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题目

题目九：出租车计价器设计（平台实现）★★

完成简易出租车计价器设计，选做停车等待计价功能。 基本功能： （1）起步8元/3公里，此后２元/公里； （2）里程指示信号为每前进50米一个高电平脉冲，上升沿有效；显示行公里数，精确到0.1公里。（模拟时速40KM/h） （3）前进里程开始之前显示价钱，精确到0.1元； （4）用两个按键分别表示开始行程和结束行程。 选做功能： （1）增加一个停车等待／恢复行程按钮，用２个数码管显示等待时间，精确到0.1分钟。 （2）等候费１元／分钟，计价精度为0.1元。

总体结构分析与设计

从思维导图看出，本次设计为分为分频、计时（内含有计算）、显示三个部分。分频得到一秒，计时内分为两个部分：等待模块和行驶模块。 最后通过显示模块输出到数码管。

实现与仿真

1.实现步骤：分频得到一秒，将一秒的频率作为输入，传入计时模块。在计时模块的行驶模块中：当汽车行驶时，如果km大于3km,那么每9s,km加上0.1km,即小数位加1，价钱加0.2元。

在计时模块的等待模块中：当汽车等待时，每6s即0.1min,等待时间加上0.1min,价钱加上0.1元。

2.VHDL代码

library IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity taxi isport(clk_100:in std_logic;     clk_scan:in std_logic;                                             start:in std_logic;                    --开始     stop:in std_logic;						--停车与恢复行驶     reset:in std_logic;					--重置键     ended:in std_logic;                    --结束                 op,led:out std_logic_vector(7 downto 0));--数码管位选与段选end taxi;architecture one of taxi is	signal f_1:std_logic;       			--1Hz频率	signal q_1:integer range 0 to 99;	signal c2,c1,c0:std_logic_vector(3 downto 0);--费用cost	signal k2,k1,k0:std_logic_vector(3 downto 0);--km 	signal m1,m0:std_logic_vector(3 downto 0);	 --min	signal bit_2:integer range 9 downto 0;		--op	signal num:std_logic_vector(3 downto 0);	--ledbeginfeipin:process(clk_100,start)					--分频得1sbegin  if (clk_100'event and clk_100='1') then     if start='0' then q_1<=0;f_1<='0';     else        if q_1=99 then q_1<=0;f_1<='1';        else q_1<=q_1+1;f_1<='0';        end if;     end if;  end if;end process;jishi:process(f_1,start)						--计时模块variable x:integer range 9 downto 0:=0;variable w:integer range 9 downto 0:=0;begin  if f_1'event and f_1='1' then     if reset='1' then					  --重置		k2<="0000";k1<="0000";k0<="0000";		m1<="0000";m0<="0000";		c2<="0000";c1<="1000";c0<="0000"; --行驶状态，3km以内8元	 elsif (start='1' and stop='0' and ended='0') then                     --行驶状态        if x=8 then x:=0;                         --9s行程加0.1km,即0.2元			if k0="1001" then k0<="0000";                   			   if k1="1001" then k1<="0000";				  if k2="1001" then k2<="0000";  				  else k2<=k2+1;				  end if;    			   else k1<=k1+1;			   end if;  			else k0<=k0+1;			end if;						if (k2&k1&k0>="000000110000") then  --大于3km,开始行驶计费			  if c0>="1001" then c0<=c0-"1000";     --行驶计费				if c1="1001" then c1<="0000";				  if c2="1001" then c2<="0000";				  else c2<=c2+1;				  end if;				 else c1<=c1+1;				 end if;			  else c0<=c0+2;           --9s行程加0.1km,即0.2元			  end if;			end if;        else x:=x+1;        end if;             elsif (start='1' and stop='1' and ended='0') then                    --等待停车状态        if w=5 then w:=0;                     --计时0.1分钟即6s,即0.1元           if m0="1001" then m0<="0000";                           if m1="1001" then m1<="0000";                             else m1<=m1+1;			  end if;           else m0<=m0+1;           end if;                     if c0="1001" then c0<="0000";       --等待计费			if c1="1001" then c1<="0000";			  if c2="1001" then c2<="0000";			  else c2<=c2+1;			  end if;			 else c1<=c1+1;			 end if;		  else c0<=c0+1;		  end if;        else w:=w+1;        end if;     end if;   end if;end process;xiangshi:process(clk_scan,c0,k0,m0)		     --显示模块variable a:integer range 9 downto 0:=0;begin  if clk_scan'event and clk_scan='1' then	 if start='1' then		bit_2<=a;		a:=a+1;		a:=a rem 8;		case bit_2 is		  when 0=>num<=k0;op<="11111110";		  when 1=>num<=k1;op<="11111101";		  when 2=>num<=k2;op<="11111011";		  when 3=>num<=c0;op<="11110111";		  when 4=>num<=c1;op<="11101111";		  when 5=>num<=c2;op<="11011111";		  when 6=>num<=m0;op<="10111111";		  when 7=>num<=m1;op<="01111111";		  when others=>null;	    end case;	 end if;  end if;end process;shumaguan:process(num)variable y:std_logic_vector(6 downto 0);begin	case num is		  when "0000" =>y:="1111110";		  when "0001" =>y:="0110000";		  when "0010" =>y:="1101101";		  when "0011" =>y:="1111001";		  when "0100" =>y:="0110011";		  when "0101" =>y:="1011011";		  when "0110" =>y:="1011111";		  when "0111" =>y:="1110000";		  when "1000" =>y:="1111111";		  when "1001" =>y:="1111011";		  when others =>null;	end case;	if (bit_2=2 or bit_2=5 or bit_2=0) then 		--添加小数点		  led<=y&'1';    else  led<=y&'0';    end if;end process; end one;

