2021湖南科技大学计算机学院数字系统设计与VHDL出租车计价器设计报告和源代码

目录一、设计题目说明 1二、设计方案 11、设计思路 12、外部接口 13、总体框图 1三、系统实现 21、设计原理 22、模块设计 2四、仿真 4五、测试 5六、总结 51、实验中遇到的问题 52、心得收获 63、不足 6附录：VHDL代码 7PAGEPAGE10一、设计题目说明题目九：出租车计价器设计（平台实现）★★完成简易出租车计价器设计，选做停车等待计价功能。基本功能：8/3/公里；500.1（40KM/h）0.1选做功能：增加一个停车等待/恢复行程按钮，用２个数码管显示等待时间，精确到0.1分钟。等候费１元/0.1二、设计方案1、设计思路8.00332/2min，1元/LED单价为元。计价范围为0—99.90.1“XX.Xkm1km“X.X0—9.90.12、外部接口时钟信号输入：clk_100100HZ；计价器开关：start乘客上下车开关：in_car中途停车等待开关：stop数字显示向量：ledag数码管选择向量：Bt3、总体框图三、系统实现1、设计原理100HZclk_100，系统启动和重start，计价开始以及乘客上下车信号in_car，stop。系c0~c2，行驶距离k0~k2，m0~m11/6Hz1/9Hz2/9Hzstartin_carstop；控制过程为：startstart8.0startin_carstop0；如需stop0，来读取最终的行驶路程数、等待时间和最后的总费用，直接将start0，8.0译码、分频、计量四个部分组成。2、模块设计显示模块显示模块负责将6000000HZstartstart译码模块行译码，送至对应的数码管上显示，并且显示小数点。分频模块100HZ6s1/600clk_599stopclk_5990.12，en10.1且车费增加0.1元；100HZ9s1/900clk_899stopclk_8990.1km；3km3kmen02/km0.05km，0.1100HZ4.5s1/450clk_4493kmclk_449升沿代表出租车行驶路程增加0.05km，此时按照2元/km计费，里程每增加0.05km0.1计量模块100Hz消抖部分20ms化。重置清零部分维护系统，显示正常示数。当start8.0等待时间，行驶里程以及其它信号；当in_car0，暂停计时和记里程，费用也不再增加。计时部分stopclk_100沿，计时器就自增1，并且自动完成进位，当等待时间大于2min19.9min，满量程后自动归零。计程部分stopclk_1001，3kmen0199.9km，满量程后自动归零。计费部分clk_100start=1in_car=1en0en1=1始终处于计费状态，c0、c1、c2三个四位向量信号从低位到高位表示费用，其c00.1en3km则为起步价8.021（en0=0，en1=1）。四、仿真仿真波形图2.84.5求所得费用为：8.0+（4.5km-3.0km）*2.0/公里+（2.8min-2.0min）*1.0元=8.0+3.0+0.8=11.8五、测试板载实验图4.44.2算所得费用为：8.0+（4.2km-3km）*2.0/km+(4.4min-2min)*1.0/min=8.0+2.4+2.4=12.8六、总结VHDLFPGA1、实验中遇到的问题驱动安装问题序强制签名，再重新安装驱动程序，终于解决了该问题。硬件选择和引脚选择问题Quartus在请教同学后才知道在哪个窗口选择引脚。数码管输出数字时序脉冲的确认和选择的时间则需等待很久（40km/h100m/9s3需花费270s），等待结果十分耗时。因此在最后板载实验时，我将时钟频率输1000HZ10的观察。多驱动问题2、心得收获VHDL我成功完成了板载实验。VHDLQuartusVHDLQuartusVHDL电路图并实现功能。3、不足决，如：计费，还需要进一步讨论。VHDL在实际中出现操作偏差，会导致计费不准确。附录：VHDL代码LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entitytaxiis port(clk_100:instd_logic; clk_6000000:instd_logic; start:instd_logic;--认为start0，系统停止工作；价格开始归为起步价8.00，startin_car:instd_logic;--认为in_car1等待时间和最后的总费用stop:instd_logic;--行驶中，中途等待信号stop高电平：停车等待，并去除in_car输入脉冲，进行等待计费；低电平：正在行驶。--添加数码管引脚选择和数码管选择ledag:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0);--8segments从右到左从低到高高电平有效Bt:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7downto--8digitaltubes从右到左从低到高低电平有效);endtaxi;architecturetaxioftaxiissignalq_599:integerrange0to599; signalq_899:integerrange0to899;signalq_449:integerrange0toSignalcnt8:integerrange0to7;signalnum:std_logic_vector(3downto0); signalc0,c1,c2:std_logic_vector(3downto0);--车费，初始值8元，计价范围为0—99.9元，c0~c2从低位到高位signalclk_599:std_logic; --600分频，6s为0.1分钟，花费0.1signalclk_899:std_logic; --900分频，9s走了0.1千米signalclk_449:std_logic; --4504.50.050.1元signalen1,en0:std_logic;--计费单价使能信号，当行驶里程大于3km时，本模块中en0使能信号变为1，当等待时间大于2min时，本模块中en1使能信号变为1signalk2,k1,k0:std_logic_vector(3downto0);--行驶公里计数，计程器的量程为99.9km，满量程后自动归零。