基于FPGA的出租车计价器设计（Verilog、basys3、含数码管模块、EDA设计与实践课程）
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文章目录
前言
本文章是总结EDA设计与实践课程的成果，设计题目为出租车计价器
以下是本篇文章正文内容
一、系统功能及设计要求
1.系统功能
出租车启动和停驶由司机控制。启动后显示里程，用四位数字显示，精确到1公里；停止后显示金额，四位显示，格式为XXXX，精确到1元。
功能：
1、当行程小于基本里程时，显示起步价，基本里程设3公里，起步价设5元。
2、当行程大于基本里程时，每多行一公里，在起步价上加2元；不足一公里按一公里收费。
3、当出租车等待时，由司机按下等候键，每等待一分钟加1元，不足一分钟的按一分钟计算。
4、此处用脉冲信号模拟轮胎的转数，设每计一个脉冲汽车前进100米。
2.设计要求
系统设计一个频率为1Hz的基本脉冲，该脉冲用于等待计时和轮胎转数。
一个该脉冲表征1s；用于计轮胎转数时，计10个记为1公里。用于等待计时时，计60个记为1分钟。
设计拨动开关A 用于控制和表征模拟出租车的钥匙（插入钥匙和拔出钥匙）。
拨动开关B 用于控制和表征模拟客人的上下车行为（预备上车和即将下车）。
拨动开关C 用于控制和表征模拟出租车行驶状态（行驶或等待）。
一个四位七段数码管用于分时分状态表示里程数或总计价。
二、系统设计方案、Verilog源程序与仿真结果分析
本系统采用层次化、模块化的设计方法，设计顺序为自下向上。首先实现系统框图中的各子模块，然后由顶层模块调用各子模块来完成整个系统。
1.计数分频模块div
输入：基准时钟100MHz，频率信号CLK_100M，重置信号reset
输出：1Hz频率时钟信号CLK
module div(
input clk_100M,
input reset,
output reg clk
);
reg [31:xshell0] count;
always@(posedge clk_100M , negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
clk<=1'd0;
count=32'd0;
end
else if(count==32'd50_000000)
begin
count<=32'd0;
clk<=!clk;
end
else
count<=count+1'd1;
end
endmodule
clk_100M为主频，当reset为1时，div模块工作，此处为了仿真采取六分频，clk_100M触发6个周期，clk输出1个周期。
2.计程模块distancecount
输入：1HZ频率时钟信号CLK，模块使能信号work，计程开始信号start，计程重置信号reset
输出：16位二进制里程计数值distance，里程使能输出distance_enable
module distanceCount(
input clk,
input work,
input start,
input reset,
output reg [15:0] distance,
output reg distance_enable
);
always@(posedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
distance<=16'd0;
end
else if(start&&work)
begin
if(distance[3:0]==9)
begin
distance[3:0]<=4'd0;
if(distance[7:4]==9)
begin
distance[7:4]<=4'd0;
if(dist启动模式ance[11:8]==9)
begin
distance[11:8]<=4'd0;
if(distance[15:12]==9)
distance[15:12]<=4'd0;
else
distance[15:12]<=distance[15:12]+1'd1;
end
else
distance[11:8]<=distance[11:8]+1'd1;
end
else
distance[7:4]<=distance[7:4]+1'd1;
end
else
distance[3:0]<=diwx.downloadFilestance[3:0]+1'd1;
end
end
//产生distance_enable信号
always@(posedge clk or negedge r工厂方法模式eset)
begin
if(!reset)
begin
distance_enable<=1'd0;
end
else
if(distance>=16'd2)
begin
distance_enable硬件工程<=1'd1;
end
end
endmodule
当reset为1时，distancecount模块工作。当work为0时，车无顾客，不论start为0还是为1，即不论此时车停止还是行驶，distance里程均为0，distance_enable也为0；当work为1时，车有顾客，start为0时车停止，distance里程不增即为0，start为1时车行驶，distance里程增加；当distance大于3公里时ÿmsp0c;distance_enable为1，代表此时里程增加就要计费。
3.计时模块tmapreduce数据排序imecount
输入：1HZ频率时钟信号CLK，计时开始信号start，计时重置信号reset
输出：矢量控制8位二进制计时秒输出s，8位二进制计时分输出m，计时使能输出time_enable
module timeCount(
input clk,
input reset,
input start,
output reg [7:0] s,
output reg [7:0] m,
output wire time_enable
);
开源项目always@(posedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
s<=8'd0;
m<=8'd0;
end
else if(!start)
begin
if(s[3:0]==9)
begin
