【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 根據(jù)不同狀態(tài)進(jìn)行計(jì)費(fèi)。以十進(jìn)制顯示出租車行駛路程與車費(fèi)?！》桨笖M定方案對(duì)比方案一：該方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，如圖31：時(shí)鐘信號(hào)等待信號(hào)公里脈沖計(jì)費(fèi)、復(fù)位分頻器控制器計(jì)費(fèi)計(jì)時(shí)計(jì)程譯碼顯示圖31 方案一系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在該方案中，由分頻模塊、控制模塊、計(jì)量模塊、譯碼和動(dòng)態(tài)掃描顯示模塊組成，可以實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)功能，但其使用公里脈沖信號(hào)做為公里計(jì)數(shù)的開(kāi)始信號(hào)，由于實(shí)驗(yàn)箱中時(shí)鐘信號(hào)的限制，不能完全實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)計(jì)程功能。方案二：該方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，如圖32：速度模塊計(jì)時(shí)模塊計(jì)費(fèi)模塊計(jì)程模塊總費(fèi)用總里程譯碼顯示 脈沖信號(hào) 速度 開(kāi)始鍵 復(fù)位鍵 時(shí)鐘信號(hào)圖32　方案二系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在該方案中，主要包括控制電路模塊、分頻模塊和掃描顯示模塊，其中控制電路模塊包括速度模塊、計(jì)程模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)費(fèi)模塊，掃描顯示模塊包括模8計(jì)數(shù)器模塊、8選1選擇器模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊，最后由數(shù)碼管顯示計(jì)費(fèi)計(jì)程結(jié)果。方案的確定及功能分析：根據(jù)方案一與方案二的對(duì)比，方案一不能實(shí)現(xiàn)此次設(shè)計(jì)的所有功能，最終選擇方案二作為本次設(shè)計(jì)方案。本次設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，具體功能設(shè)定如下：（1）車起步開(kāi)始計(jì)費(fèi)。首先顯示起步價(jià)（），車在行駛3km以內(nèi)。（2）車行駛超過(guò)3km后，按每公里2元計(jì)費(fèi)（），車費(fèi)依次累加。（3）當(dāng)遇到紅燈或遇客戶需要停車等待時(shí)，則按時(shí)間計(jì)費(fèi)，計(jì)費(fèi)單價(jià)為每20s收費(fèi)1元。（4）當(dāng)總費(fèi)用達(dá)到或超過(guò)40元時(shí)，每km收費(fèi)4元。　模塊的劃分如圖32，設(shè)計(jì)上總體分為芯片控制部分和掃描顯示部分。以EP1C12Q240C8芯片作為核心控制電路，控制數(shù)碼管的顯示，具體顯示內(nèi)容及方式由軟件來(lái)完成。顯示部分由外圍設(shè)備數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，顯示出租車行駛路程和計(jì)費(fèi)。出租車的開(kāi)始、暫停狀態(tài)及出租車速度均由撥檔開(kāi)關(guān)控制。分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求不難得知，整個(gè)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)大致可以分為控制電路模塊、分頻模塊和掃描顯示模塊，其中控制電路模塊包括速度模塊、計(jì)程模塊、計(jì)時(shí)模塊、計(jì)費(fèi)模塊，掃描顯示模塊包括模8計(jì)數(shù)器模塊、8選1選擇器模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊。 速度模塊速度模塊首先根據(jù)start信號(hào)判斷是否開(kāi)始計(jì)費(fèi)，然后根據(jù)對(duì)輸入的速度檔位sp[2..0]的判斷，決定變量kinside的值。kinside即是進(jìn)行100m所需要的時(shí)鐘周期數(shù)，然后每行進(jìn)100m，則輸出一個(gè)clkout脈沖信號(hào)。同時(shí)由t對(duì)clk進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)t等于kinside時(shí)，把clkout信號(hào)置1，t清0?！