FPGA实验报告
大连理工大学城市学院FPGA实验报告
学院：电子与自动化学院
专业：电子信息工程
学生：张凌飞
指导教师：王颖
完成日期： 2013年4月13日
大连理工大学城市学院实验报告
基于Verilog语言的出租车计费器
第一章引言
1.1 出租车计费器介绍
随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高。最近几年出租车行业发展迅速，在全国有几千家出租车公司。因此出租车计费器市场是庞大的。而出租车计费器成为不可缺少的一部分。
信息社会的现代电子产品，性能越来越高，复杂度越来越大，更新步伐也越来越快。实现这种进步的主要原因就是微电子技术和电子技术的发展。而电子技术的发展后者的核心就是电子设计自动化技术。EDA 是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术的最新成果而开发出的电子CAD通用软件包，它根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，自动完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局布线及仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。没有EDA技术的支持，想要完成超大规模集成电路的设计制造是不可想象的；反过来，生产制造技术的不断进步又必将对EDA技术提出新的要求。本文采用verilog语言来设计实现出租车计费系统，经过ModelSim和Quartus仿真将其实例化。如果将该设计再结合到实际应用中，那么，只需改变设计中计费要求，就可以应用到出租车上。另外，如果再任意输入该出租车计价器的计费标准，那么，它的适用范围可能就更广泛了。
第二章出租车计费器设计原理
2.1出租车计费器设计要求
（1）行程3公里内（包括3公里），且等待累计时间2分钟内（包括2分钟），起步费为6.0元；
（2）3公里外（不包括3公里）以每公里1.0元，等待累计时间2分钟外（不包括2分钟）以每分钟以1.0元计费。
（3）能显示行驶公里数、等待累计时间和最后的总费用。
本计费器的显示范围为0～99元，计价分辨率为1元；计程器显示范围为0～99公里，分辨率为1公里；计时器的显示范围是分钟的显示范围是0—99,辨率为1分钟。秒的显示范围是0—59。分辨率为1秒。
2.2出租车计费器工作原理
出租车的一般计费过程为：出租车载客后，启动计费器，整个系统开始运行，里程计数器和时间计数器从0开始计数，费用计数器从6开始计算。再根据行驶里程或停止等待的时间按以上的标准计费。若在行驶状态，则计程器开始加计数，当路程超过三公里后，计费器以每公里1元累加。若出租车停止等待状态，则计时器开始加计数，当时间超过两分钟后，计费器以每分钟1元累加。出租车到达目的地停止后，停止计费器，显示总费用。
根据出租车计费器的工作过程，本系统采用分层次、分模块的方式设计，其本系统组成框图如下所示。其中行驶路程计数模块、等待时间计数模块和计费模块，用来统计路程、等待时间和总费用，控制模块是用来控制计费模块，数码管显示模块用来显示行驶的公里数、等待累计时间和总费用等信息。系统框图如下所示：
第三章出租车计费器模块的仿真
3.1分频模块：
此模块的功能是对总的时钟进行分频，分出的频率是让计数器用的，因为总的时钟是50M的。设计该模块的时候用了一个32位的计数器，当计数器计到25_000000的时候产生时钟
3.2数码管的分频模块：
此模块的功能是对总的时钟进行分频，分出的频率是让数码管用的，因为总的时钟是50M的。设计该模块的时候用了一个32位的计数器，当计数器计到50_000的时候产生时钟。
3.3计程模块：
此模块的功能是计算出租车行驶的路程。在出租车启动并行驶的过程中(即复位/启动信号reset为1，行驶/停止信号start为1)，当时钟clk 是上升沿的时候，系统即对路程计数器distance的里程计数器进行加计数，当路程超过三公里时，系统将输出标志正脉冲distance_enable。
3.4计时模块：
此模块用于计算停车等待的时间。在出租车行进中，如果车辆停止等待，计数器则在1Hz信号clk的上升沿进行加计数，每60次产生进位脉冲使分钟计数器位进行加计数，当累计等待时间超过2（不包括2分钟）分钟时，输出标志time_enable正脉冲信号。
3.5控制模块：
控制模块用于为计费模块提供时钟，当start高电平的时候选择公里计费，输出的时钟信号为distance_enable，当start低电平的时候选择时间计费，输出的时钟信号为time_enable。
3.6 计费模块:
费用计数器模块用于出租车启动后，根据行驶路程和等待时间计算费用。当出租车停车时，时钟select_clk用于将费用计数器复位为起步价6.0元；当车处于行驶状态且满3公里时，select_clk信号选择distans_enable，此后路程每满1公里，费用计数器加1元；当出租车处于停止等待状态且时钟满2分钟时，select_clk信号选择time_enable信号，时间每满1分钟，费用计数器加1元。
第四章出租车计费器程序清单
4.1分频模块：
module div(clk_50M,clk,reset);// 端口的定义
input clk_50M,reset;// 总的时钟是50M
output clk;//分频后输的时钟
reg clk;
reg [31:0] count;//32位的计数器
always@ (posedge clk_50M or negedge reset)//异步复位
begin
if(!reset)
begin
clk<='d0;
count=32'd0;
end
else if(count==32'd25_000000)// 判断计时器记到了25_000000吗
begin
count<=32'd0;//计到25_000000计数器清零
clk<=~clk;//输出的时钟取反
end//end begin
else count<=count+1'd1;// 没计到25_000000计数器加一
end//end always
endmodule // 结束分频模块
4.2数码管的分频模块：
module div1(clk_50M,clk1,reset);// 端口的定义
