is

       begin

       process

       begin

        if(start='0')then

        y<="";

        else case a is

        when ""=> y<=c1 ;

        when ""=> y<=c2 ;

        when ""=> y<=c3 ;

        when ""=> y<=c4 ;

        when ""=> y<=out1 ;

        when ""=> y<=out2;

        when ""=> y<=out3 ;

        when ""=> y<=out4;

        when others =>y<= "";

        end case;

        end if;

       end process;

       end rt1;

       6.dian模块

       å›¾8 dian模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity dian is

       port(a: in std_logic_vector(3 downto 0);

        e: out std_logic);

       end dian;

       architecture rt1 of dian is

       begin

       process

       begin

        case a is

        when ""=>e<='1';

        when ""=>e<='1';

        when others=>e<='0';

        end case;

       end process;

       end rt1;

       ä¸‰ã€ä¸­å„个模块设计分析

       ç³»ç»Ÿæ€»ä½“顶层框图如下：

       ç³»ç»Ÿæ€»ä½“顶层框图

       ç¨‹åºæœ€ç»ˆåŠŸèƒ½å®žçŽ°æ³¢å½¢ä»¿çœŸ

       1. 分频模块

       ç”±äºŽå®žéªŒç®±ä¸Šæ²¡æœ‰hz和hz的整数倍时钟信号，因此采用频率较大的khz进行分频，以近似得到hz，hz和1hz的时钟频率。通过以上三种不同频率的脉冲信号实行出租车行驶，等待两种情况下的不同计费。模块元件如下：

        分频模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       Library IEEE;

       use IEEE.std_logic_.all;

       use IEEE.std_logic_arith.all;

       use IEEE.std_logic_unsigned.all;

        entity fenpin is

       port(clk_k:in std_logic; --系统时钟

        clk_:buffer std_logic; --分频

        clk_:buffer std_logic; --分频

        clk_1 : buffer std_logic); --1分频

       end fenpin ;

       architecture rt1 of fenpin is

       signal q_:integer range 0 to ; --定义中间信号量

       signal q_:integer range 0 to ;

       signal q_1:integer range 0 to ;

        begin

        process(clk_k)

        begin

       If(clk_k' event and clk_k='1')then

       If q_= then q_<=0;clk_<=not clk_;

        else q_<=q_+1;

        end if; --得hz频率信号

       If q_= then q_<=0;clk_<=not clk_;

        else q_<=q_+1;

        end if; --得hz频率信号

       If q_1= then q_1<=0;clk_1<=not clk_1;

        else q_1<=q_1+1;

        end if; --得1hz频率信号

       end if;

       end process;

        end rt1；

       2. 计量模块

       è®¡é‡æ¨¡å—主要完成计时和计程功能。

       è®¡æ—¶éƒ¨åˆ†ï¼šè®¡ç®—乘客的等待累积时间，当等待时间大于2min时，本模块中en1使能信号变为1；当clk1每来一个上升沿，计时器就自增1，计时器的量程为min，满量程后自动归零。

       è®¡ç¨‹éƒ¨åˆ†ï¼šè®¡ç®—乘客所行驶的公里数，当行驶里程大于2km时，本模块中en0使能信号变为1；当clk每来一个上升沿，计程器就自增1，计程器的量程为km，满量程后自动归零。

       å…ƒä»¶æ¡†å›¾ä¸ºï¼š

       è®¡é‡æ¨¡å—框图

       è®¡é‡æ¨¡å—仿真波形为：

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_arith.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all;

       entity jiliang is

       port(start:in std_logic; --计费开始信号

        fin:in std_logic; --里程脉冲信号

        stop:in std_logic; --行驶中途等待信号

        clk1:in std_logic; --驱动脉冲

        en1,en0:buffer std_logic; --计费单价使能信号

        k1,k0:buffer std_logic_vector(3 downto 0); --行驶公里计数

        m1,m0:buffer std_logic_vector(3 downto 0)); --等待时间计数

       end jiliang;

       architecture rt2 of jiliang is

       signal w:integer range 0 to ; --计时范围0~

       begin

       process(clk1)

       begin

       if(clk1'event and clk1='1')then

        if start='0' then

        w<=0;en1<='0';en0<='0';m1<="";

        m0<="";k1<="";k0<="";

       elsif stop='1' then --计时开始信号

        if w= then

        w<=0;

        else w<=w+1;

       end if;

       if m0="" then

        m0<="";

       if m1="" then

        m1<="";

       else m1<=m1+1;

       end if;

       else m0<=m0+1;

       end if;

       if stop='1' then en0<='0';

       if m1&m0>"" then en1<='1'; --若等待时间大于2min则en1ç½®1

       else en1<='0';

       end if;

       end if;

       elsif fin='1' then --里程计数开始

       if k0="" then k0<="";

       if k1="" then k1<=""; --计程范围0~

       else k1<=k1+1;

       end if;

       else k0<=k0+1;

       end if;

       if stop='0' then

       en1<='0';

       if k1&k0>"" then

       en0<='1'; --若行使里程大于2km，则en0ç½®1

       else en0<='0';

       end if;

       end if;

       end if;

       end if;

       end process;

       end rt2;

       3. 控制模块

        本模块主要是通过计量模块产生的两个不同的输入使能信号en0，en1，对每个分频模块输出的hz，hz的脉冲进行选择输出的过程；本模块实现了双脉冲的二选一；最终目的为了计费模块中对行驶过程中不同的时段进行计价。

