【文章內(nèi)容簡介】 要求來產(chǎn)生計費，本設(shè)計重點就在計費控制模式模塊和計費模塊這兩大模塊的設(shè)計，則 根據(jù)出租車計費器的工作過程， 其主要原理框圖如圖 13 所示。 本系統(tǒng)采用分層次、分模塊的方式設(shè)計，其本系統(tǒng)組成框圖如下所示。其中行駛路程計數(shù)模塊、等待時間計數(shù)模塊和計費模塊，用來統(tǒng)計路程、等待時間和總費用，控制模塊是用來控制計費模塊，數(shù)碼管顯示模塊用來顯示行駛的公里數(shù)、等待累計時間和總費用等信息。 . . 本系統(tǒng)采用層次化、模塊化的設(shè)計方法，設(shè)計順序為自下向上。首先實現(xiàn)系統(tǒng)框圖中的各子模塊，然后由頂層模塊調(diào)用各子模塊來完成整個系統(tǒng)。為了便于在數(shù)碼管里顯示 ，這里的路程、時間和費用計數(shù)器均用十六進制表示。 分頻模塊 將 時鐘 信號進行分頻 ， 分出的頻率 供后面 的計程模塊和計時模塊用，以及后面的數(shù)碼顯示掃描模塊都會用到。 計數(shù)器分頻模塊 此模塊的功能是對總的時鐘進行分頻，分出的頻率是讓計數(shù)器用的，因為總的時鐘是 50M的。設(shè)計該模塊的時候用了一個 32 位的計數(shù)器，當計數(shù)器計到 25_000000 的時候產(chǎn)生時鐘。在仿真的時候為了 快速的 方便觀察 ， 設(shè)計了一個 5 分頻的電路。在此時 假設(shè)車輪每轉(zhuǎn)一圈為2 米， 則轉(zhuǎn)動 100 圈 送一個脈沖， 即是 200 米， 則 在經(jīng) 5 分頻 后 ，每 1Km 送一個脈沖到里程計算模塊。同理，若知道車輪直徑，即可算出分頻比 來設(shè)置合理的分頻電路，當下載到實物時還是 用的是 2HZ 的時 鐘 圖 31 計數(shù)器的分頻模塊 計數(shù)器分頻模塊仿真結(jié)果 圖 32 計數(shù)器的分頻模塊 功能 仿真 從波形可以看出當 reset 為低電平的時候 clk 為零，當 reset 為高電平的時候 clk 的高. . 電平占了 clk_50M 的 5個周期，低電平也占了 clk_50M 的 5個周期。 數(shù)碼管分頻模塊 此模塊的功能是對總的時鐘進行分頻，分出的頻率是讓數(shù)碼管用的，當計數(shù)器計到 50_000的時候產(chǎn)生時鐘。 此模塊在整體仿真時，沒有用到數(shù)碼管顯示，在此不在 贅述以及仿真波形，在實物下載時必不可少，其模塊 如下圖： 圖 33 數(shù)碼塊 分頻模塊 計程模塊 計程模塊 電路 此模塊的功能是計算出租車行駛的路程。在出租車啟動并行駛的過程中 (即復位 /啟動信號 reset 為 1，行駛 /停止信號 start 為 1)，當時鐘 clk是上升沿的時候，系統(tǒng)即對路程計數(shù)器 distance 的里程計數(shù)器進行加計數(shù)，當路程超過三公里時，系統(tǒng)將輸出標志正脈沖distance_enable。 其模塊如下： 圖 34 計程模塊 . . 計程 模塊仿真結(jié)果 圖 35 計程模塊 功能仿真 從波形圖可以看出在時鐘的控制下，當 reset為高電平且 start為高電平的時候 distance開始計數(shù)，當計到大于三的時候輸出了 distance_enable 為高電平。 準備對第 4 公里以后的脈沖進行加計費。 計時模塊 計時模塊 電路 此模塊用于計算停車等待的時間。 圖中 s 代表秒計時， m 代表分鐘數(shù)計時。 