電子課程設(shè)計--基于verilog的出租車計費器

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計</b></p><p>　　基于Verilog的出租車計費器</p><p>　　學(xué)院：電子信息工程學(xué)院</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　0引言</b></p><p>&

2、lt;b>　　1設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　2總體框圖</b></p><p><b>　　3器件選擇</b></p><p><b>　　4功能模塊</b></p><p>　　5 Verilog HDL程序</p>&

3、lt;p><b>　　6功能仿真</b></p><p><b>　　7硬件下載</b></p><p><b>　　8總結(jié)</b></p><p>　　基于Verilog_HDL的出租車計費器</p><p><b>　　引言</b></p&

4、gt;<p>　　Verilog HDL是一種硬件描述語言（HDL:Hardware Discription Language），是一種用文本形式來描述數(shù)字系統(tǒng)硬件的結(jié)構(gòu)和行為的語言，用它可以表示邏輯電路圖、邏輯表達(dá)式，還可以表示數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的邏輯功能。</p><p>　　Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的兩種硬件描述語言，都是在20世紀(jì)80年代中期開發(fā)出來的。現(xiàn)在，隨著系

5、統(tǒng)級FPGA以及片上系統(tǒng)的出現(xiàn)，軟硬件協(xié)同設(shè)計和系統(tǒng)設(shè)計變得越來越重要。傳統(tǒng)意義上的硬件設(shè)計越來越傾向于與系統(tǒng)設(shè)計和軟件設(shè)計相結(jié)合。</p><p>　　隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對出租車計費器的要求也越來越高，用戶不僅要求計費器性能穩(wěn)定計費準(zhǔn)確，而且要求在乘坐出租車時，顯示起步價、行車?yán)锍潭糠?，由自動計費器自動記錄。安裝在與汽車輪相連接的傳感器在汽車行進(jìn)時向自動計費器發(fā)送脈沖信號，在一定的公里數(shù)內(nèi)，按起步價計費；

6、超過這一里程后，自動計費器按里程計費；超過一定費用后，則則增加里程費用；如果停車等候，則不收費。</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　設(shè)計一個出租車計費器，能按路程計費，具體要求如下：</p><p>　　1 、實現(xiàn)記費功能，記費標(biāo)準(zhǔn)為：按行駛里程記費，起步價為6.00元，并在3km后按1.20元/km記費，

7、當(dāng)記費器達(dá)到或超過20元時，每公里加收50%的車費，車停止和暫停時不記費。</p><p>　　2、 現(xiàn)場模擬功能：能模擬汽車啟動，停車及暫停和換檔等狀態(tài)。</p><p>　　3、設(shè)計動態(tài)掃描電路，將車費和里程顯示出來，各有兩位小數(shù)。</p><p><b>　　二、總體框圖</b></p><p>　　設(shè)計思路：假設(shè)

8、出租車有啟動鍵、暫停鍵、加速鍵和檔位鍵。</p><p>　　啟動鍵為脈沖觸發(fā)信號，當(dāng)它開始發(fā)出脈沖時表示汽車啟動，并根據(jù)車速的選擇和基本車速發(fā)出相應(yīng)頻率的脈沖（計費脈沖）實現(xiàn)車費和路程的計數(shù)，</p><p>　　當(dāng)停止鍵為高電平時，表示汽車熄火，停止發(fā)出脈沖，此時車費和路程計數(shù)清零；</p><p>　　當(dāng)暫停鍵為高電平時，表示汽車暫停并停止發(fā)出脈沖，此時車費和

9、路程計數(shù)暫停</p><p>　　檔位鍵用來改變車速，不同的檔位代表不同的車速，同時路程計數(shù)的速度也不同。當(dāng)檔位鍵鍵分別取0、1、2、3時路程的計數(shù)逐漸加快，表示車速逐漸加快。</p><p>　　出租車計費器分為兩大模塊即控制模塊及譯碼顯示模塊。系統(tǒng)框圖如上圖所示。控制模塊根據(jù)車速選擇和基本車速發(fā)出響應(yīng)頻率的脈沖驅(qū)動計費器和路程顯示進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)處于停止?fàn)顟B(tài)時暫停發(fā)出脈沖，此時計費器和里程