∷俣饶K元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行速度模塊，生成速度模塊元件圖，如圖33：圖33　速度模塊元件圖速度模塊元件圖(如圖33)分析：clk為時(shí)鐘脈沖輸入端；reset為復(fù)位信號(hào)輸入端；start為開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；stop為停止計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；sp[2..0]為出租車狀態(tài)輸入端（停止或不同行駛速度）；clkout為每行進(jìn)100m脈沖信號(hào)輸出端?！∷俣饶K仿真使用Quartus II對(duì)速度模塊進(jìn)行功能仿真，如圖34：圖34　速度模塊仿真仿真圖(如圖34)分析：輸入時(shí)鐘脈沖，當(dāng)start開(kāi)始后，sp[2..0]設(shè)定出租車狀態(tài)，clkout根據(jù)sp[2..0]輸出脈沖信號(hào)，車每行駛100m輸出信號(hào)clkout輸出高電平。　計(jì)程模塊此模塊主要用于記錄行進(jìn)的距離。通過(guò)對(duì)clkout信號(hào)的計(jì)數(shù)，可以計(jì)算行駛的的距離kmt。一個(gè)clkout脈沖相當(dāng)于行進(jìn)100m，所以只要記錄clkout的脈沖數(shù)目即可確定共行進(jìn)的距離?！∮?jì)程模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行計(jì)程模塊，生成計(jì)程模塊元件圖，如圖35： 　　　圖35　計(jì)程模塊元件圖計(jì)程模塊元件圖(如圖35)分析： reset為復(fù)位信號(hào)輸入端；clkout為每行進(jìn)100m脈沖信號(hào)輸入端；kmt1[3..0]為行駛路程的十分位；kmt2[3..0]為行駛路程的個(gè)位；kmt3[3..0]為行駛路程的十位，分別為十進(jìn)制數(shù)?！∮?jì)程模塊仿真使用Quartus II對(duì)計(jì)程模塊進(jìn)行功能仿真，如圖36： 圖36　速度模塊仿真仿真圖(如圖36)分析：當(dāng)reset復(fù)位后，系統(tǒng)復(fù)位清零；否則，對(duì)輸入信號(hào)clkout進(jìn)行十進(jìn)制計(jì)數(shù)，kmtkmtkmt3分別輸出行駛路程的十分位、個(gè)位、十位。　計(jì)時(shí)模塊在汽車啟動(dòng)后，當(dāng)遇到顧客等人或紅燈時(shí)，出租車采用計(jì)時(shí)收費(fèi)的方式。通過(guò)對(duì)速度信號(hào)sp的判斷決定是否開(kāi)始記錄時(shí)間。當(dāng)sp=0時(shí)，開(kāi)始記錄時(shí)間。當(dāng)時(shí)間達(dá)到足夠大時(shí)則產(chǎn)生timecount脈沖，并重新計(jì)時(shí)。一個(gè)timecount脈沖相當(dāng)于等待的時(shí)間達(dá)到了時(shí)間計(jì)費(fèi)的長(zhǎng)度。這里選擇系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為1KHZ，實(shí)現(xiàn)千分頻，1HZ控制計(jì)時(shí)模塊，20s即計(jì)數(shù)值為20?！∮?jì)時(shí)模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行計(jì)時(shí)模塊，生成計(jì)時(shí)模塊元件圖，如圖37： 　　　　 圖37　計(jì)時(shí)模塊元件計(jì)時(shí)模塊元件圖(如圖37)分析：clk為時(shí)鐘脈沖輸入端；reset為復(fù)位信號(hào)輸入端；start為開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；stop為停止計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；sp[2..0]為出租車狀態(tài)輸入端（停止或不同行駛速度）；timecount為計(jì)時(shí)脈沖輸出端?！∮?jì)時(shí)模塊仿真使用Quartus II對(duì)計(jì)時(shí)模塊進(jìn)行功能仿真，如圖38：圖 38　計(jì)時(shí)模塊仿真計(jì)時(shí)模塊(如圖38)仿真分析：當(dāng)reset復(fù)位后，系統(tǒng)清零，start開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)高電平有效，sp[2..0]設(shè)置速度為0，開(kāi)始記錄時(shí)間。預(yù)設(shè)20個(gè)時(shí)鐘周期為20s，對(duì)時(shí)鐘周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，每計(jì)20個(gè)時(shí)鐘周期輸出高電平，指示計(jì)時(shí)20s?！∮?jì)費(fèi)模塊由兩個(gè)進(jìn)程組成。其中，一個(gè)進(jìn)程根據(jù)條件對(duì)enable和price賦值：當(dāng)記錄的距離達(dá)到3公里后enable信號(hào)變?yōu)?，開(kāi)始進(jìn)行每公里計(jì)費(fèi)，當(dāng)總費(fèi)用大于40元后，則單價(jià)price由原來(lái)的每公里2元變?yōu)槊抗?元；第二個(gè)進(jìn)程在每個(gè)時(shí)鐘周期判斷timecount和clkout的值，當(dāng)其為1時(shí)，則在總費(fèi)用上加上相應(yīng)的費(fèi)用。　