【正文】 stop : in std_logic。 architecture structural of taximeter is ponent taxi port(clk : in std_logic。位選 show : out std_logic_vector(7 downto 0))。公里脈沖信號 single : in std_logic。計費器啟動 stop : in std_logic。 entity taximeter is port(clk : in std_logic。 use 。 出租車計費器的設(shè)計及實現(xiàn) 14 附 錄 頂層實體的 VHDL 編程： library ieee。其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)們，他們也為我解決了不少難題，同時也感謝學(xué)院為我提供了良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。首先要感謝我的指導(dǎo)老師 —— 陳初俠老師，在課程設(shè)計上給予我的指導(dǎo)，提供給我的支持和幫助，讓我能把系統(tǒng)做得更加完善。 通過這次的論文設(shè)計，我對 VHDL 編程語言有了更深層次的了解，對 QuartusⅡ軟件的應(yīng)用更加的熟練，加強了我的動手能力，使我在理論學(xué)習(xí)和編程練習(xí)方面都有了較大的收獲。在出租車計費器系統(tǒng)的兩個模塊 —— 計費模塊、顯示模塊中，計費模塊是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的核心，里面又分為分頻、計時、公里計數(shù)、計費等部分；顯示模塊將顯示等候時間，里程和費用。 出租車計費器系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)全部完成，能夠按照預(yù)期的效果顯示等候時間、里程和車費數(shù)目。 圖 12 驗證結(jié)果 2 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 11 圖 12 表示汽車行駛 25 公里，在行駛 20 公里之后的一段時間內(nèi)停留 4 分鐘，應(yīng)付費 元，符合設(shè)計要求。 管腳鎖定 在驗證出租車計費器系統(tǒng)的功能之前，需要清楚實驗箱與各個信號之間的對應(yīng)關(guān)系，參照資料得出本設(shè)計中各引腳的對應(yīng)情況如下： 出租車計費器的設(shè)計及實現(xiàn) 10 圖 10 管腳鎖定 管腳鎖定后將頂層文件下載到 EDA 實驗箱芯片中，驗證計費器的功能。 計費模塊的仿真波形 圖 8(a) 圖 8(b) 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 9 圖 8(c) 圖 8 均為計費模塊的仿真波形圖， 由圖 8(a)可看出汽車是單程行駛，圖 8(b)可看出汽車在中途暫停了一段時間，在圖 8(c)中可直觀地看出汽車行駛了 75 公里，等候時間為 4 分鐘，應(yīng)付的費用為 元。 abcdefghh g f e d c b a8 7 6 5 4 3 2 1 圖 5 七段數(shù)碼管與向量元素對應(yīng) 表 1 七段數(shù)碼管段位碼 十進制數(shù) 字 段位碼 0 00111111 1 00000110 2 01011011 3 01100111 4 01100110 5 01101101 6 01111101 7 00100111 8 01111111 9 01101111 滅 00000000 描述顯示模塊的 VHDL 程序見附錄。 模塊 display:display_control 圖 4 顯示模塊 顯示模塊用來將計費模塊輸出譯碼，然后輪流掃描數(shù)碼管。為此，設(shè)計 2 個時鐘脈沖，公里脈沖和等候脈沖，根據(jù)汽車行駛還是等候選擇計費脈沖。 20 公里是臨界值，在此以后，計費以 元累加，需要對計數(shù)進行討論，因為個位為 8 或 9 都可能導(dǎo)致進位。 描述系統(tǒng)頂層實體的 VHDL 程序見附錄。 3 出租車計費器的實現(xiàn) 出租車計費器的頂層原理圖 圖 2 頂層原理圖 原理圖中輸入部分分別是 clk：系統(tǒng)時鐘信號； mile：公里脈沖信號； single：單程鍵； start：計費器啟動信號； stop：等待信號。若是暫停狀態(tài)，計費器開始進行等候時間計數(shù)，當(dāng)?shù)群驎r間累計1 分鐘，則每分鐘折算 1 公里里程價。若是行駛狀態(tài)，計費器開始進行里程計數(shù)，當(dāng)里程超過 3 公里時，計費器開始累加，按 元每公里計算，計程器則繼續(xù)，否則計費器不變。 出租車計費器系統(tǒng)工作流程圖 對出租車計費器系統(tǒng)的功能要求進行分析，得到如下工作流程圖： 車 開 始 啟 動 Y E SN O不 計 數(shù)車 暫 停里 程 計 數(shù)N O里 程 顯 示Y E S等 候 時 間 計數(shù)等 候 時 間 顯示等 候 時 間 計費 器 計 數(shù)里 程 超 過 3 公里超 過 部 分 1 . 0元 / 公 里 Y E S計 費 器 8元 不 變N O里 程 超 過 2 0公 里超 過 部 分 1 . 5元 / 公 里 Y E S1 . 0 元 / 公里 不 變N O里 程 計 費 器計 數(shù)車 費 總 計 車 費 顯 示 圖 1 工作流程圖 巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 5 出租車載客后，啟動計費器，整個系統(tǒng)開始工作，進入初始化狀態(tài)，即計程從 0 開始，計費從 8 開始。