随着现代社会的不断发展，出租车逐渐融入生活，成为人们外出的普遍选择方式，对于出租车而言，人为的计算价格容易产生误差，这时候拥有一个良好的计费系统是必要的，不仅能够解决出租车司机计算价格的麻烦，同时也能使金额计算通透，便于乘客了解价格的合理性。
本课题是基于Cyclone II:EP2C8Q208C8芯片，完成了出租车计费的功能。课题主要包括几个模块，分别是分频模块、控制模块、时间模块、计费模块和显示模块。
经过实验证明，本设计能实现出租车计费
根据整个系统的设计要求可知，整个系统中的信号有：系统内部时钟信号，按键控制信号。
图2-2： 出租车计费系统结构图
本系统应该能实现的功能：正常完成出租车实时计费，等待时间计费，最终价格显示的功能。出租车计费系统的结构简图如图2-2所示。
时钟对于整个系统而言是非常重要的，系统内部的时钟是50MHz，对于本设计而言，频率较高，须将其进行分频处理后，才能得到想要的频率。
其程序关键部分及注释如下：
module div(clk,rst,f0,f1);
//两个频率出去，f0：到下一个单元模拟车辆行驶
//f1模拟电子时钟
input clk,rst;
output reg f0,f1;
reg [18:0]count1;
reg [18:0]count2;
always@ (posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin
count2<=0;
count1<=0;
f0<=0;
f1<=0;
end
else
begin
if(count1<1999_99)
begin
count1 <= count1 + 1'b1;
end
else
begin
count1<=0;
f0=!f0;
end
if(count2<499_999)
begin
count2 <= count2 + 1'b1;
end
else
begin
count2<=0;
f1=!f1;
end
end
end
endmodule
由程序分析可知:
系统内部时钟传入一个50MHz的频率，经过两次分频后，分别得到f0,f1两个频率，为了方便演示，对等待时间经过处理， 提高了显示时间所对应的频率。
f0，f1初始时设置为0，通过计数器计数后，将其翻转，从而得到想要的频率。
根据上面的程序，利用EDA软件Quartus II进行仿真，分频器模块的功能仿真如图4-1所示。
图4-1：分频器模块仿真结果
由仿真图可知：
clk表示系统内部时钟，通过不同的计数方式输出两个频率。
f0用于模拟汽车行驶，没出现一个高电平，表示出现一个脉冲。
f1用于表示等待时间的频率。
控制模块输入有三个按键信号key1,key2,rst；一个时钟信号clk_1，一个输出，mil表示汽车行驶路程。本次设计中，司机开始启动汽车进行行驶，即为key1按下，控制汽车的行驶路程，最后传输给计费模块和寄存器，寄存器处理数据后在传给显示模块，进行路程显示；当司机停止行驶，进入等待时间，即key2按下，在计时模块中，同时控制着时间的计算。
代码如下：
module control(key1,key2,rst,clk_1,mil);
input key1,key2,rst;
input clk_1;
output reg [9:0]mil;
reg [16:0]Q1;
reg [1:0]X;
always@ (posedge clk_1 or negedge rst)
begin
if(rst==0)
begin
Q1<=0;
end
else
begin
if(key1)
begin
if(mil<999)
begin
Q1<=Q1+X;
mil<=Q1/100;
if(key2)X<=0;
else X<=2;
end
end
end
end
endmodule
由程序分析可知：
检测时钟信号clk_1的上升沿和复位信号rst的下降沿，当rst为0时中间变量Q1置0，如果rst不为0，就检测按键key1，key1按键按下后，开始计算行驶路程，最大值不超过999，当按键ksy2按下后，会将计数器保持为原值，不会进行加数计算，输出值mil及为行驶路程。
根据上面的程序，利用EDA软件Quartus II进行仿真，控制模块的功能仿真如图4-2所示。
图4-2：控制模块仿真结果
由仿真图可知：
检测输入信号clk_1，按键rst ,key1均为1时，开始计算里程，当rst为0时，里程计数清零，当key2为1时，里程数停止计算。
计时模块分别有三个输入信号，一个输出信号，clk_2代表的是分频器输入的信号，key2用于控制等待时间的计算，控制频率，rst用于清除等待时间，Q表示输出的等待时间。当司机因为交通等原因不得不进行等待时，key2键按下，此时汽车停止行驶，但开始计时，输出为分钟，分钟会参与到计费模块和寄存器模块，最终显示在数码管上。
