EDA课程设计出租车计费器的设计

课程设计报告
课程名称数字系统与逻辑设计
课题名称出租车计费器的设计
专业
班级
学号
姓名
指导教师
2013年7月7日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称数字系统与逻辑设计课题出租车计费器的设计
专业班级
学生姓名
学号
指导老师乔汇东胡瑛谭小兰
审批乔汇东
任务书下达日期2013 年6月29日
任务完成日期2013 年7月7日
《数字系统与逻辑设计》课程设计任务书
一、设计目的
全面熟悉、掌握VHDL语言基本知识，掌握利用VHDL语言对常用的的组合逻辑电路和时序逻辑电路编程，把编程和实际结合起来，熟悉编制和调试程序的技巧，掌握分析结果的若干有效方法，进一步提高上机动手能力，培养使用设计综合电路的能力，养成提供文档资料的习惯和规范编程的思想。

二、设计要求
1、设计正确，方案合理。

2、程序精炼，结构清晰。

3、设计报告5000字以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。

4、上机演示。

5、有详细的文档。

文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。

三、进度安排
第十九周星期一：课题讲解，查阅资料
星期二：总体设计，详细设计
星期三：编程，上机调试、修改程序
星期四：上机调试、完善程序
星期五：答辩
星期六-星期天：撰写课程设计报告
附：
课程设计报告装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序
清单）。

正文的格式:一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。

正文的内容:一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现；四、系统调试与仿真；五、总结与体会；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。

目录
一. 系统的总体设计 0
1.1 问题描述 0
1.2 设计思想 0
1.3 引脚分配 0
二．出租车计费功能的实现 (1)
2.1 系统的总体框图 (1)
2 程序流程图 (2)
四. 调试与仿真 (7)
五. 总结与体会 (8)
六. 附件 (9)
七. 评分表 (14)
一. 系统的总体设计
1.1 问题描述
出租车计费器一般都是按公里计费，通常是起步价xx 元（xx 元可以行走x公里），然后再是xx 元/公里。

