多功能出租车运营控制器

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1、多功能出租车运营控制器 学号:61007211 姓名:洪立俊1、申请题目：多功能出租车运营控制器这是一个以出租车计费为主要功能的基于FPGA的全数字系统，同时此系统还附加有一些相关的其他功能，比如计时，自动收费，管理员操作等。2、课题背景：出租车是人们日常生活中不可或缺的交通工具，但就目前的出租车运营状况来看，仍存在许多问题，比如司机乱收费，不打表现象较多，出租车公司对于运营信息的管理不到位，另外在客运安全方面仍存在较大漏洞，针对以上提到的问题，我觉得开发一个能够高效管理出租车运营的系统。3、项目规划： n 系统功能：此系统的功能主要有计时（附有闹钟和日期），运营计价，自动收费，运营信息保存，

2、管理员操作等。n 指标及规模：时间显示包括时，分，秒，日期显示包括日，月（分大小月，二月假设为29天），闹钟设置精确到秒，闹铃长达30s。收费标准：白天（6时到夜间23点）起步价为9元，315公里每公里1元，15公里以上每公里1.5元，每等待1分钟加收2元，夜间起步价10元，超过3公里每公里1.8元，每等待1分钟3元。计价按每100米计价，里程增加。里程最大为99公里，收费最大999.99元，自动收费接受10，5元，1元，自动找零找都是1元。系统涉及密码为6位。n 面板（显示）：6个8段数码管，44小键盘，开关若干，LED灯n 操作及规则：复位后进入计时，按C修改时间，中途按B可退出，完成六位

3、修改后按E确认，按6进入设置闹钟状态，类似于时间的修改。闹钟时间到或者按0关闭，或者30s后自动关闭。按4显示日期，按C修改日期，类似时间修改。按B回到时间显示。按A进入登陆过程，输入6为密码，登录成功进入，管理员操作程序，按D修改里程分配参数，按F可阅读运营记录。按B退出管理员操作，按F键进入运营过程，按方向键可切换里程和费用的显示，按2进入等待。按3保存记录，进入自动收费，通过拨开关进行收费。收完费进入自动找零至零。按E回到时间显示。n 输入、输出接口：键盘有扫描译码模块，数码管有译码模块及显示驱动模块，相当于数据选择器。4、实现方案： n 核心问题：状态的控制及转移，数据处理模块的设计，

4、以及若干显示的分时显示模块的设计。n 解决方案：FPGA设计顶层文件采用图形化设计，状态机及相关数据处理单元，附加模块部分采用VHDL语言设计，部分采用图形化设计。由于显示部分也是比较复杂的，所以也引进状态的概念对显示内容进行控制。存储器采用数组的形式存储二进制信息，数组元素即为逻辑值向量。5、系统结构：n 系统框图：n 模块功能描述：输入接口用于译码产生相关的控制信号，状态机用于控制不同时刻的相关操作，数据处理单元用来处理相关信号，包括计时模块，相关寄存模块，计费，收费，计程模块，存储器模块等，输出驱动模块用于控制不同时候的输出。n 模块接口标注：输入模块接口有4位键盘码keyvalue输出

5、，握手信号pressed，以及一些经消抖同步的外部输入，如复位reset，闹钟开关控制alarm_on，收费脉冲输入f10，f5，f1，状态机产生控制信号，修改时间，日期使能timeload, dateload,修改密码使能，存储记录使能store，运营控制信号showXX，阅读记录信号readXX,找零信号等。数据处理模块产生时间time，日期date，密码code，里程kilo，收费charge，存储器记录输出record等。输出模块输入包括显示状态控制信号ss，各数据处理单元的显示输出内容，输出为6个8段数码管的信号，和一个闹钟到信号alarmsignal。6、状态流程图：n 系统工作状

6、态流程 由于系统比较庞大，操作过程比较多，所以涉及的状态控制也比较多，为了更加清楚地表示各状态间的控制转移，以及不同状态对应的控制输出信号，现采用多状态机的描述方法。包括主流程图，各子流程图，其中一些具有类似功能的流程就省略了，比如校准日期，设置闹钟，设置参数的流程就和校准时间的流程类似。1. 总流程图：2. 出租车运营流程图3. 校准时间流程图： 4. 管理员登录流程： 5.管理员修改密码流程6. 管理员阅读运营记录流程图：7、程序清单 由于本系统的复杂性，所以程序比较多，这里仅列出主要的程序，同一个程序中类似的代码则省略，具有类似功能的代码仅举其一。 -键盘译码，按键动作标志生成模块-li