设计程序如下：
module clock(clk_2,key2,rst,Q);
input clk_2,rst,key2;
output reg [5:0]Q;
reg [5:0]s;
reg clk_t;
always@( clk_2 or rst)
begin
if(rst==0)
begin
clk_t<=0;
end
else
begin
if(key2)clk_t<=clk_2;
else clk_t<=0;
end
end
always@ (posedge clk_t or negedge rst)
begin
if(rst==0)
begin
s<=0;
Q<=0;
end
else
begin
if(Q<60)
begin
if(s<60)
begin
s<=s+1;
end
else
begin
s<=0;
Q<=Q+1;
end
end
else Q<=0;
end
end
endmodule
由程序分析可得：
程序对输入信号clk_2，rst进行检测，中间变量为clk_t，作用为传输计时用的频率，当按键rst为0时，clk_t为0，rst为1时，将对应的输入 信号clk_2传输给clk_t；下一步检测clk_t的上升沿和rst的下降沿，rst为0，分钟和秒数均置0，当为1时，先进行秒数加1，当秒数为60时，置0，分钟数加一，最大值不超过60分钟。
根据上面的程序，利用EDA软件Quartus II进行仿真，计时模块模块的功能仿真如图4-3所示。
图4-3：计时模块仿真结果
由仿真图可知：
当输入信号输入的时候，key2置1时开始计时，当rst为0时，计时清零，此时计数器重新计时。
计费模块主要进行金额的计算，此模块有一个里程信号Mil输入，一个等待时间Q，一个内部时钟和清零信号输入，最终输出金额A。当rst为高电平时，根据输入信号Q来判断进行工作，由于价格会和等待时间相关，在小于3分钟时，等待时间不会产生计费，大于3分钟后每分钟多1元；再判断行驶路程，当小于3公里，则是10元，当大于3公里后，每公里又会是2元每公里；还有一个情况就是当总金额大于50元时，每一公里价格变为3元。
设计程序如下：
module CNT1(clK,rst,Mil,Q,A);
input [9:0]Mil;
input [5:0]Q;
input clK,rst;
output reg [9:0]A;//A表示价格
reg [2:0]X;//D1表示价格，X：等待时间超过3分钟的变量；Mil1表示价格刚超过50元时的行驶路程
always@ (posedge clK or negedge rst)
begin
if(rst==0)
begin
A<=0;
X<=0;
end
else
begin
if(Q<=3)
begin
if(Mil<=30)
begin
A<=7'd100;
end
else if(30<Mil&&Mil<=230)
begin
A<=10*4'd10+(Mil-30)*2'd2;
end
else
begin
A<=50*4'd10+(Mil-230)*2'd3;
end
end
else
begin
if(Mil<=30)
begin
A<=(10+Q-2'd3)*4'd10;
end
else if(30<Mil)
begin
X<=2;
A<=(7+Q)*4'd10+(Mil-30)*X;
if(A<=500)
begin
X<=2;
end
else
begin
X<=3;
//A<=(7+Q)*4'd10+(Mil-30)*X-(7'd245-5*Q);
A<=8'd382+(Mil-7'd245+5*Q)*3-(Q-3)*5;
end
end
end
end
end
endmodule
由程序分析可知：
当输入信号rst为1时，即为高电平，程序开始工作，当输入信号rst为1，即低电平，此时全部清零。
当输入信号Q小于等于3时，且路程小于等于3公里，输出价格为10元。
当输入信号Q小于等于3时，路程大于3公里小于23公里时，金额计算公式为起步价10元+（公里数-3）*2。
当输入信号Q大于3时，且路程小于3公里，金额为10元+（等待时间-3）*1。
当输入信号Q大于3时，且路程大于3公里但总金额不超过50元，
金额=10+（等待时间-3）*1+（路程-3）*2。
当输入信号Q大于3时，且总金额大于50时，金额计算公式如下：
金额=10+（等待时间-3）*1+（路程-3）*3-（50元所对应的路程）
根据上面的程序，利用EDA软件Quartus II进行仿真，计费模块的功能仿真如图4-4所示。
图4-4：计费模块仿真结果
由仿真图可知：
为方便显示模块显示，对输出的数字进行扩大10倍处理，即230表示23公里，100表示10元，3分钟依旧是3分钟。
由仿真结果图分析可知：
当输入信号rst高电平，计费器开始工作。