input clk_50M,reset;// 总的时钟是50M
output clk1;//分频后输的时钟
reg clk1;
reg [31:0] count;//32位的计数器
always@ (posedge clk_50M or negedge reset)//异步复位
begin
if(!reset)
begin
clk1<='d0;
count=32'd0;
end
else if(count==32'd50_000)// 判断计时器记到了50_000吗 begin
count<=32'd0;//计到50_000计数器清零
clk1<=~clk1;//输出的时钟取反
end//end begin
else count<=count+1'd1;// 没计到50_000计数器加一
end//end always
endmodule // 结束分频模块
4.3计程模块：
module
distancemokuai(clk,start,reset,distance,distance_enable);
//端口的定义input clk,start,reset;
output [7:0] distance;// 输出的公里
reg [7:0] distance;
output distance_enable;// 控制计费的公里信号
reg distance_enable;
always@(posedge clk or negedge reset)//异步复位
begin
if(!reset)//低电平复位
begin
distance<=8'd0;
end
else if(start)// start 高电平有效
begin
if(distance[3:0]==9)//判断distance的低四位计到了9没有
begin
distance[3:0]<=4'd0;//计到9清零
if(distance[7:4]==9) //判断distance的高四位计到了9没有
distance[7:4]<=4'd0;//计到9清零
else distance[7:4]<= distance[7:4]+1'd1;
// distance的高四位没有计到9的时候加一
end
else distance[3:0]<=distance[3:0]+1'd1;
// distance的低四位没有计到9的时候加一
end//end start
end//end always
//*产生distance_enable信号*//
always@(posedge clk or negedge reset)
begin
if(!reset)
begin
distance_enable<=1'd0;//复位
end
else
if(distance>8'd2)// 大于公里三的时候
begin
distance_enable<=1'd1;//输出distance_enable信号
end
end//end always
endmodule//结束计程模块
4.4计时模块：
module timemokuai(clk,reset,start,s,m,time_enable);// 端口的定义
input clk,reset,start;
output [7:0] s;//输出的秒
output [7:0] m;//输出的分
output time_enable;//输出的控制计费的信号
reg [7:0] s;
reg [7:0] m;
wire time_enable;
always@(posedge clk or negedge reset)//异步复位
begin
if(!reset)//低电平有效
begin //复位
s<=8'd0;
m<=8'd0;
end
else if(!start)//start 信号低电平有效
begin
if(s[3:0]==9)// 秒的低四位是9
begin
s[3:0]<=4'd0;//清零
if(s[7:4]==5) // 秒的高四位是5
begin
s[7:4]<=4'd0; //清零
if(m[3:0]==9) // 分的低四位是9
begin
m[3:0]<=4'd0; //清零
if(m[7:4]==9) // 分的高四位是9
m[7:4]<=4'd0; //清零
else m[7:4]<=m[7:4]+1'd1; // 分的高四位不是9加一end
else m[3:0]<=m[3:0]+1'd1; //分的低四位不是9加一
end
else s[7:4]<=s[7:4]+1'd1; // 秒的高四位不是5加一
end
else s[3:0]<=s[3:0]+1'd1; //秒的低四位不是9加一
end//end always
end
assign time_enable=((m[7:0]>8'd2)&&(s[7:0]==8'd0))?1'd1:1'd0;
//产生time_enable信号。
endmodule//结束计时模块
4.5控制模块：
module control(start,distance_enable,time_enable,select_clk); input start,distance_enable,time_enable;
output select_clk;//输出选择的时钟信号
wire select_clk;
//*当start高电平的时候选择公里计费，输出的时钟信号为distance_enable，当start低电平的时候选择时间计费，输出的时钟信号为time_enable*//
assign select_clk=start?distance_enable:time_enable; endmodule//结束控制模块
4.6 计费模块:
module feemokuai(select_clk,reset,fee,clk);
input select_clk,reset,clk;
output[7:0] fee; //输出的费用
reg [7:0] fee;
always@(posedge clk or negedge reset)//异步复位
begin
if(!reset)//低电平有效
begin
fee<=8’d6;//起步为六元
end
else if(select_clk==1’d1)
begin
if(fee[3:0]==4'd9)//费用的低四位是不是计到了9
begin