7、brary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity key_decoder isport(col3,col2,col1,col0:in std_logic; row3,row2,row1,row0:in std_logic; clk,scan_clk:in std_logic; keyvalue:out std_logic_vector(3 downto 0); pressed,stop:out std_logic);end key_decoder;architecture rtl of key_decoder issignal temp:std_log

8、ic_vector(7 downto 0);signal temp_pressed:std_logic;signal q1,q2,q3,q4,q5,q6:std_logic;signal keypressed_asy:std_logic;begintempkeyvalue=0000; temp_pressedkeyvalue=0001; temp_pressedkeyvalue=1101; temp_pressedkeyvalue=1110; temp_pressedkeyvalue=1111; temp_pressedtemp_pressed=0; end case;end process;

9、process(scan_clk) -按键动作标志消抖begin if(scan_clkevent and scan_clk=1) then q1=temp_pressed; q2=q1; q3=q2; q4=q3; end if;keypressed_asy=q1 or q2 or q3 or q4;end process;process(clk) -按键动作标志与全局时钟同步化begin if(clkevent and clk=1) then q5=keypressed_asy; q6=q5; end if; pressed=q5 and not(q6);end process;stop=

10、col3 and col2 and col1 and col0;end rtl;-里程计数模块-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity kilocounter isport(start,mile,pause:in std_logic; -开始计数，里程脉冲输入，暂停使能输入端 kilo:out std_logic_vector(11 downto 0); -公里数输出端 high_3,high_15:out std_logic); -大于三公里，大于15公里的使能输出端 end k

11、ilocounter;architecture rtl of kilocounter issignal k1,k0,k00:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(start,pause,mile)begin if start=0 then -未进入里程计数时里程数始终保持为零 k1=0000;k0=0000;k00=0000; high_3=0;high_15=0; else if pause=1 then -等待状态下保持里程数 k1=k1;k0=k0;k00=k00; elsif rising_edge(mile) then -在里程脉冲下正常

12、计数 if k00=1001 then k00=0000; if k0=1001 then k0=0000; if k1=1001 then k1=0000; else k1=k1+1; end if; else k0=k0+1; end if; else k00=0011 then -达到里程要求时标志信号有效 high_3=0010 or (k1=0001 and k0=0101) then high_15=1;end if;end process;kilo(11 downto 8)=k1;kilo(7 downto 4)=k0;kilo(3 downto 0)clk, clk1s=clk

13、1s);process(clk1s,clk,reset,timeload)begin if reset=0 then -复位清零 temp_time5=0000;temp_time4=0000;temp_time3=0000;temp_time2=0000;temp_time1=0000;temp_time0=0000; elsif rising_edge(clk) then if timeload=1 then -修改时间时置数 temp_time5=buffertime(23 downto 20); temp_time4=buffertime(19 downto 16); temp_tim

14、e3=buffertime(15 downto 12); temp_time2=buffertime(11 downto 8); temp_time1=buffertime(7 downto 4); temp_time0=buffertime(3 downto 0); else -正常计时 if clk1s=1 then if temp_time0=1001 then temp_time0=0000; if temp_time1=0101 then temp_time1=0000; if temp_time2=1001 then temp_time2=0000; if temp_time3=0

15、101 then temp_time3=0000; if temp_time4=1001 and temp_time5=0000 then temp_time4=0000;temp_time5=0001; elsif temp_time4=1001 and temp_time5=0001 then temp_time4=0000;temp_time5=0010; elsif temp_time4=0011 and temp_time5=0010 then temp_time4=0000;temp_time5=0000; else temp_time4=temp_time4+1; end if;

16、 else temp_time3=temp_time3+1; end if; else temp_time2=temp_time2+1; end if; else temp_time1=temp_time1+1; end if; else temp_time0=temp_time0+1; end if; end if; end if; end if;-当计到23：59：59出现进位信号至日月模块- if temp_time5&temp_time4&temp_time3&temp_time2&temp_time1&temp_time0=001000110101100101011001 then

17、ci=1; else ci=0; end if;end process;time(23 downto 20)=temp_time5;time(19 downto 16)=temp_time4;time(15 downto 12)=temp_time3;time(11 downto 8)=temp_time2;time(7 downto 4)=temp_time1;time(3 downto 0)=temp_time0;end rtl;-计费模块-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use i

18、eee.std_logic_unsigned.all;entity total_charge isport(start,pause,mile,f_wait:in std_logic; -未运营状态，等待暂停状态，里程脉冲，等待时间脉冲 high_3,high_15:in std_logic; -里程标志输入 time:in std_logic_vector(23 downto 0); -时间输入 charge:out std_logic_vector(19 downto 0);-计费总价输出,分别为百，十，个，十分，百分位end total_charge;architecture rtl of