計(jì)費(fèi)模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行計(jì)費(fèi)模塊，生成計(jì)費(fèi)模塊元件圖，如圖39：圖39　計(jì)費(fèi)模塊元件圖計(jì)費(fèi)模塊元件圖(如圖39)分析：clk為時(shí)鐘脈沖輸入端；reset為復(fù)位信號(hào)輸入端； timecount為計(jì)時(shí)脈沖輸出端；clkout為每行進(jìn)100m脈沖信號(hào)輸入端； kmt2[3..0]為行駛路程的個(gè)位；kmt3[3..0]為行駛路程的十位。count1[3..0]為總費(fèi)費(fèi)的個(gè)位輸出端；count2[3..0]為總費(fèi)費(fèi)的十位輸出端；count3[3..0]為總費(fèi)費(fèi)的百位輸出端?！∮?jì)費(fèi)模塊仿真使用Quartus II對(duì)計(jì)費(fèi)模塊進(jìn)行功能仿真，如圖310：圖310　計(jì)費(fèi)模塊仿真計(jì)費(fèi)模塊仿真(如圖310)分析：當(dāng)reset信號(hào)有效時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位清零；否則，當(dāng)計(jì)時(shí)計(jì)費(fèi)信號(hào)timecount和計(jì)程計(jì)費(fèi)信號(hào)clkout為高電平時(shí)，按照一定計(jì)費(fèi)規(guī)則進(jìn)行計(jì)費(fèi)?！】刂齐娐讽攲永K控制模塊包括速度模塊、計(jì)程模塊、計(jì)時(shí)模塊和計(jì)費(fèi)模塊四個(gè)模塊。通過(guò)元件例化語(yǔ)句將以上四個(gè)模塊例化，形成一個(gè)總的控制模塊，產(chǎn)生需要的設(shè)計(jì)電路。　控制電路頂層例化模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行控制電路頂層例化模塊，生成元件圖，如圖311：圖311　控制電路頂層例化模塊元件圖控制電路頂層例化模塊元件圖(如圖311)分析：clk為時(shí)鐘脈沖輸入端，上升沿有效；reset為復(fù)位信號(hào)輸入端，start為開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端，stop為停止計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端，均為高電平有效；sp[2..0]為出租車狀態(tài)輸入端（停止或不同行駛速度）；kmt和count信號(hào)分別為出租車行駛的里程和花費(fèi)的輸出端?！】刂齐娐讽攲永K仿真使用Quartus II對(duì)控制電路頂層例化模塊進(jìn)行功能仿真，如圖312：圖312　控制電路頂層例化模塊仿真控制電路頂層例化模塊仿真(如圖312)分析：上圖中，當(dāng)復(fù)位信號(hào)reset為高電平時(shí)，系統(tǒng)所有寄存器、計(jì)數(shù)器都清零；當(dāng)開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)start信號(hào)有效時(shí)，計(jì)費(fèi)器開(kāi)始計(jì)費(fèi)，根據(jù)出租車行駛的速度sp[2..0]的取值計(jì)算所用花費(fèi)和行駛里程；當(dāng)停止計(jì)費(fèi)信號(hào)stop有效時(shí)，計(jì)費(fèi)器停止工作?！》诸l模塊本設(shè)計(jì)用到1KHz和1Hz兩種時(shí)鐘頻率。基準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖是實(shí)驗(yàn)箱上提供的1KHZ的信號(hào)，僅能滿足控制電路模塊所需的頻率。分頻模塊對(duì)頻率為1KHz的輸入脈沖進(jìn)行千分頻，得到頻率為1Hz的信號(hào)。其中1KHz用于控制電路模塊，1Hz用于模8計(jì)數(shù)器模塊?！》诸l模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行分頻模塊，生成分頻模塊元件圖，如圖313： 圖313　分頻模塊元件圖分頻模塊元件圖(如圖313)分析：clkin為1KHz時(shí)鐘信號(hào)輸入端；clkout為千分頻后的時(shí)鐘信號(hào)輸出端?！》诸l模塊仿真使用Quartus II對(duì)分頻模塊進(jìn)行功能仿真，如圖314：圖314　分頻模塊仿真分頻模塊仿真(如圖314)分析：輸入時(shí)鐘信號(hào)后，clkin被千分頻后輸出clkout。由于clkin的頻率比較大，所以顯示為一條黑帶。　模8計(jì)數(shù)器模塊本設(shè)計(jì)采用數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)箱中數(shù)碼管前連有一個(gè)74HC138譯碼器，可以用來(lái)控制數(shù)碼管位碼選擇。74HC138譯碼器可接受3位二進(jìn)制加權(quán)地址輸入，模8計(jì)數(shù)器通過(guò)對(duì)輸入信號(hào)clk的掃描輸出3位二進(jìn)制編碼?！∧?