要完成一个出租车计费器，就要有两个计数单位，一个用来计公里，另外一个用来计费用。

通常在出租车的轮子上都有传感器，用来记录车轮转动的圈数，而车轮子的周长是固定的，所以知道了圈数自然也就知道了里程。

在这个实验中，就要模拟出租车计费器的工作过程，用直流电机模拟出租车轮子，通过传感器，可以得到电机每转一周输出一个脉冲波形。

(有条件的同学再完成：显示用8 个七段码管，前四个显示里程，后四个显示费用。

)
1.2 设计思想
该出租车计费器按下开关S1后开始计费和计里程数，起步价是3元，准行1公里，以后1元/公里。

时钟输入为一个1KHz的系统时钟，直流电机模块每转一圈输出一个脉冲信号给CPU，另外用按键模块的S1 来作为整个系统的复位按钮，每复位一次，计费器从头开始计费。

直流电机模块用来模拟出租车的车轮子，每转动一圈认为是行走1 米，所以每旋转1000 圈，认为车子前进1 公里。

系统设计是需要检测电机的转动情况，每转1000圈，分频模块输出一个上升沿信号。

车费和里程数在一个8位7段数码管上显示，前4位显示里程，后4位显示费用。

1.3 引脚分配
显示：
动态八位七段数码管模块
时钟：
直流电机脉冲输入：
复位按键
二．出租车计费功能的实现
2.1 系统的总体框图
该出租车计费系统由三个模块组成，分别是：计费模块：计算应付车费
计程模块：计录已行里程
显示模块：将应付车费和已行里程显示在数码管上各模块之间的关系为：
2 程序流程图 计算路程框图：
计算出租车计费框图：
q1<=0;q2<=0; q3<=0;q4<=0;
S1=’1’
meter'event and meter='1'
money_cn3~money_cn1代表的4位十进制数加1
meter 信号发生变化
图2 计算路程框图
2.3 系统各功能模块的实现 计算距离模块：
REG:PROCESS(s1,meter) begin
if s1='1' then q1<=0; q2<=0; q3<=0; q4<=0;
elsif meter'event and meter='1' then --clk'event and clk='1' then if q4=9 then q4<=0; if q3=9 then q3<=0;
if q2=9 then
q1信号发生变化
图3 计费框图
q2<=0;
q1<=q1+1;
else
q2<=q2+1;
end if;
else
q3<=q3+1;
end if;
else
q4<=q4+1;
end if;
end if;
--end if;
end process REG;
计费距离模块：
COM:process( q1)
begin
if q1<7 then
a4<=q1+3;
else if q1=7 then
a4<=0;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
else if q1=8 then
a4<=1;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
else if q1=9 then
a4<=2;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
end if;
end if;
end if;
end if;
end process COM;
显示模块：
CAM:process(clk)
begin
if clk'event and clk='1' then
cout<=cout+1;
end if;
end process CAM;
pra:process(cout)
begin
case cout is
when "000"=> wx<="10000000";shuju<=q1;
when "001"=> wx<="01000000";shuju<=q2;
when "010"=> wx<="00100000";shuju<=q3;
when "011"=> wx<="00010000";shuju<=q4;
when "100"=> wx<="00001000";shuju<=a1;
when "101"=> wx<="00000100";shuju<=a2;
when "110"=> wx<="00000010";shuju<=a3;
when "111"=> wx<="00000001";shuju<=a4;
end case;
end process pra;
process(shuju)
begin
case shuju is
when 0=>duan<="0111111"; --0
when 1=>duan<="0000110"; --1
when 2=>duan<="1011011"; --2
when 3=>duan<="1001111"; --3
when 4=>duan<="1100110"; --4
when 5=>duan<="1101101"; --5
when 6=>duan<="1111101"; --6
when 7=>duan<="0000111"; --7
when 8=>duan<="1111111"; --8
when 9=>duan<="1101111"; --9
when others=>null;
end case;
end process;
四. 调试与仿真
在调试过程中，出现了很多的问题，在编译时出现同时赋值的现象：
图4 同时赋值现象
在程序使用软件仿真时，出现了问题；开始使用10进制数进行仿真时由于在计费时，开始不适应复位信号，就会出现几公里几块钱，一但经过复位之后程序使用就正常了，这是有与我在使用时没有复位时，不给初值一样，后来经过修改之后就正常了。

图5 计费仿真
图6 距离仿真
图7 出租车计费仿真
五. 总结与体会
通过这次紧张而又充实的EDA课程设计，我感受到了VHDL语言和普通软件语言之间的区别，也能够更加熟练地运用VHDL语言进行逻辑电路的设计了，受益匪浅。

在没有进行课程设计之前，我们的上机实践从来没有编写过规模如此的数字电路系统，最多就写写什么半加器，全加器之类的小型实体。

而这次课程设计要想实现课题要求的功能，必须将若干小型实体组合成一个相对大型的实体。

不仅如此，在写完程序后，还要把程序下载到芯片内，连接相应的电子器件，观察真正的效果。

所以，通过这次紧张的课程设计，我体会了从开始利用VHDL 语言编程到把设想放到真正在电子器件上实现的全部过程，提高了自己从事工程项目设计的能力。

另外，在课程设计的过程，我碰到了很多棘手的难题，虽然也进行了苦思冥想，却还是得不到解决方法，有时也有想放弃的念头，不过终于还是坚持了下来，完成了任务，我意识到今后不管是在工作还是学习中，做工程项目都需要有忍耐力和坚持。