s[3:0]<=4'd0;
if(s[7:4]==5)
begin
s[7:4]<=4'd0;
if(m[3:0]==9)
begin
m[3:0]<=4'd0;
if(m[7:4]==5)
m[7:4]<=4'd0;
else
m[7:4]<=m[7:4]+1'd1;
end
else
m[3:0]<=m[3:0]+1'd1;
end
else
s[7:4]<=s[7:4]+1'd1;
end
else
s[3:0]<=s[3:0]+1'd1;
end
end
assign time_enable=((m[7:0]>=8'd1)&&(s[7:0]==8'd0))?1'd1:1'd0;
endmodule
当reset为1时，timecount模块工作。Start为1时，不计算等待时间。当start为0时ÿ动态内存异常分析0c;计算等待时间。每过一秒，s增加1，当s计到60时清零，m进1，同时time_enable产生一个脉冲，代表一分钟增一次等待费用。
4.控制模块control
输入：控制开始信号start，计程使能信号distance_enable，计时使能信号time_enable
输出：选择脉冲信号select_clk
module control(
input start,
input distance_enable,
input time_enable,
output wire select_clk
);
assign select_clk=start?distance_enable:time_enable;
endmodule
当start为0时，select_clk的值为time_enable的值；当start为1时，select_clk的值为distance_enable的值。
5.计费模块fee
输入：计费工作信号work，计费使能信号start，选择脉冲信号select_clk，计费重置信号reset，1HZ频率时钟工作信号CLK
输出：16位二进制费用输出fee
module fee(
input work,
input start,
input select_clk,
input reset,
input clk,
output reg [15:0毕业季·进击的技术e] fee
);
reg [3:0]cnt=0;
always@(posedge clk 硬件工程师or negedge reset or negedge work)
begin
if(!reset&&!work)
fee<=16'd5;
else if(select_clk==1'd1&&start==0&&work==1)
begin
if(fee[3:0]==4'd9)
begin
fee[3:0]<=4'd0;
if(fee[7:4]==4'd9)
begin
fee[7:4]<=4'd0;
if(fee[11:8]==4'd9)
begin
fee[11:8]<=4'd0;
if(fee[15:12]==4'd9)
fee[15:12]<=4'd0;
else
fee[15:12]<=fee[15:12]+以太坊NFT;1'd1;
end
else
fee[11:8商品检测]<=fee[11:8]+1'd1;
end
else
fee[7:4]<=fee[7:4]+1'd1;
end
else
fee[3:0]<=fee[3:0]+1'd1;
end
else if(select_clk==1'd1&&start==1&&work===1)
begin
cnt<=cnt+1;
if(cnt==11)
begin
cnt<=0;
repeat(2)
begin
if(fee[3:0]==4'd9)
begin
fee[3:0]=4'd0;
if(fee[7:4]==4'd9)
begin
fee[7:4]=4'd0;
if(fee[11:8]==4'd9)
begin
fee[11:8]=4'd0;
if(fee[15:12]==4'd9)
fee[15:12]=4'd0;
else
fee[15:12]=fee[15:12]+1'd1;
end
else
fee[11:8]=fee[11:8]+1'd1;
end
else
fee[7:4]=fee[7:4]+1'd1;
end
else
fee[3:0]=fee[3:0]+1'd1;
end
end
end
end
endmodule
当reset为1时，fee模块工作。Select_clk为1代表计费使能。work为0时无顾客，费用一直为起步价5，当work为1时，有顾客开始计价。当start为0时，车停止，代表此时等待计费，每等一分钟，费用加1；当start为1时，车行驶，代表此时行驶计费，每行驶1公里，费用加2。
6.数码管显像模块smg_ip_model
输入：1HZ频率时钟工作信号CLK，显像工作信号work，显像使能信号start，显像重置信号reset，16位二进制费用输入fee，16位二进制里程输入dis
输出：4位数码管位选信号sm_wei，8位数码管段选信号sm_duan
module smg_ip_model(
input clk,
input work,
input start,
input reset,
input [15:0] fee,
input [15:0] dis,
output [3:0] sm_wei,
output [7:0] sm_duan
);
//分频
integer clk_cnt;
reg clk_400Hz;
always@(posedge clk, negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
clk_400Hz<=1'd0;
clk_cnt=32'd0;
end
else if(clk_cnt==32'd1000)
begin
clk_cnt<=32'b0;
clk_400Hz<=!clk_400Hz;
end
else
clk_cnt<=clk_cnt+1'd1;
//位控制
end
reg [3:0] wei_ctrl = 4'b1110;
always@(posedge clk_400Hz)
wei_ctrl<={wei_ctrl[2:0],wei_c中断trl[3]};
//段控制
reg [3:0] duan_ctrl;