10、顯示相應(yīng)的停止計數(shù)。譯碼顯示模塊實現(xiàn)了十進(jìn)制到四位十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。以及車費和路程的顯示。</p><p><b>　　器件選擇</b></p><p>　　硬件：本實驗所使用的實驗箱是EL-EMCU-I實驗箱，它是集EDA/CPLD/FPGA和MCU的開發(fā)為一體的綜合性實驗，此實驗箱所使用芯片是Altera公司生產(chǎn)的Cyclone系列EPIC12Q240C8芯片。還用到

11、了實驗箱外圍接口電路：8段數(shù)碼管顯示單元及其周圍端口、按鍵控制單元。</p><p>　　軟件：使用了Quartus II9.1(32-Bit)軟件、其軟件中所使用的芯片有Cyclone IV E:EP4CE6E22C8、Cyclone:EP1C6Q240C8。</p><p><b>　　功能模塊</b></p><p><b>　

12、　計費功能</b></p><p>　　計費標(biāo)準(zhǔn)為：按行駛里程收費，起步費為6.00元，并在車行3千米后按1.2元/km當(dāng)計費器達(dá)到或超過20元時，每千米加收50%的車費，車停止不計費。</p><p><b>　　2、實現(xiàn)預(yù)置功能</b></p><p>　　能預(yù)置起步費，每千米收費，加收費</p><p>

13、;　　當(dāng)啟動鍵start為高電平時，預(yù)置起步費6.00元，</p><p><b>　　3、模擬功能</b></p><p>　　模擬汽車啟動，停止，暫停，車速等狀態(tài)</p><p>　　當(dāng)啟動鍵start為高電平時汽車啟動，開始發(fā)出脈沖，從而開始計費和路程的增加</p><p>　　當(dāng)停止鍵stop為高電平時汽車熄火，

14、停止發(fā)出脈沖，車費和路程計數(shù)清零。</p><p>　　當(dāng)暫停鍵pause為高電平時汽車暫停，停止發(fā)出脈沖，車費和路程暫停。</p><p>　　當(dāng)檔位鍵speedup都為低電平00時，車速為1檔，每來10個脈沖路程增加10米</p><p>　　當(dāng)檔位鍵speedup高位為低電平，低位為高電平即01時，車速為二檔，每來10個脈沖路程增加20米</p>

15、<p>　　當(dāng)檔位鍵speedup高位為高電平，低位為低電平即10時，車速為三檔每來10個脈沖路程增加50米</p><p>　　當(dāng)檔位鍵speedup都為高電平即11時，車速為四檔，每來一個脈沖路程增加10米</p><p><b>　　動態(tài)掃描功能</b></p><p>　　將車費和路程在數(shù)碼管上顯示出來，因為數(shù)碼管只有四位，

16、所以用開關(guān)控制車費和路程的顯示，當(dāng)開關(guān)為高電平時，數(shù)碼管顯示車費。當(dāng)開關(guān)為低電平時，數(shù)碼管顯示路程。通過位選和段選的控制將車費和路程顯示出來，車費和路程各顯示兩位小數(shù)。</p><p>　　注：如果用原理圖的辦法實現(xiàn)的話，控制模塊的按鍵可以用與門或非門來實現(xiàn)，預(yù)置費功能和車速功能用原理圖的話有些復(fù)雜故選用程序來實現(xiàn)。</p><p><b>　　附：設(shè)計程序</b>&

17、lt;/p><p>　　module taxi(scan,seg7,dp,clk50mhz,start,stop,pause,speedup,a,);</p><p>　　output[3:0] scan; //數(shù)碼管地址選擇信號</p><p>　　output[6:0] seg7; ///7段顯示控制信號（abcdefg）</p>&l

