VHDL设计：出租车计价器功能详解与实现

VHDL是一种高级硬件描述语言，常用于电子设计自动化（EDA）领域，特别是应用于可编程逻辑器件（FPGA或ASIC）的设计。本篇文章详细介绍了如何使用VHDL编程设计一个出租车计费器，该计费器具有实用的功能和精确的计费规则。 设计任务要求计费器具备以下功能： 1. 计费功能：起步价为5元，行驶里程少于3公里时按照起步价计算，超过3公里后每增加1公里费用增加1.3元。此外，如果乘客等待时间超过2分钟，每分钟额外收取1.5元。总费用通过公式计算得出。 2. 显示功能：计程器需显示详细的行驶信息，包括： - 行驶里程：四位数字，范围0~99公里，分辨率1公里。 - 等待时间：两位数字，范围0~59分钟，分辨率1分钟。 - 总费用：四位数字，范围0.00~999.9元，分辨率0.1元。 设计原理涉及以下几个关键组件： - 输入信号：主要包括时钟（CLK）、计价开始信号（START）、等待信号（STOP）和里程脉冲信号（FIN）。 - 输出信号：如总费用数CHA0~CHA3、行驶距离KM0~KM1和等待时间MIN0~MIN1。 - 元件组成：系统分为分频模块、控制模块、计量模块和计费模块。分频模块负责产生不同频率的脉冲信号，如1Hz、13Hz和15Hz，分别对应计时和计程的计费周期。计量模块负责里程和时间的计数，控制模块决定计费方式，计费模块则基于计数结果计算费用。 - 顶层框图：展示了整个系统的结构，包括输入和输出接口，以及各个模块之间的交互。 设计步骤包括： - 分频模块：通过VHDL编程实现对系统时钟频率的分频，产生15Hz、13Hz和1Hz的脉冲信号，以适应行驶和等待状态下的计费需求。 - 控制流程：计费开始于START信号高电平，当乘客上车开始行驶（fin脉冲），计费开始，stop保持低电平；若停车等待，stop变为高电平，停止行驶计费；乘客下车时，start置零，系统停止工作。 本文提供了一个实例，展示了如何利用VHDL语言在实际硬件设计中实现出租车计费器，展示了编程设计的逻辑思路和关键模块的运作原理，对于理解和实践VHDL硬件描述语言具有很高的参考价值。