出租车自动计费器EDA设计

6.7出租车自动计费器EDA设计6.7.1 设计要求设计一个出租车自动计费器，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费三部分，用三位数码管显示金额，最大值为999.9元，最小计价单元为0.1元，行程3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步费为8元，超过3公里，以每公里1.6元计费，等待时间单价为每分钟1元。

用两位数码管显示总里程。

最大为99公里，用两位数码管显示等待时间，最大值为59min。

6.7.2原理描述根据层次化设计理论，该设计问题自顶向下可分为分频模块，控制模块计量模块、译码和动态扫描显示模块，其系统框图如图6-63所示，各模块功能如下：图6-63出租车自动计费器系统框图1分频模块分频模块对频率为240Hz的输入脉冲进行分频，得到的频率为16Hz，10Hz和1Hz的三种频率。

该模块产生频率信号用于计费，每个1HZ脉冲为0.1元计费控制，10HZ信号为1元的计费控制，16Hz信号为1.6元计费控制。

2 计量控制模块计量控制模块是出租车自动计费器系统的主体部分，该模块主要完成等待计时功能、计价功能、计程功能，同时产生3分种的等待计时使能控制信号en1, 行程 3公里外的使能控制信号en0。

其中计价功能主要完成的任务是：行程 3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步费为8元；3公里外以每公里1.6元计费，等待累计时间3分钟外以每分钟1元计费；计时功能主要完成的任务是：计算乘客的等待累计时间，计时器的量程为59分，满量程自动归零；计程功能主要完成的任务是：计算乘客所行驶的公里数。

计程器的量程为99公里，满量程自动归零。

3 译码显示模块该模块经过8选1选择器将计费数据（4位BCD码）、计时数据（2位BCD码）、计程数据（2位BCD码）动态选择输出。

其中计费数据jifei4~ jifei1~送入显示译码模块进行译码，最后送至百元、十元、元、角为单位对应的数码管上显示，最大显示为999.9元；计时数据送入显示译码模块进行译码，最后送至分为单位对应的数码管上显示，最大显示为59秒；计程数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以公里为单位的数码管上显示，最大显示为99公里。

6.7.3层次化设计方案1出租车自动计费器系统的主体FPGA电路txai的VHDL设计根据6.7.2节的功能描述，该电路的核心部分就是计数分频电路，通过VHDL语言的顺序语句IF-THEN-ELSE根据一个或一组条件来选择某一特定的执行通道，生成计费数据、计时数据和里程数据。

其VHDL源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.std_logic_1164.all;USE IEEE.std_logic_unsigned.all;USE IEEE.std_logic_arith.all;ENTITY taxi isport ( clk_240 :in std_logic; --频率为240Hz的时钟start :in std_logic; --计价使能信号stop:in std_logic; --等待信号fin:in std_logic; --公里脉冲信号cha3,cha2,cha1,cha0:out std_logic_vector(3 downto 0); --费用数据km1,km0:out std_logic_vector(3 downto 0); --公里数据min1,min0: out std_logic_vector(3 downto 0)); --等待时间end taxi;architecture behav of taxi issignal f_10,f_16,f_1:std_logic; --频率为10Hz，16Hz，1Hz的信号signal q_10:integer range 0 to 23; --24分频器signal q_16:integer range 0 to 14; --15分频器signal q_1:integer range 0 to 239; --240分频器signal w:integer range 0 to 59; --秒计数器signal c3,c2,c1,c0:std_logic_vector(3 downto 0); --十进费用计数器signal k1,k0:std_logic_vector(3 downto 0); --公里计数器signal m1:std_logic_vector(2 downto 0); --分的十位计数器signal m0:std_logic_vector(3 downto 0); --分的个位计数器signal en1,en0,f:std_logic; --使能信号beginfeipin:process(clk_240,start)beginif clk_240'event and clk_240='1' thenif start='0' then q_10<=0;q_16<=0;f_10<='0';f_16<='0';f_1<='0';f<='0';elseif q_10=23 then q_10<=0;f_10<='1'; --此IF语句得到频率为10Hz的信号else q_10<=q_10+1;f_10<='0';end if;if q_16=14 then q_16<=0;f_16<='1'; --此IF语句得到频率为16Hz的信号else q_16<=q_16+1;f_16<='0';end if;if q_1=239 then q_1<=0;f_1<='1'; --此IF语句得到频率为1Hz的信号else q_1<=q_1+1;f_1<='0';end if;if en1='1' then f<=f_10; --此IF语句得到计费脉冲felsif en0='1' then f<=f_16;else f<='0';end if;end if;end process;main:process(f_1)beginif f_1'event and f_1='1' thenif start='0' thenw<=0;en1<='0';en0<='0';m1<="000";m0<="0000";k1<="0000";k0<="0000";elsif stop='1' thenif w=59 then w<=0; --此IF语句完成等待计时if m0="1001" then m0<="0000"; --此IF语句完成分计数if m1<="101" then m1<="000";else m1<=m1+1;end if;else m0<=m0+1;end if;if m1&m0>"0000010"then en1<='1'; --此IF语句得到en1使能信号else en1<='0';end if;else w<=w+1;en1<='0';end if;elsif fin='1' thenif k0="1001" then k0<="0000"; --此IF语句完成公里脉冲计数if k1="1001" then k1<="0000";else k1<=k1+1;end if;else k0<=k0+1;end if;if k1&k0>"00000010" then en0<='1'; --此IF语句得到en0使能信号else en0<='0';end if;else en1<='0';en0<='0';end if;cha3<=c3;cha2<=c2;cha1<=c1;cha0<=c0; --费用数据输出km1<=k1;km0<=k0;min1<='0'&m1;min0<=m0; --公里数据、分钟数据输出end if ;end process main;jifei:process(f,start)beginif start='0' then c3<="0000";c2<="0000";c1<="1000";c0<="0000";elsif f'event and f='1' thenif c0="1001" then c0<="0000"; --此IF语句完成对费用的计数if c1="1001" then c1<="0000";if c2="1001" then c2<="0000";if c3<="1001" then c3<="0000";else c3<=c3+1;end if;else c2<=c2+1;else c1<=c1+1;end if;else c0<=c0+1;end if;end if;end process jifei;end behav;该源程序包含3个进程模块。

fenpin进程对频率为240Hz的输入脉冲进行分频，得到的频率为16Hz，10Hz和1Hz的三种计费频率信号，供main进程和jifei进程进行计费、计时、计程之用；main进程完成等待计时功能、计程功能，该模块将等待时间和行驾公里数变换成脉冲个数计算，同时产生3分种的等待计时使能控制信号en1, 行程3公里外的使能控制信号en0；jifei进程将起步价8元预先固定在电路中，通过对计费脉冲数的统计，计算出整个费用数据。