18、t;p>　　output dp; //小數(shù)點</p><p>　　input clk50mhz; //系統(tǒng)時鐘</p><p>　　input start; //汽車起動</p><p>　　input stop; //汽車停止</p><p>　　input pause; //汽車暫停</p&

19、gt;<p>　　input[1:0] speedup; //擋位（4個擋位）</p><p><b>　　input a;</b></p><p>　　reg[3:0] scan;</p><p>　　reg[6:0] seg7;</p><p><b>　　reg dp;</b&

20、gt;</p><p>　　reg[15:0] money_reg; //車費寄存器</p><p>　　reg[15:0] distance_reg; //路程寄存器</p><p>　　reg[3:0] num; //控制車速的計數(shù)器</p><p>　　reg[15:0] dis; //千米計數(shù)器<

21、/p><p>　　reg d; //千米標(biāo)志位</p><p>　　reg clk1khz; //1kHz的分頻時鐘，用于掃描數(shù)碼管地址</p><p>　　reg[3:0] data;</p><p>　　reg[3:0] m_one,m_ten,m_hun,m_tho; //錢數(shù)的4位十進(jìn)制表示</p>

22、<p>　　reg[3:0] d_one,d_ten,d_hun,d_tho; ///路程的4位十進(jìn)制表示</p><p>　　reg[15:0] m_a,m_b;</p><p>　　reg[15:0] d_a,d_b;</p><p>　　reg[24:0] count,count_1;</p><p>　　reg[2:

23、0] cnt;</p><p><b>　　reg clk;</b></p><p>　　always @(posedge clk1khz)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(count_1=='d125)</p><p>　　

24、begin clk<=~clk;count_1<='d0; end</p><p><b>　　else</b></p><p>　　begin count_1<=count_1+1; end</p><p><b>　　end</b></p><p>　　always @

25、( posedge clk )</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(stop) //汽車停止，計費和路程清零</p><p><b>　　begin </b></p><p>　　money_reg<='d0;</p>&l

26、t;p>　　distance_reg<='d0;</p><p><b>　　dis<='d0;</b></p><p><b>　　num<='d0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　el

27、se if(start) //汽車起動后，起步價為6元</p><p>　　begin money_reg<='d600;</p><p>　　distance_reg<='d0;</p><p><b>　　dis<='d0;</b></p><p><b>

28、　　num<='d0;</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(!start&&!speedup&

29、;&!pause&&！stop) //1擋</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(num=='d9)</p><p>　　begin num<='d0;</p><p>　　distance_reg<=distance_reg

30、+1;</p><p>　　dis<=dis+1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　begin num<=num+1; end</p><p><b>　　end</b&

31、gt;</p><p>　　else if(!start&&speedup=='b01&&!pause&&s！top) //2擋</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(num=='d9)</p><p>　　beg

32、in num<='d0;</p><p>　　distance_reg<=distance_reg+2;</p><p>　　dis<=dis+2;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p&

33、gt;　　begin num<=num+1; end</p><p><b>　　end </b></p><p>　　else if(!start&&speedup=='b10&&!pause&&！stop) //3擋</p><p><b>　　begi

34、n</b></p><p>　　if(num=='d9)</p><p>　　begin num<='d0;</p><p>　　distance_reg<=distance_reg+5;</p><p>　　dis<=dis+5;</p><p><b>　　e

35、nd</b></p><p><b>　　else</b></p><p>　　begin num<=num+1; end</p><p><b>　　end</b></p><p>　　else if(!start&&speedup=='b11&&

36、amp;!pause&&！stop) //4擋</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　distance_reg<=distance_reg+1;</p><p>　　dis<=dis+1;</p><p>　　end </p>

37、<p><b>　　end</b></p><p>　　if(dis>='d100)</p><p>　　begin d<='d1;dis<='d0; end</p><p><b>　　else</b></p><p>　　begin d&l