结果重要，过程更是我们学习的宝贵经验。

课程设计不仅是学习一门课，更可以锻炼我们的实践能力，动手操作能力，和解决问题的能力。

能够将课堂上所学的知识灵活、巧妙的运用到实践操作上是一次很好的体验，和机会。

不仅锻炼路我们的动手能力，而且加深了对课本的理解和弥补了课本上所不能涉及到的东西。

所以在对待每一次的课程设计时我都很认真，也终于通过自己的努力终于完成了此次的课程设计。

六. 附件
程序源代码：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
ENTITY eda IS
PORT(clk : IN STD_LOGIC; --外部时钟输入口
meter : IN STD_LOGIC; -- 外部转圈信号输入，假定每个上升沿视为车轮转一圈
S1 : IN STD_LOGIC; -- 外部按键输入复位信号，假定低电平表示按键被按下，高电平表示按键未按下
wx:out std_logic_vector(7 downto 0);
cost1,cost2,cost3,cost4 :out integer range 0 to 9; --输出计费值个位十位百味
dist1,dist2,dist3,dist4 : out integer range 0 to 9); --输出公里数小数点后一位，个位，十位
END entity;
architecture behav of eda is
signal q1,q2,q3,q4:integer range 0 to 9; --
signal a1,a2,a3,a4:integer range 0 to 9;
signal cout:STD_LOGIC_VECTOR (2 DOWNTO 0);
--signal wx:std_logic_vector(7 downto 0);
signal shuju:integer range 0 to 9; --控制路程和计费数据显示的位置
signal duan:std_logic_vector(6 downto 0); ---控制数码管显示输出
begin
REG:PROCESS(s1,meter) --计算路程
begin
if s1='1' then
q1<=0;
q2<=0;
q3<=0;
q4<=0;
elsif meter'event and meter='1' then --clk'event and clk='1' then if q4=9 then
q4<=0;
if q3=9 then
q3<=0;
if q2=9 then
q2<=0;
q1<=q1+1;
else
q2<=q2+1;
end if;
else
q3<=q3+1;
end if;
else
q4<=q4+1;
end if;
end if;
--end if;
end process REG;
COM:process( q1) --计算出租车计费
begin
if q1<7 then
a4<=q1+3;
else if q1=7 then
a4<=0;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
else if q1=8 then
a4<=1;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
else if q1=9 then
a4<=2;
if a3=9 then
a3<=0;
if a2=9 then
a2<=0;
a1<=a1+1;
else
a2<=a2+1;
end if;
else
a3<=a3+1;
end if;
end if;
end if;
end if;
end if;
end process COM;
------------------------------------------------------------ 计费路程显示输出CAM:process(clk)
begin
if clk'event and clk='1' then
cout<=cout+1;
end if;
end process CAM;
pra:process(cout) --控制路程和计费输出位置
begin
case cout is
when "000"=> wx<="10000000";shuju<=q1;
when "001"=> wx<="01000000";shuju<=q2;
when "010"=> wx<="00100000";shuju<=q3;
when "011"=> wx<="00010000";shuju<=q4;
when "100"=> wx<="00001000";shuju<=a1;
when "101"=> wx<="00000100";shuju<=a2;
when "110"=> wx<="00000010";shuju<=a3;
when "111"=> wx<="00000001";shuju<=a4;
end case;
end process pra;
process(shuju) --数码管显示
begin
case shuju is
when 0=>duan<="0111111"; --0
when 1=>duan<="0000110"; --1
when 2=>duan<="1011011"; --2
when 3=>duan<="1001111"; --3
when 4=>duan<="1100110"; --4
when 5=>duan<="1101101"; --5
when 6=>duan<="1111101"; --6
when 7=>duan<="0000111"; --7
when 8=>duan<="1111111"; --8
when 9=>duan<="1101111"; --9
when others=>null;
end case;
end process;
dist1<=q1;
dist2<=q2;
dist3<=q3;
dist4<=q4;
cost1<=a1;
cost2<=a2;
cost3<=a3;
cost4<=a4;
end behav;
七. 评分表
计算机与通信学院课程设计评分表课题名称：数字系统与逻辑设计
教师签名：
日期：。