当输入信号Q小于等于3时，在里程为23公里时，金额刚好为50元，之后再多行驶1公里，金额变为53元。
当输入信号Q大于3公里时，以5分钟举例，当路程数为22时，刚好金额为50元，多行驶1公里后，金额变为 53元，此时等待时间又多等了一分钟，总金额变为54元。
寄存模块主要对应之前模块产生的数据进行一次处理，方便显示模块的显示，输入信号有内部时钟信号clk，计时信号TA，里程信号MA，金额信号DA，还有8个输出信号：
t0：表示等待时间的个位
t1:表示等待时间的十位
m0：表示行驶里程的十分位
m1：表示行驶里程的个位
m2：表示行驶里程的十位
d0：表示金额的十分位
d1：表示金额的个位
d2：表示金额的十位
设计程序如下：
module DF(clk,TA,MA,DA,t0,t1,m0,m1,m2,d0,d1,d2);
input clk;
input [5:0]TA;
input [9:0]MA,DA;
output reg[3:0]t0,t1,m0,m1,m2,d0,d1,d2;
always @(posedge clk)
begin
t0=TA%10;
t1=TA/10%10;
m0=MA%10;
m1=MA/10%10;
m2=MA/100%10;
d0=DA%10;
d1=DA/10%10;
d2=DA/100%10;
end
endmodule
由程序分析可知：
此程序只有简单的整除、取余算法，以此来得到对应位数的想要数字。
根据上面的程序，利用EDA软件Quartus II进行仿真，寄存器模块的功能仿真如图4-5所示。
图4-5：寄存器模块
由仿真图可知：
输入的金额和里程均为扩大了10倍.
当输入的金额是128时，由此模块输出得到十分位的8，个位的2，十位的1；
当输入的里程是41时，由此模块输出得到的十分位是1，个位是4，十位是0；
当输入的等待时间是4时，由此模块输出得到的个位是4，十位是0。
此模块主要对系统内部时钟频率进行处理，以此得到数码管显示的频率信号。输入信号有clk内部时钟信号，输出信号Q1,f0。
设计程序如下：
module div2(clk,Q1,f0);
input clk;
output reg [2:0]Q1,f0;
reg [15:0]scan_cnt;
always @(posedge clk)
begin
if(scan_cnt<62499)
begin
scan_cnt=scan_cnt+1;
end
else
begin
scan_cnt=0;
if(f0==8)f0=0;
else f0=f0+1;
if(Q1==8)Q1=0;
else Q1=Q1+1;
end
end
endmodule
由程序分析可知:
对时钟信号的下降沿进行检测，存在一个中间变量scan_cnt，记录到一次下降沿，scan_cnt就+1，当其等于62499时，清零，并f0 Q1进行加一，最大值不超过8。
根据上面的原理图程序，利用EDA软件Quartus II进行综合和仿真，显示分频器模块的功能仿真如图所示。
图4-6：显示分频器模块仿真图1
由图分析可知：
系统检测时钟的上升沿，当scan_cnt累加到62499后，Q1和f0分别加1，其中f0和Q1均代表的是数码管位码。
此模块主要作用是对之前模块产生的各种数据进行处理，显示到数码管上，最终输出段码和位码。
程序设计代码如下：
//数码管及译码器
module DISP(f,q,T0,T1,M0,M1,M2,D0,D1,D2,duan,wei);
input [3:0]f,q;
input [3:0]T0,T1,M0,M1,M2,D0,D1,D2;
output reg [7:0]duan,wei;
reg [3:0]dout;
always @(f) //位选
begin
case(f)
0:begin wei=8'B0111_1111; dout=T1; end
1:begin wei=8'B1011_1111; dout=T0; end
2:begin wei=8'B1101_1111; dout=M2; end
3:begin wei=8'B1110_1111; dout=M1; end
4:begin wei=8'B1111_0111; dout=M0; end
5:begin wei=8'B1111_1011; dout=D2; end
6:begin wei=8'B1111_1101; dout=D1; end
7:begin wei=8'B1111_1110; dout=D0; end
default begin wei=8'B1111_1111; dout=0;end
endcase
end
always @(q)
begin
if(q!=3&&q!=6)
begin //段选
case(dout)
00: duan=8'B11000000;
01: duan=8'B11111001;