38、t;='d0; end</p><p>　　if(distance_reg>='d300) //如果超過3km則按1.2元/km計算</p><p><b>　　begin </b></p><p>　　if(money_reg<'d2000&&d=='d1)</p>

39、;<p>　　begin money_reg<=money_reg+'d120; end</p><p>　　else if(money_reg>='d2000&&d=='d1)</p><p>　　begin money_reg<=money_reg+'d180; end</p><p&g

40、t;<b>　　end</b></p><p>　　//-------------------當(dāng)計費器達(dá)到20元時，每千米加收50%的車費-------------</p><p><b>　　end</b></p><p>　　//---------------------------1kHz的分頻時鐘，用于掃描數(shù)碼管地

41、址----------------------</p><p>　　always @(posedge clk50mhz)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　if(count=='d25000)</p><p><b>　　begin </b></p&g

42、t;<p>　　clk1khz<=~clk1khz;count<='d0; </p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　begin </b></p><p>　　cou

43、nt<=count+1;</p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　end</b></p><p>　　//----------------------------將車費的十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為4位十進(jìn)制數(shù)-----------------------</p><p>　

44、　always@( money_reg )</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　m_tho=money_reg/1000;</p><p>　　m_a=money_reg%1000;</p><p>　　m_hun=m_a/100;</p><p>　　m_b=mo

45、ney_reg%100;</p><p>　　m_ten=m_b/10;</p><p>　　m_one=money_reg%10;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　//---------------------------將路程的十進(jìn)制轉(zhuǎn)化為4位十進(jìn)制數(shù)-----------------

46、------</p><p>　　always@( distance_reg )</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　d_tho=distance_reg/1000;</p><p>　　d_a=distance_reg%1000;</p><p>　　d_hun=

47、d_a/100;</p><p>　　d_b=distance_reg%100;</p><p>　　d_ten=d_b/10;</p><p>　　d_one=distance_reg%10;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　//-----------------

48、------------數(shù)碼管動態(tài)掃描----------------------------------</p><p>　　always @(posedge clk1khz)</p><p><b>　　begin</b></p><p>　　cnt<=cnt+1'd1;</p><p><b&g

49、t;　　end</b></p><p>　　always @(cnt)</p><p><b>　　begin</b></p><p><b>　　if(a)</b></p><p><b>　　case(cnt)</b></p><p>　

50、　'b000:begin data<=m_one;dp<='d0;scan<='b1110; end</p><p>　　'b001:begin data<=m_ten;dp<='d0;scan<='b1101; end</p><p>　　'b010:begin data<=m_hun;dp

51、<='d1;scan<='b1011; end</p><p>　　'b011:begin data<=m_tho;dp<='d0;scan<='b0111; end</p><p>　　// default:begin data<='bx;dp<='bx;scan<='bx;

52、end</p><p><b>　　endcase</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　case(cnt)</b></p><p>　　'b100:begin data<=d_one;dp<='d0;sc

53、an<='b1110; end</p><p>　　'b101:begin data<=d_ten;dp<='d0;scan<='b1101; end</p><p>　　'b110:begin data<=d_hun;dp<='d1;scan<='b1011; end</p>

54、<p>　　'b111:begin data<=d_tho;dp<='d0;scan<='b0111; end</p><p>　　// default:begin data<='bx;dp<='bx;scan<='bx; end </p><p><b>　　endcase</b

55、></p><p><b>　　end</b></p><p>　　//---------------------------------7段譯碼----------------------------------</p><p>　　always @(data)</p><p><b>　　begin&

56、lt;/b></p><p>　　case(data[3:0])</p><p>　　4'b0000:seg7[6:0]=7'h3f;</p><p>　　4'b0001:seg7[6:0]=7'h06;</p><p>　　4'b0010:seg7[6:0]=7'h5b;</p&g

57、t;<p>　　4'b0011:seg7[6:0]=7'h4f;</p><p>　　4'b0100:seg7[6:0]=7'h66;</p><p>　　4'b0101:seg7[6:0]=7'h6d;</p><p>　　4'b0110:seg7[6:0]=7'h7d;</p&g