       æ¨¡å—元件如下：

       æŽ§åˆ¶æ¨¡å—框图

       æŽ§åˆ¶æ¨¡å—仿真波形为：

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       Library IEEE;

       use IEEE.std_logic_.all;

       use IEEE.std_logic_arith.all;

       use IEEE.std_logic_unsigned.all;

        entity kongzhi is

       port(en0,en1:in std_logic; --使能选择信号

        clk_in1:in std_logic; --分频输入信号

        clk_in2:in std_logic; --分频输入信号

        clk_out:out std_logic); --输出信号

        end kongzhi;

        architecture rt3 of kongzhi is

       begin

       process(en0,en1)

       begin

        if en0='1' then --实现二选一功能

        clk_out<=clk_in1;

        elsif en1='1' then

        clk_out<=clk_in2;

        end if;

        end process;

       end rt3;

       4.计费模块

        当计费信号start一直处于高电平即计费状态时，本模块根据控制模块选择出的信号从而对不同的单价时段进行计费。即行程在2km内，而且等待累计时间小于2min则为起步价5元；2km外以每公里1.4.元计费，等待累积时间超过2min则按每分钟1.3元计费。c0，c1，c2，c3分别表示费用的显示。

       æ¨¡å—元件为：

       è®¡è´¹æ¨¡å—框图

       è®¡è´¹æ¨¡å—仿真波形为：

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       Library IEEE;

       use IEEE.std_logic_.all;

       use IEEE.std_logic_arith.all;

       use IEEE.std_logic_unsigned.all;

       entity jifei is

       port(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 rt4 of jifei is

       begin

       process(clk2,start)

       begin

        if start='0'then c3<="";c2<="";c1<="";c0<=""; --起步价5元

        elsif clk2'event and clk2='1'then

        if c0="" then c0<="";

        if c1="" then c1<="";

        if c2="" then c2<="";

        if c3="" then c3<=""; --计价范围0~.9

        else c3<=c3+1;

        end if;

        else c2<=c2+1;

        end if;

        else c1<=c1+1;

        end if;

        else c0<=c0+1;

        end if;

       end if;

       end process;

       end rt4;

       5.显示模块

        显示模块完成计价，计时和计程数据显示。计费数据送入显示模块进行译码，最后送至以百元，十元，元，角为单位对应的数码管上显示。计时数据送入显示模块进行译码，最后送至以分为单位对应的数码管上显示。计程数据送入显示模块进行译码，最后送至以km为单位的数码管上显示。

        模块元件为：

        显示模块框图

       æºç¨‹åºå¦‚下：

       library ieee;

       use ieee.std_logic_.all;

       use ieee.std_logic_unsigned.all; --定义库包

       entity xianshi is --定义实体

       port(

        clk_scan:in std_logic; --扫描时钟信号端口设置

        c3,c2,c1,c0:in std_logic_vector(3 downto 0); --总费用输入端口

        k0,k1:in std_logic_vector(3 downto 0); --里程输入端口

        m0,m1:in std_logic_vector(3 downto 0); --等待时间输入端口

        sel:out std_logic_vector(2 downto 0); --控制数码管位选信号的扫描信号输出端口

        led:out std_logic_vector(6 downto 0); --数码管的控制端口

        led_dp:out std_logic --数码管的小数点输出端口

        );

       end xianshi;

       architecture rt5 of xianshi is

       signal duan:std_logic_vector(6 downto 0); --数码显示管中间变量

       signal shuju:std_logic_vector(3 downto 0); --选择输入端的中间变量

       signal cnt:std_logic_vector(2 downto 0); --控制数码管的中间变量

       signal xiaodian:std_logic; --小数点的中间变量

       begin

       process(clk_scan) --开始进程

       begin

        if clk_scan'event and clk_scan='1' then

        cnt<=cnt+1; --每有一个扫描信号上升沿实现加1扫描

        end if;

       end process; --结束进程

       process(cnt) --开始进程(选择扫描显示数码管)

       begin

        case cnt is --扫描时给每个数码管赋值

        when ""=>shuju<=c0;

        when ""=>shuju<=c1;

        when ""=>shuju<=c2;

        when ""=>shuju<=c3;

        when ""=>shuju<=k0;

        when ""=>shuju<=k1;

        when ""=>shuju<=m0;

        when ""=>shuju<=m1;

        when others=> null;

        end case;

        if (cnt="" or cnt="")

        then xiaodian<='1'; --在里程和总费用的个位处显示小数点

        else xiaodian<='0';

        end if;

       end process; --结束进程

       process(shuju) --开始进程(译码显示)

       begin

        case shuju is

        when ""=>duan<=""; --0

        when ""=>duan<=""; --1

        when ""=>duan<=""; --2

        when ""=>duan<=""; --3

        when ""=>duan<=""; --4

        when ""=>duan<=""; --5

        when ""=>duan<=""; --6

        when ""=>duan<=""; --7

        when ""=>duan<=""; --8

        when ""=>duan<=""; --9

        when others=>null;

        end case;

       end process;

       sel<=cnt;

       led<=duan;

       led_dp<=xiaodian;

       end rt5;

       äºŒã€è¯¾ç¨‹è®¾è®¡å·¥ä½œè®°å½•ï¼š

       åŒ…括：设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明

       2.课题完成结果说明：

       æ­¤è®¡è´¹å™¨èƒ½å®žçŽ°èµ·æ­¥ä»·æ˜¯5元；实现实验要求的1公里计费一次单价，行驶公里大于2km时每公里按1.4元计费并能显示里程和总共的费用。当行驶了6公里，等待了4分钟时，费用显示为.8元。与计算公式总费用=起步费用+（里程-2公里）*里程单价+等候时间*等后单价；即.8=5+（6-2）*1.4+4*1.3。实验结果与理论结果完全一致，实验设计成功。