k0低位，k2高位，用BCD码，k0，k1，k2分别用三个BCD码确定0~9signalm1,m0:std_logic_vector(3downto0);BCDBCD0~90~9分钟（0~959299），满量程后自动归零。signalledag_temp:STD_LOGIC_VECTOR(6downto0);--7segments除了小数点，从右到左，从低到高，高电平有效signalflag:std_logic; beginprocess(clk_6000000)--分为八个时段，每个时段选择一个一个数码管，更新其示数Beginif(clk_6000000'eventandclk_6000000='1')thenifcnt8=7thencnt8<=0;elsecnt8<=cnt8+1;endif;endif;Endprocess;process(cnt8,start)--显示模块,不同时段对应不同的数码管Beginif(start='1')thencasecnt8ISwhen0=>Bt<="11111110";num<=c0;flag<='0';--数码管SEL0示数代表c0when1=>Bt<="11111101";num<=c1;flag<='1';when2=>Bt<="11111011";num<=c2;flag<='0';when3=>Bt<="11110111";num<=k0;flag<='0';when4=>Bt<="11101111";num<=k1;flag<='1';when5=>Bt<="11011111";num<=k2;flag<='0';when6=>Bt<="10111111";num<=m0;flag<='0';when7=>Bt<="01111111";num<=m1;flag<='1';Endcase;elseBt<="11111111";-startendif;endprocess;process(num,start)--译码显示模块beginif(start='1')thencasenumiswhen"0000"=>ledag_temp<="0111111";ledag<=flag&ledag_temp;--数显，加入小数点when"0001"=>ledag_temp<="0000110";ledag<=flag&ledag_temp;when"0010"=>ledag_temp<="1011011";ledag<=flag&ledag_temp;when"0011"=>ledag_temp<="1001111";ledag<=flag&ledag_temp;when"0100"=>ledag_temp<="1100110";ledag<=flag&ledag_temp;when"0101"=>ledag_temp<="1101101";ledag<=flag&ledag_temp;when"0110"=>ledag_temp<="1111101";ledag<=flag&ledag_temp;when"0111"=>ledag_temp<="0000111";ledag<=flag&ledag_temp;when"1000"=>ledag_temp<="1111111";ledag<=flag&ledag_temp;when"1001"=>ledag_temp<="1101111";ledag<=flag&ledag_temp;whenothers=>null;endcase;endif;endprocess;process(clk_100) --分频模块beginif(clk_100'eventandclk_100='1')then --100HZif(q_599=599)then--每6s一个高电平，时间增加0.1min--并且如果en1=1，同时价格也要增加0.1q_599<=0;clk_599<='1';elseq_599<=q_599+1;clk_599<='0';endif;if(q_899=899)then --每9q_899<=0;clk_899<='1';elseclk_899<='0';endif;加0.1

if(q_449=449)then--每4.5秒一个高电平，若en0=1，同时价格也要增q_449<=0;clk_449<='1';elseclk_449<='0';endif;endif;endprocess;process(clk_100,clk_449,clk_599,clk_899) beginif(clk_100'eventandclk_100='1')then --100HZ上升if(start='0')then --初始化en1<='0'; --停留时间不超过两分钟不计入价格en0<='0';m1<="0000";m0<="0000";k2<="0000";k1<="0000";k0<="0000";c2<="0000";c1<="1000"; 8c0<="0000";elsif(in_car='0')then--重置，此时价钱不增加，认为in_car10en0<='0';en1<='0';elsif(start='1'andin_car='1')thenif(k2&k1&k0>"000000110000")thenen0<='1'; 3km则en0elseen0<='0';endif;ifm1&m0>"00100000"thenen1<='1'; 2min，则en11elseen1<='0';endif;if(clk_599='1')thenifstop='1'then --停车等待if(m0="1001")then m0<="0000";if(m1="1001")thenm1<="0000";elsem1<=m1+1;endif;elsem0<=m0+1;endif;if(en1='1')thenif(c0="1001")then c0<="0000";if(c1="1001")thenc1<="