58、t;<p>　　4'b0111:seg7[6:0]=7'h07;</p><p>　　4'b1000:seg7[6:0]=7'h7f;</p><p>　　4'b1001:seg7[6:0]=7'h6f;</p><p>　　default:seg7[6:0]=7'hx;</p>&

59、lt;p><b>　　endcase</b></p><p><b>　　end</b></p><p><b>　　Endmodule</b></p><p><b>　　五、總體設(shè)計電路圖</b></p><p>　　1、總體設(shè)計電路圖 <

60、;/p><p>　　上圖為總體設(shè)計電路圖，一個時鐘信號，五個輸入端，三個輸出端。start為啟動鍵控制汽車啟動，同時預(yù)置車費6.00元，pause為暫停鍵，高電平有效，汽車暫停，同時停止發(fā)出脈沖，車費和路程停止計數(shù)。Stop為停止鍵，高電平有效，Speedup為檔位鍵，當(dāng)他們分別取00,01,10,11四個不同的檔位時汽車有不同的速度。a為開關(guān)，高電平時控制車費顯示，低電平時控制路程顯示。scan為位選信號，seg為

61、數(shù)碼管段選信號。</p><p><b>　　仿真結(jié)果</b></p><p>　　Quartus||功能仿真結(jié)果分析：</p><p>　　觀察波形可知，當(dāng)啟動鍵start為一個脈沖時，表示汽車已經(jīng)起動，車費顯示為6.00元，同時路程隨著計費脈沖開始計數(shù)，當(dāng)停止鍵stop為高電平時，表示汽車熄火，車費和路程均為0，當(dāng)暫停鍵pause為1時，車

62、費和路程停止計數(shù)，當(dāng)檔位鍵取2,3時路程的計數(shù)逐漸加快，表示車速逐漸加快。</p><p><b>　　3、管腳分配圖</b></p><p><b>　　4、硬件下載</b></p><p>　　硬件下載時的實驗連線：</p><p>　　clk對應(yīng)CPU板上的50M時鐘。</p>

63、<p>　　將EDA/CPLD/FPGA側(cè)的IO1——IO3，IO7——IO10，IO20分別連接到數(shù)碼管的輸入插孔LED_A、LED_B、LED_C、LED_D、LED_E、LED_F、LED_G、LED_DP上，將IO21——IO24連接到數(shù)碼管的輸入插孔LED_C1——LED_C4上。將IO14、IO15、IO25、IO27、IO28、IO31分別接到撥碼開關(guān)上</p><p><b>

64、　　5硬件效果照片</b></p><p>　　上圖即為撥動啟動鍵，第一個脈沖時汽車啟動，車費顯示起步價6.00元，路程顯示0，但同時路程隨著計費脈沖開始計數(shù)。</p><p>　　當(dāng)路程到達(dá)三千米時，每加一千米車費增加1.2元依次累加</p><p>　　當(dāng)車費超過20元時，每行駛一千米多收取50%的車費即1.8元，所以當(dāng)路程為15千米時車費為20.4

65、0元，再行駛一千米收取1.8元即22.20元。</p><p>　　當(dāng)stop為高電平時汽車熄火同時停止發(fā)出脈沖，車費和路程的計數(shù)清零</p><p><b>　　實驗箱上的連線圖</b></p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　在近兩個星期的課程設(shè)計中，培養(yǎng)了我接受新事物、理

66、論分析以及發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力。通過這次課程設(shè)計鍛煉了我獨立思考的能力，也培養(yǎng)了我團(tuán)體合作的精神。盡管大家選擇的是不同的課題，但大家仍然能聚在一起討論在設(shè)計的過程中出現(xiàn)的問題，然后解決問題。使我在以后的學(xué)習(xí)中也能夠與同學(xué)們共同合作研究打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計是在**老師的悉心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題答辯到完成論文都表現(xiàn)了老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和求實精神、忘我的工作作風(fēng)，在此我對