計(jì)數(shù)器模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行模8計(jì)數(shù)器模塊程序，生成元件圖，如圖315：圖315　模8計(jì)數(shù)器模塊元件圖模8計(jì)數(shù)器模塊元件圖(如圖315)分析：clk為時(shí)鐘頻率輸入端，a[2..0]為3位二進(jìn)制數(shù)輸出端?！∧?計(jì)數(shù)器模塊仿真使用Quartus II對(duì)模8計(jì)數(shù)器模塊進(jìn)行功能仿真，如圖316：圖 316　模8計(jì)數(shù)器模塊仿真模8計(jì)數(shù)器模塊仿真(如圖316)分析：上圖可以看到，每一個(gè)時(shí)鐘周期掃描輸出一個(gè)3位二進(jìn)制數(shù)。　8選1選擇器模塊本設(shè)計(jì)需用數(shù)碼管顯示行駛里程及花費(fèi)。實(shí)驗(yàn)箱上共有八位數(shù)碼管。本次設(shè)計(jì)使用其中前三位顯示行駛里程，后三位顯示行駛花費(fèi)，中間兩位設(shè)為“”。經(jīng)過(guò)8選1選擇器進(jìn)行數(shù)碼管位選。　8選1選擇器模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行8選1選擇器模塊，生成元件圖，如圖317：圖317　8選1選擇器模塊元件圖8選1選擇器模塊元件圖(如圖317)分析：c[2..0]為3位二進(jìn)制輸入信號(hào)，a1~a3為出租車行駛里程輸入端，b1~b3信號(hào)為花費(fèi)輸入端；d[3..0]為4位二進(jìn)制輸出信號(hào)，dp為小數(shù)點(diǎn)指示信號(hào)。　8選1選擇器模塊仿真使用Quartus II對(duì)8選1選擇器模塊進(jìn)行仿真，如圖318：圖318　8選1選擇器模塊仿真8選1選擇器模塊仿真(如圖318)分析：上圖可以看出，行駛里程為設(shè)為5km，行駛車費(fèi)為7元。數(shù)碼管前三位顯示行駛里程，后三位顯示行駛花費(fèi)，中間兩位設(shè)為“”?！∑叨螖?shù)碼管顯示模塊本設(shè)計(jì)采用七段數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)，其中前三位顯示行駛里程，后三位顯示車費(fèi)，中間兩位設(shè)為“”。此模塊可以控制數(shù)碼管的段碼選擇，使數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)。該模塊頻率需選用1KHz，因?yàn)轭l率低時(shí)數(shù)碼管會(huì)閃爍，當(dāng)頻率高到一定程度時(shí)給人的直觀感覺(jué)是所有數(shù)據(jù)同時(shí)顯示?！∑叨螖?shù)碼管顯示模塊元件圖設(shè)計(jì)運(yùn)行七段數(shù)碼管顯示模塊，生成元件圖，如圖319：圖319　七段數(shù)碼管顯示模塊元件圖七段數(shù)碼管顯示模塊元件圖(如圖319)分析：d[3..0]為二進(jìn)制數(shù)輸入端，q[6..0]為七段譯碼輸出端?！∑叨螖?shù)碼管顯示模塊仿真使用Quartus II對(duì)七段數(shù)碼管顯示模塊進(jìn)行功能仿真，如圖320：圖320　七段數(shù)碼管顯示模塊仿真七段數(shù)碼管顯示模塊仿真(如圖320)分析：上圖中可以看出，q[6..0]根據(jù)輸入信號(hào)d[3..0]的值顯示相應(yīng)的數(shù)字?！№攲幽K在此模塊中對(duì)前面的控制電路頂層例化模塊、分頻模塊、掃描顯示模塊（模8計(jì)數(shù)器模塊、8選1選擇器模塊和七段數(shù)碼管顯示模塊）進(jìn)行綜合編寫(xiě)，輸出其綜合功能?！№攲幽K電路圖設(shè)計(jì)頂層電路圖，如圖321：圖321　頂層模塊電路圖頂層模塊電路圖(如圖321)分析：將以上各模塊的元件進(jìn)行連接就完成了整個(gè)電路的連接，可以實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)功能。clk為時(shí)鐘脈沖輸入端；reset為復(fù)位信號(hào)輸入端；start為開(kāi)始計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；stop為停止計(jì)費(fèi)信號(hào)輸入端；sp[2..0]為出租車狀態(tài)輸入端（停止或不同行駛速度）；sel[2..0]為3位二進(jìn)制數(shù)據(jù)輸出端；dp為小數(shù)點(diǎn)指示信號(hào)輸出端；out[6..0]為數(shù)碼管信息輸出端。　頂層模塊仿真使用Quartus II對(duì)頂層模塊進(jìn)行功能仿真，如圖322：圖322　頂層模塊仿真頂層模塊仿真(如圖322)分析：上圖顯示sp[2..0]為最大速度時(shí)行駛里程和計(jì)費(fèi)。第4章　硬件環(huán)境及調(diào)試過(guò)程　芯片介紹EP1C12Q240C8N芯片圖，如圖41： 圖41　EP1C120240C8N實(shí)體圖cyclone系列EP1C12Q240C8N型號(hào)的FPGA可編程邏輯芯片。此芯片屬于FPGA芯片，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列芯片，是作為專用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門(mén)電路數(shù)有限的缺點(diǎn)[10]。