19、 total_charge issignal c4,c3,c2,c1,c0:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(time,pause,start,mile,f_wait,high_3,high_15)variable hour_h,hour_l:std_logic_vector(3 downto 0);beginhour_h:=time(23 downto 20);hour_l:=time(19 downto 16); if start=0 then -未运营时价格总为零 c4=0000;c3=0000;c2=0000;c1=0000;c0=01

20、10) or hour_h=0001 or (hour_h=0010 and hour_l=0010) then -白天运营 if pause=1 then -等待下的计费 if rising_edge(f_wait) then -即pause=1进入等待状态 if c2=1001 or c2=1000 then if c2=1001 then c2=0001; else c2=0000; end if; if c3=1001 then c3=0000; if c4=1001 then c4=0000; else c4=c4+1; end if; else c3=c3+1; end if; e

21、lse c2=c2+2; end if; end if; else if rising_edge(mile) then -正常运营 if high_3=0 then c4=0000;c3=0000;c2=1001;c1=0000;c0=0000; elsif high_15=0 then if c1=1001 then c1=0000; if c2=1001 then c2=0000; if c3=1001 then c3=0000; if c4=1001 then c4=0000; else c4=c4+1; end if; else c3=c3+1; end if; else c2=c2+

22、1; end if; else c1=c1+1; end if; elsif high_3=1 and high_15=1 then if(c0=0101 and c1=1000)or c1=1001 then if c1=1001 and c0=0101 then c0=0000;c1=0001; elsif c1=1001 and c0=0000 then c0=0101;c1=0000; elsif c1=1000 and c0=0101 then c0=0000;c1=0000; end if; if c2=1001 then c2=0000; if c3=1001 then c3=0

23、000; if c4=1001 then c4=0000; else c4=c4+1; end if; else c3=c3+1; end if; else c2=c2+1; end if; elsif c0=0000 then c0=0101;c1=c1+1; else c0=0000;c1=c1+0010; end if; end if; end if; end if; else -夜间运营模式 if pause=1 then if rising_edge(f_wait) then 省略部分end process;charge(19 downto 16)=c4;charge(15 down

24、to 12)=c3;charge(11 downto 8)=c2;charge(7 downto 4)=c1;charge(3 downto 0)=c0;end rtl;-铃声产生模块-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity bell_pro isport(alarm_on,clk,alarm_load,pressed:in std_logic; -闹钟开关，时钟，修改置数，键盘响应 buffertime:in std

25、_logic_vector(15 downto 0); -修改时间并行输入端 time:in std_logic_vector(23 downto 0); -当前时间并行输入 keyvalue:in std_logic_vector(3 downto 0); -键盘值输入端 alarm_signal:out std_logic); -闹铃信号输出端end bell_pro;architecture rtl of bell_pro issignal alarm:std_logic;type state is(s0,s1,s2,s3);signal pre_state:state:=s0;sign

26、al next_state:state:=s0;signal iner_ala_time:std_logic_vector(15 downto 0);beginprocess(clk) -修改置数进程begin if rising_edge(clk) then if alarm_load=1 then iner_ala_time=buffertime; end if; end if;end process;process(clk,alarm_on) -状态转移进程begin if alarm_on=0 then pre_state=s0; elsif rising_edge(clk) then

27、 pre_state if iner_ala_time=time(23 downto 8) then next_state=s1; else next_state if pressed=1 and keyvalue=0000 then next_state=0011 then next_state=s2; else next_state if time(7 downto 4)=0000 then next_state=s0; else next_state if time(7 downto 4)=0011 then next_state=s2; else next_statenext_stat

28、e=s0; end case;end process;process(pre_state) -状态输出begin if pre_state=s1 then alarm=1; else alarm=0; end if;end process;alarm_signal=alarm;end rtl;-存储器模块-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ram_16 isport(clk:in std_logic; wr:in std_logic:=0; -写使能 re:in std

29、_logic:=0; -读使能 re_address,wr_address:in std_logic_vector(3 downto 0);-读写地址输入端 time:in std_logic_vector(23 downto 0);-时间输入 date:in std_logic_vector(15 downto 0);-日期输入 charge:in std_logic_vector(19 downto 0);-费用输入 kilo:in std_logic_vector(11 downto 0);-里程输入 tra_record:out std_logic_vector(55 downto 0

30、);-运营记录输出end ram_16;architecture rtl of ram_16 issubtype ram_word is std_logic_vector(55 downto 0);type ram_table is array(0 to 15) of ram_word;signal ram:ram_table;beginprocess(clk,time,date,charge,re_address,wr_address,kilo,wr,re) begin if rising_edge(clk) then if re=1 then -读出运营记录 tra_record=ram(