fee[3:0]<=4'd0;//计到9清零
if(fee[7:4]==4'd9)// 费用的高四位是不是计到了9 fee[7:4]<=4'd0; //计到9清零
else fee[7:4]<=fee[7:4]+1'd1;// 费用的高四位没有计到9加1 end
else fee[3:0]<=fee[3:0]+1'd1;// 费用的低四位没有计到9加1 end//end begin
end//end always
endmodule //结束计费模块
4.7数码管显示模块：
module scan_led(clk1,dig,seg,distance,s,m,fee);
input clk1;
input[7:0] distance,fee;//输入的公里，费用。
input[7:0] s;//输入的秒
input[7:0] m; // 输入的分。
output[7:0] dig; // 译码结果
output[7:0] seg; // 数码管的选择。
reg [7:0] r_dig;// 译码结果输出寄存器
reg [7:0] r_seg; //数码管的选择寄存器。
reg [3:0] disp_dat;
reg[3:0] a;
assign dig=r_dig;
assign seg=r_seg;
always@(posedge clk1)
begin
a<=a+1'd1; //数码管的选择
end
always@(posedge clk1)
begin
case(a)
4'd0: disp_dat=distance[7:4];//公里的高四位用第一个数码管显示。4'd1: disp_dat=distance[3:0];//公里的低四位用第二个数码管显示。4'd2: disp_dat=m[7:4]; //时间分的高四位用第三个数码管显示。
4'd3: disp_dat=m[3:0]; //时间分的低四位用第四个数码管显示
4'd4: disp_dat=s[7:4]; //时间秒的高四位用第五个数码管显示。
4'd5: disp_dat=s[3:0]; //时间秒的低四位用第六个数码管显示。
4'd6: disp_dat=fee[7:4]; //费用的高四位用第七个数码管显示。4'd7: disp_dat=fee[3:0]; //费用的低四位用第八个数码管显示。
default: disp_dat=4'b1010;
endcase
case(a)
4'd0:r_dig=8'b01111111; // 选择第一个数码管4'd1:r_dig=8'b10111111; // 选择第二个数码管4'd2:r_dig=8'b11011111; // 选择第三个数码管4'd3:r_dig=8'b11101111; // 选择第四个数码管4'd4:r_dig=8'b11110111; // 选择第五个数码管4'd5:r_dig=8'b11111011; // 选择第六个数码管4'd6:r_dig=8'b11111101; // 选择第七个数码管4'd7:r_dig=8'b11111110; // 选择第八个数码管default:r_dig=8'b11111111;
endcase
end
// *译码结果*//
always@(disp_dat)
begin
case(disp_dat)
4'h0: r_seg=8'hc0;// 显示0
4'h1: r_seg=8'hf9;// 显示1
4'h2: r_seg=8'ha4;// 显示2
4'h3: r_seg=8'hb0;// 显示3
4'h4: r_seg=8'h99;// 显示4
4'h5: r_seg=8'h92;// 显示5
4'h6: r_seg=8'h82;// 显示6
4'h7: r_seg=8'hf8;// 显示7
4'h8: r_seg=8'h80;// 显示8
4'h9: r_seg=8'h90;// 显示9
default: r_seg=8'hbf;
endcase
end
endmodule//结束译码模块
4.8顶层模块
module taximeter(clk_50M,reset,start,seg,dig);//端口的定义input clk_50M,reset,start;//总的时钟信号，复位信号，开始信号output[7:0] seg,dig;//数码管的输出
wire [7:0]distance;//公里
wire [7:0] s;//秒
wire [7:0] m;//分
wire[7:0] fee;//费用
wire clk; //计数时钟
wire distance_enable;//公里控制费用的信号
wire time_enable; //时间控制费用的信号
wire select_clk; //控制信号
wire clk1; //数码管显示的时钟
//*模块的调用*//
div u0(.clk_50M(clk_50M),.clk(clk),.reset(reset));
//调用计数分频模块
div1 u1(.clk_50M(clk_50M),.clk1(clk1),.reset(reset));
//调用数码管显示分频模块distancemokuai
u2(.clk(clk),.start(start),.reset(reset),.distance(distance),. distance_enable(distance_enable)); //调用计程模块
timemokuai
u4(.clk(clk),.reset(reset),.start(start),.s(s),.m(m),.time_ena
ble(time_enable)); //调用计时模块
control
u3(.start(start),.distance_enable(distance_enable),.time_enabl
e(time_enable),.select_clk(select_clk));
//调用控制模块
feemokuai
u5(.reset(reset),.fee(fee),.select_clk(select_clk),.clk(clk)); //调用计费模块
scan_led
U6(.clk1(clk1),.dig(dig),.seg(seg),.distance(distance),.s(s),.
m(m),.fee(fee)); //调用数码管显示模块