al微信授权ways@(wei_ctrl)
begin
if(work)
case(wei_ctrl)
4'b1110:duan_ctrl=dis[3:0];
4'b1101:duan_ctrl=dis[7:4];
4'b1011:duan_ctrl=dis[11:8];
4'b0111:duan_ctrl=dis[15:12];
default:duan_ctrl=4'hf;
endcase
else if(!work)
case(wei_ctrl)
4'b1110:duan_ctrl=fee[3:0];
4'b1101:duan_ctrl=fee[7:4];
4'b1011:duan_ctrl=fee[11:8];
4'b0111:duan_ctrl=fee[15:12];
default:duan_ctrl=4'hf;
endcase
end
编码器
//解码
reg [7:0]duan;
always@(duan_ctrl)
case(duan_ctrl)
4'h0:duan=8'b1100_0000;
4'h1:duan=8'b1111_1001;
4'h2:duan=8'b1010_0100;
4'h3:duan=8'b1011_0000;
4'h4:duan=8'b1001_1001;
4'h5:duan=8'b1001_0010;
4'h6:duan=8'b1000_0010;
4'h7:duan=8'b1111_1000;
4'h8:duan=8'b1000_0000;
4'h9:duan=8'b1001_0000;
default:duan=8'b1100_0000;
endcase
assign sm_wei=wei_ctrl;
assign sm_duan=duan;
endmodule
当reset为1时，smg_ip_model模块工作。sm_wei在e、d、b、7间循环，即是在1110、1101、1011、0111间循环，循环选中数码管。work为1时，数码管显示里程数，dis为7，即为f8，而且显示在e选中的个位数码管上，其他位的数码管均显示0，即为c0。
7.顶层模块taximeter
输入：100MHZ频率时钟工作信号CLK_100M，模块复位信号reset，模块工作信号start，模块使能信号work
输出：4位数码管位选信号sm_wei，8位数码管段选信号sm_duan
module taximeter(clk_100M, reset,start,sm_wei,sm_duan,work);
input clk_100M,reset,start,work;
output [3:0] sm_wei;
output [7:0] sm_duan;
wire [15:0]distance;
wire [7:0] s;
wire [7:0] m;
wire [15:0] fee;
wire clk;
wire distance_enable;
wire time_enable;
wire select_clk;
reg clk_car;
reg [31:0] count;
always@(posedge clk , negedge reset)
begin
if(!res效能工具et)
begin
clk_car<=1'd0;
count=32'd0;
end
else if(count==32'd5)
begin
count<=32'd0;
clk_car<=!clk_car;
end
else
count<=count+1'd1;
end
div u0(.clk_100M(clk_100M),.clk(clk),.reset(reset));
distanceCount u2(.work(work),.clk(clk_car),.start(start),.reset(reset),.distance(distance),.distance_enable(distance_enable));
timeCount u4(.clk(clk),.reset(reset),.start(start),.s(s),.m(m), .time_enable(time_enable));
control u3(.start(start),.distance_enable(distance_enable),.time_enable(time_enable),.select_clk(select_clk));
fee u5(.work(work),.start(start),.reset(reset),.fee(fee),.select_clk(select_clk),.clk(clk)ERC 1155);
smg_ip_model u6(.work(work),.start(start),.fee(fee),.reset(reset),.clk(clk_100M),.dis(distance),.sm_wei(sm_wei),.sm_duan(sm_duan));
endmodule
当reset为1时，taximeter模块工作。work为0时，无顾客，distance里程、fee费用一直为0。work为1时，有顾客，当start为1是，汽车行驶，distance里程加1，费用为起步价5，当distance大于3时，每公里2元。当start为0时，汽车停止行驶，开始等待计费，每等待1分钟，费用加1元，此时distance不变化。最后work为0，顾客下车，distance里程和fee费用都不再变化。
三、约束与综合
1.原理图
2.引脚配置图
W7,W6,U8,V8,U5,V5,U7,V7：八段数码管显示0-7
W4,V4,U4,U2：四个片选信号
W5：clk时钟
reset：车钥匙，1为启动汽车
start：油门，1汽车行驶，0汽车停止
work：代表顾客，1代表接客，0代表接待结束
四、系统硬件测试
启动油门，显示起步价5元。
顾客上车，汽车行驶，里程开始增加。
若此时下车，费用为起步价5元。
行驶至5公里时，价格为9元。
当汽车停止行驶，每等待1分钟，价格加1，顾客下车显示价格。
总结
以上就是本文章所有内容，详细总结了出租车计价器设计的全过程。
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