分頻部分是把外 部提供的 300Hz 進行分頻得到系統(tǒng)工作需要的工作脈沖，計費部分包括兩個內(nèi)容，一個是正常行駛的里程數(shù)所產(chǎn)生的費用，另一個是車行中途暫停的時間所產(chǎn)生的費用。 設(shè)計思路 根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，分為 2 個模塊來實現(xiàn)，分別是計費模塊，顯示模塊。 要求顯示里程、計費及等候時間。Quartus II 越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎，是因為 Quartus II 擁有強大的設(shè)計能力和直觀易用的接口，可以在多種平臺上使用，如 XP、 Linux 以及 Unix等，具有完善的用戶圖形界面設(shè)計方式，運行速度快，功能集中，易學(xué)易用等特點 [7][8]。Quartus II 內(nèi)帶有綜合器和仿真器，可以完成從設(shè)計輸入到硬件配置的完 整 PLD設(shè)計流程，減少了設(shè)計者的工作量。 QuartusⅡ簡介 Quartus II 是 Altera 公司的綜合性 PLD 開發(fā)軟件 ， 可以采用多種輸入方式 ，如 VHDL、 Verilog HDL、 AHDL(Altera Hardware Description Language)及電路圖等。對于模擬電路而言， VHDL 并不是一種理想的硬件描述語言。目前的 VHDL 很難綜合實際的硬件電路，只能適用于系統(tǒng)建模。 (2)不能進行太抽象的系統(tǒng)描述。應(yīng)該擺脫一般的高級語言程序設(shè) 計思路，因為在電路世界里的事件很多是并行發(fā)生巢湖學(xué)院 2020 屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 3 的，并且硬件電路系統(tǒng)內(nèi)部的模塊可以是互相獨立的，也可以是互為因果的，所以，在用 VHDL 設(shè)計硬件電路時應(yīng)擺脫一般的高級語言程序設(shè)計思路。但是， VHDL仍然存在一些缺點，主要是 3 個方面。同時，這些特點也促進了 VHDL 的發(fā)展和完善。當(dāng)把用 VHDL 編寫的代碼文件看作是程序時，它可以作為設(shè)計人員之間的交流內(nèi)容；當(dāng)把它看作是文檔時，可以作為簽約雙方的合同文本。 VHDL 的數(shù)據(jù)類型很豐富，支持標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型不能滿足用戶的需求 時，用戶可以自己定義的所需要的數(shù)據(jù)類型，增加了設(shè)計的自由度。 VHDL 可以描述系統(tǒng)級電路和門級電路，而且描述方式多樣，可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)描述，也可以用其混合描述方式。 VHDL 由很多不同的工具支持，同一個設(shè)計的程序可以在包括綜合工具、仿真工具、系統(tǒng)平臺等工具中使用。設(shè)計完成后，可以根據(jù)消耗的資源選擇合適的器件，而不造成資源的浪費。 (2)與具體器件無關(guān)。一個簡潔的使用 VHDL 語言編寫的程序就可以描述一個復(fù)雜的邏輯電路，因為 VHDL 擁有強大的語言結(jié)構(gòu) [6]。 VHDL 的英文全稱為VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language,是 IEEE標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言，并且已經(jīng)成為系統(tǒng)描述的國際公認標(biāo)準(zhǔn)，得到眾多 EDA公司的支持。目前常用的硬件描述語言有 VHDL、 Verilog HDL 、出租車計費器的設(shè)計及實現(xiàn) 2 ABEL 等 [2][3][4]。計費器可長時間存儲多項營運數(shù)據(jù)，以便于需要的時候查詢 [1]。在計費器中添加數(shù)碼管，讓計費器多屏顯示的功能得以實現(xiàn)； (2)永久時鐘功能。在改進和完善的過程中，產(chǎn)生了很多實用的附加功能，給人們帶來了更多的方便。而大規(guī)模集成電路的發(fā)展又給計費器帶來了新的變化，產(chǎn)生了第三代計費器，即全電子化的計費器。隨著時代的發(fā)展，第一代計費器已經(jīng)不能滿足人們的需求，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使第二代計費器應(yīng)運而生。我國第一家生產(chǎn)計費器的是重慶起重機廠，早期的計費器就是個里程 表 ,因為它們都是用的機械齒輪結(jié)構(gòu)，只能實現(xiàn)最簡單的計程功能。因為出租車計費器計數(shù)是連續(xù)累加的，所以它可以顯示出任一時刻乘客應(yīng)付的費用。而出租車計費器是出租車內(nèi)重要的儀器之一，它能夠規(guī)范出租車市場，減小乘客與司機之間發(fā)生糾紛的可能性。 design 目 錄 中文摘要 ......................................................................................................................Ⅰ 英文摘要 ......................................................................................................................Ⅱ 1 引言 .........................