在出租車行進中，如果車輛停止等待，計數(shù)器則在 1Hz 信號 clk 的上升沿進行加計數(shù)，每 60 次產(chǎn)生進位脈沖使分鐘計數(shù)器位進行加計數(shù)，當累計等待時間超過 2（ 不包括 2 分鐘 ） 分鐘時，輸出標志 time_enable 正脈沖信號。 其模塊如下圖所示： 圖 36 計時模塊 計時模塊的仿真結(jié)果 （包括兩分鐘）的仿真結(jié)果如下所示： 從波形圖可以看出在 clk的控制下當 start為低電平 reset為高 電平的時候時間計數(shù)，time_enable為低電平 。 . . 圖 37 計時模塊功能仿真（ 2分鐘內(nèi)） （不包括兩分鐘）的仿真結(jié)果如下所示： 圖 38 計時模塊功能仿真（ 2分鐘外） 從波形圖可以看出在 clk的控制下當 start為低電平 reset為高 電平的時候時間計數(shù) ， 當時間大于二分鐘的時候， time_enable為輸出高電平，為超過 2分鐘后以每增加一分鐘對計費進行加計數(shù)。 控制模塊 控制模塊電路 控制模塊用于為計費模塊提供時鐘，當 start 高電平的時候選擇公里計費，輸出的時鐘信號為 distance_enable，當 start 低電平的時候選擇時間計費，輸出的時鐘信號為time_enable。 這樣控制模塊便控制著其計費模式。 模塊如下圖所示： . . 圖 39控制模塊 計時模塊的仿真結(jié)果 1． 公里計費的仿真結(jié)果如下所示： 圖 310 控制模仿真圖（公里計費） 從波形圖可以看出當 start為 高電平的時候輸出的 信號是 distance_enable。 此時控制模塊選出的是 distance_enable，即 選出距離使能脈沖計費，則實現(xiàn)了按公里計費。 2． 時間計費的仿真結(jié)果如下所示： 圖 311 控制模仿真圖（按時計費） 從波形圖可以看出當 start為 低電平的時候輸出的信號是 time_enable。 即選擇了按等待時間脈沖計費。 仿真上的公里脈沖和時間脈沖是為了仿真而簡單的設(shè)置的波形，并非是前面信號組合檢測而成，在后面整體組合電路中為進行模塊的組合。這里為了便于功能仿真區(qū)別，沒有設(shè)置過多的脈沖，以影響分辨控制模塊所選擇 的計費模式。 . . 計費模塊 控制模塊電路 費用計數(shù)器模塊用于出租車啟動后，根據(jù)行駛路程和等待時間計算費用。當出租車停車時，時鐘 reset用于將費用計數(shù)器復位為起步價 ；當車處于行駛狀態(tài) 時， select_clk信號選擇 distans_enable， 若滿 4公里 后路程每滿 1公里，費用計數(shù)器加 1元；當出租車處于停止等待狀態(tài)且時鐘滿 2分鐘時， select_clk信號選擇 time_enable信號，時間每滿 1分鐘，費用計數(shù)器加 1元。 圖 312 計費模塊 計費模塊的仿真結(jié)果 圖 313 計費模塊仿真 從波形圖可以看出 reset用于將費用計數(shù)器復位為起步價 ；由于本仿真 select_clk信號并非是系統(tǒng)選擇出來的公里脈沖和計時脈沖，通過認為設(shè)定，不影響其觀察功能效果。 . . 數(shù)碼管顯示模塊 圖 314 數(shù)碼管顯示模塊 數(shù)碼管有兩種顯示方式動態(tài)顯示與靜態(tài)顯示，由于在本文中用 到了八 個數(shù)碼管所以選擇了動態(tài)顯示，在時鐘的控制下，當 reset為高電平的時候把費用，公里，時間譯碼輸出。 這里沒有數(shù)碼管 顯示仿真效果不明顯，即不給予仿真。 以上單元模塊 設(shè)計 完畢，通過每個單元模塊代碼的 設(shè)計以及仿真驗證每個模塊的真確性，為確保后面整體模塊電路的正確性奠定了基礎(chǔ)。 . . 設(shè)計 整體頂層模塊電路 各模塊設(shè)計仿真實現(xiàn)后，可分別創(chuàng)建成元件符號。頂層就是將各分模塊用 Verilog HDL語言或者是圖形方法連接起來，便可實現(xiàn)系統(tǒng)電路 。 其 Verilog HDL 源代碼詳見其附錄。 其生成的頂層原理圖如下所示： 圖 41 整體頂層電路 原理圖 . . 調(diào)試 本設(shè)計采用 Quartus II軟件進行仿真設(shè)計 ， Quartus II 是 Altera公司的綜合性 PLD/FPGA開發(fā)軟件，支持原理圖、 VHDL、 VerilogHDL以及 AHDL（ Altera Hardware Description Language）等多種設(shè)計輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計輸入到硬件配置的完整 PLD 設(shè)計流程。 系統(tǒng)仿真 及調(diào)試 各個單元模塊完成后 ，即可將分模塊和頂層模塊進行仿真測試 ，同時可根據(jù)設(shè)計要求加入測試輸入條件。仿真后得到的相應(yīng)輸出結(jié)果 與預(yù)先的結(jié)果 想比較，若 不相符，則應(yīng)修改設(shè)計，直到相符為止。 為了仿真得 到明顯的效果，最好能能下載到帶數(shù)碼管的試驗想上進行直接的數(shù)字觀察。由于條件有限，為了能使仿真效果明顯，采用了不帶譯碼顯示的波形仿真，其電路原理圖如下： 圖 51 系統(tǒng) 仿真調(diào)試電路 首先，對以下輸入輸出端作以下 解釋和 說明 ，如表 41： . . 表 51 測試端口說明 輸入輸出端口說明 端口 類型 功能定義 Clk_50M Input 全局時鐘。在時鐘上升沿，計算費用。 reset Input 整體復位，在 reset=0時，等待計時為 0 start Input 選擇計費模式 Start=1，計程計 費 Start=0，計時計費 m[7:0] Output 等待時間的輸入 (分 ) s[7:0] Output 等待計時的輸入（秒） distance[7:0] Output 所行路程的輸入 fee7:0] Output 總費用 輸出 功能 仿真結(jié)果 驗證如下 如下所示 ： a． 為行駛中未停時的系統(tǒng)電路仿真結(jié)果： 圖 52 系統(tǒng) 仿真調(diào)試電路 （ a） （在兩分鐘之內(nèi)）的系統(tǒng)電路仿真結(jié)果： 圖 53 系統(tǒng)仿真調(diào)試電路（ b） （在兩分鐘之外）的系統(tǒng)電路仿真結(jié)果： . . 圖 54 系統(tǒng)仿真調(diào)試電路（ c） 從 (a)可以看出當 reset為 1時，費用計數(shù)器為 8元，系統(tǒng)啟動， start=1表示出租車行駛， distance_enable每產(chǎn)生一個脈沖，路程計數(shù)器加 1；路程 4公里內(nèi)，費用保持 8不變，超過 4公里，費用計數(shù)器進行加計數(shù)，每增加 1公里費用加 1元，此時等待時間計數(shù)器不變。 而根據(jù) (b),(c)的仿真波形可知，當 reset為 1時，系統(tǒng)啟動， start=0表示出租車處于停止等待狀態(tài)，此時等待時間計數(shù)器計數(shù)，在 2分鐘等待時間內(nèi)，費用計數(shù)器不變；等待時間超過 2分鐘后，每增加 1分鐘，費用計數(shù) 器增加 1元，此時路程計數(shù)器保持不變。 從以