管脚编号：

3.仿真：

4.板载测试 上图为：等待3.9min,总费用为23.9元，行驶里程为9.0km. 23.9=3.9*1+8+(9-3)*2,符合题意。 多次测试各种情况也符合题意。 测试成功！

设计结论与分析

1.系统测试结论： 通过反复地测试工作情况，得出本次实验的设计满足题意，并且只要输入的为标准100Hz的时钟信号，那么就能正确计算出行驶路程、等待时间、总费用，能精确到0.1。

2.性能特点： ①优点：计费、计时、计程很准确，达到40km/h的效果。功能全部实现。

3.可扩展性分析： 可以在加上几个模式：比如把模式分为：白天、黑夜、雨天等，不同的环境下实现计时、计程、计费。

小结与心得体会

1.设计过程中的困难和解决方法：

问题一：一个信号量只能在一个进程中赋值。解决：想办法在一个进程中赋值。 问题二：需要1500多个单元，但是只有1150个。解决：这个时候是用整形做的，然后把整形换为位矢量，并且优化过程，因为此时有六个进程process. 有的问题解决了，有的没解决，就换了思路。 当然还有一些小问题。

2.经验与收获体会、对EDA的认识

刚开始的时候感觉这一题还挺简单的，因为思路真的是异常清晰(之前习惯软件思维的我，把它当软件看），然后感觉用C语言写，分分钟的事情。一写起来，到处报错，才发现一些语法的细节不是很了解，在不断摸索中，终于对VHDL的越来越熟悉，通过不断地认识，从刚开始的数码管显示的有点乱七八糟，最后终于达到了自己的一点点要求，最后不断完善程序，终于达到了自己的要求。 发现VHDL这种硬件语言真的和之前学过的很不一样，有的时候编译通过，逻辑没问题，但是到了物理层次，还是出了问题。于是，在写VHDL的时候把它看出是一个物理盒子，写代码就是在连线一样，把变量尽量用二进制表示，成功率会提升许多。

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