31、conv_integer(re_address); elsif wr=1 then -写进记录 ram(conv_integer(wr_address)(55 downto 44)=kilo; ram(conv_integer(wr_address)(43 downto 28)=date; ram(conv_integer(wr_address)(27 downto 12)=time(23 downto 8); ram(conv_integer(wr_address)(11 downto 0)=000000010000 then if f1=1 then if money_temp(3 dow

32、nto 0)=0000 then money_temp(3 downto 0):=1001; if money_temp(7 downto 4)=0000 then money_temp(7 downto 4):=1001; money_temp(11 downto 8):=money_temp(11 downto 8)-1; else money_temp(7 downto 4):=money_temp(7 downto 4)-1; end if; else money_temp(3 downto 0):=money_temp(3 downto 0)-1; end if; elsif f5=

33、1 then if money_temp(3 downto 0)0101 then money_temp(3 downto 0):=money_temp(3 downto 0)-11; if money_temp(7 downto 4)=0000 then money_temp(7 downto 4):=1001; money_temp(11 downto 8):=money_temp(11 downto 8)-1; else money_temp(7 downto 4):=money_temp(7 downto 4)-1; end if; else money_temp(3 downto 0

34、):=money_temp(3 downto 0)-5; end if; elsif f10=1 then if money_temp(7 downto 4)=0000 then money_temp(7 downto 4):=1001; money_temp(11 downto 8):=money_temp(11 downto 8)-1; else money_temp(7 downto 4):=money_temp(7 downto 4)-1; end if; else money_temp:=money_temp; end if; elsif money_temp=00000000010

35、1 then if f10=1 then return_temp:=1010-money_temp(3 downto 0); money_temp:=000000000000; elsif f5=1 then money_temp:=money_temp-000000000101; elsif f1=1 then money_temp:=money_temp-1; else money_temp:=money_temp; end if; elsif money_temp=000000000001 then if f10=1 then return_temp:=1010-money_temp(3

36、 downto 0); money_temp:=000000000000; elsif f5=1 then return_temp:=0101-money_temp(3 downto 0); money_temp:=000000000000; elsif f1=1 then money_temp:=money_temp-1; else money_temp:=money_temp; end if; else money_temp:=000000000000; end if; if clk1s=1 and en_return=1 then if return_temp/=000000000000

37、 then return_temp:=return_temp-1; else return_temp:=return_temp; end if; else return_temp:=return_temp; end if; end if;money=money_temp;return_money=return_temp;end process;end rtl;-总的控制状态机-library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity S

38、TATEMACHINE isport(clk,pressed,reset:in std_logic; keyvalue:in std_logic_vector(3 downto 0); codeout:in std_logic_vector(23 downto 0); money:in std_logic_vector(11 downto 0); return_money:in std_logic_vector(3 downto 0); timeload,dateload,alarmload,codeload,paraload,readstate,start,pause,en_return,w

39、rite,dot:out std_logic; ss:out std_logic_vector(5 downto 0); buffertime:out std_logic_vector(23 downto 0); bufferalarm:out std_logic_vector(15 downto 0); bufferdate:out std_logic_vector(15 downto 0); buffernewcode:out std_logic_vector(23 downto 0); buffernewpara:out std_logic_vector(7 downto 0);end

40、STATEMACHINE;architecture rtl of STATEMACHINE istype state is(timecounter,modifytime1,modifytime2,modifytime3,modifytime4,modifytime5,modifytime6,modifytime7,loadtime, setalarm1,setalarm2,setalarm3,setalarm4,setalarm5,loadalarm, showdate,modifydate1,modifydate2,modifydate3,modifydate4,modifydate5,lo

41、addate, inputcode1,inputcode2,inputcode3,inputcode4,inputcode5,inputcode6,inputcode7,compare, hello,setcode1,setcode2,setcode3,setcode4,setcode5,setcode6,setcode7, setcode8,setcode9,setcode10,setcode11,setcode12,setcode13,setcode14,compare_newcode,loadnewcode, setpara1,setpara2,setpara3,loadpara, re

42、addate,readtime,readkilo,readmoney, showkilo,showmoney,waiton,store,getcharge,return_change,holdon);signal pre_state:state:=timecounter; -定义当前状态 -定义状态机内部寄存器，用来修改某些值时用到-signal time_temp:std_logic_vector(23 downto 0); -校时寄存器signal alarm_temp:std_logic_vector(15 downto 0); -闹钟设置寄存器 signal date_temp:std_logic_vector(15 downto 0); -校日期寄存器signal code_temp:std_logic_vector(23 do