02: duan=8'B10100100;
03: duan=8'B10110000;
04: duan=8'B10011001;
05: duan=8'B10010010;
06: duan=8'B10000010;
07: duan=8'B11111000;
08: duan=8'B10000000;
09: duan=8'B10010000;
default duan=8'B11111111;
endcase
end
else
begin //段选
case(dout)
00: duan=8'B01000000;
01: duan=8'B01111001;
02: duan=8'B00100100;
03: duan=8'B00110000;
04: duan=8'B00011001;
05: duan=8'B00010010;
06: duan=8'B00000010;
07: duan=8'B01111000;
08: duan=8'B00000000;
09: duan=8'B00010000;
default duan=8'B01111111;
endcase
end
end
endmodule
由程序分析可知：
通过输入的f和q来进行选择位码，同时，由于小数点的存在，将小数点设置在特定的位置所以，在q等于3或者等于6时，将对应的段码进行首个数字进行置0。
数码管布局如下
[ 时间 ] [ 时间 ] [ 里程 ] [ 里程 ] [ 里程 ] [ 金额 ] [ 金额 ] [ 金额 ]
根据上面的原理图程序，利用EDA软件Quartus II进行综合和仿真，显示模块的功能仿真如图所示。
图3-7：显示模块仿真图
由图可知：
输入金额为15.6元，行驶路程为3.3公里，等待时间为5分钟。
对应仿真显示：
0 5 0 3. 3 1 5. 6
分别在第二位和第五位固定显示小数点。
设计程序如下：
module TAXI2(Clk,Rst,Key1,Key2,DUAN,WEI);
input Clk,Rst,Key1,Key2;
output [7:0]WEI,DUAN;
wire F0,F1;
wire [5:0]t;
wire [3:0]ta,tb,ma,mb,mc,da,db,dc;
wire [3:0]A,B;
wire [9:0]LU,money;
div u1(.clk(Clk),.f1(F1),.f0(F0),.rst(Rst));
control u2(.key1(Key1),.key2(Key2),.rst(Rst),.clk_1(F0),.mil(LU));
clock u3(.clk_2(F1),.key2(Key2),.rst(Rst),.Q(t));
CNT1 u4(.clK(Clk),.rst(Rst),.Mil(LU),.Q(t),.A(money));
div2 u5(.clk(Clk),.Q1(A),.f0(B));
DFu6(.clk(Clk),.TA(t),.MA(LU),.DA(money),.t0(ta),.t1(tb),.m0(ma),.m1(mb),.m2(mc),.d0(da),.d1(db),.d2(dc));
DISPu7(.q(A),.f(B),.T0(ta),.T1(tb),.M0(ma),.M1(mb),.M2(mc),.D0(da),.D1(db),.D2(dc),.duan(DUAN),.wei(WEI));
endmodule
图3-8-1顶层流程图
由程序分析可知：
有四个输入信号，两个输出信号，Clk时钟信号，Rst清零信号，Key1控制汽车行驶，Key2控制汽车暂停，等待时间开始计算，DUAN , WEI为输出信号。控制逻辑如下：
Key1为0，Key2为0，此时由于汽车没有行驶，自动计算等待时间；
Key1为1，Key2为0，此时汽车开始行驶，计算行驶路程；
Key1为0，Key2为1，此时行驶路程暂停，等待时间开始计算；
Key1为1，Key2为1，此时所有计算暂停，金额停止计算；
Key1,Key2为0，Rst按下，全部清零。
硬件下载的结果如下图所示。
图4-2：等待时间3分钟，未进行行驶，金额为10元
图4-3：等待时间3分钟，行驶3公里，金额10元
由上两组图可与看出，等待时间在3分钟内，行驶路程在3公里内，均为10元。
图4-4：等待时间3分钟，行驶路程4公里，金额12元
由上图可以得知：当行驶路程超过3公里后，每行驶一公里2元。
图4-5:等待时间5分钟，行驶路程22公里，金额为50元。
刚好金额为50元的情况。
图4-6：金额超过50元的情况
由上图可知：当金额超过50元后，每公里3元。
本文发布于:2024-02-02 14:00:45，感谢您对本站的认可！
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