基于FPGA的出租车计价器设计.doc

1、 基于 FPGA 的出租车计价器设计 草鱼 摘要 草鱼 介绍了出租车计费器系统的组成及工作原理 ， 鲤鱼 简述了在 EDA 平台上用 FPGA 器件构成该数字系统的设计思想和实现过程 。 草鱼 论述了计程模块 ， 鲤鱼 计费模块 ， 鲤鱼 计时模块 ，鲤鱼 译码动态扫描模块等的设计方法与技巧 。 草鱼 草鱼草鱼 1 引言 草鱼 随着 EDA 技术的高速发展 ， 鲤鱼 电子系统的设计技术发生了深刻的变化 ， 鲤鱼 大规模可编程逻辑器件 CPLD FPGA 的出现 ， 鲤鱼 给设计人员带来了诸多方便 。 草鱼 利用它进行产品开发 ， 鲤鱼 不仅成本低 、 pork周期短 、 pork可靠性高 ，

2、鲤鱼 而且具有完 全的知识产权 。 草鱼 本文介绍了一个以 Altera 公司可编程逻辑芯片 cyclone2 系列的 EP2C5T144C8 的 FPGA 芯片 为控制核心 、 pork附加一定外围电路组成的出租车计费器系统 。 草鱼 随着社会的不断进步 ， 鲤鱼 人们生活水平的不断提高 ， 鲤鱼 出租车逐渐成为人们日常生活不可缺少的交通工具 。 草鱼 而计价器作为出租车的一个重要组成部分 ， 鲤鱼 关系着出租车司机和乘客双方利益 ， 鲤鱼 起着重要的作用 ， 鲤鱼 因而出租车计价器的发展非常迅猛 。 草鱼 草鱼 2 出租车计费系统的实验任务及要求 草鱼 2.1技术要求 草鱼 （ 1）掌握较

3、复杂逻辑的设 计 、 p ork调试 。 草鱼草鱼 （ 2）进一步掌握用 VHDL 语言设计数字逻辑电路 。 草鱼草鱼 （ 3）掌握用 Max+pulsII 软件的原理图输入的设计方法 。 草鱼草鱼 2.2功能要求 草鱼 基本功能 ： pork草鱼 （ 1）按行驶里程收费 ， 鲤鱼 起步价为 9.00 元 ， 鲤鱼 并在车行 3公里后再按 3元 /公里计算车费 。 草鱼草鱼 （ 2）实现模拟功能 ： p ork能模拟汽车启动 、 pork停止 。 草鱼草鱼 （ 3）设计动态扫描电路 ： p ork将车费 、 pork里程 、 pork等待时间动态的显示出来 。 草鱼草鱼 （ 4）用 VHDL

4、语言设计符合上述功能要求的出租 车计费器 ， 鲤鱼 并用层次化设计方法设计该电路 。 草鱼 草鱼 （ 5）各计数器的计数状态用功能仿真的方法验证 ， 鲤鱼 并通过有关波形确认电路设计是否正确 。 草鱼草鱼 附加功能 ： pork草鱼 （ 1）增加了晚上计费功能和等待功能 。 草鱼 晚上起步价为 12.00 元 ， 鲤鱼 并在车行 3公里后再按 4 元 /公里计算车费 。 草鱼 车白天停止超过三分钟后按 1 元 /分钟计算 ， 鲤鱼 晚上超过 3分钟按 2 元 /分钟计算 。 草鱼草鱼 （ 2）实现预置功能 ： p ork能预置起步费 、 pork每公里收费 、 pork等待加费时间 。 草鱼草

5、鱼 （ 3）实现模拟功能 ： p ork白天 、 pork黑 夜 ； pork等待 、 pork行驶状态 。 草鱼草鱼 （ 4）设计超过三公里提醒功能 。 草鱼 草鱼 2.3本人任务 草鱼 本人 负责软件部分 。 草鱼草鱼 2.4任务书（附录一） 草鱼 3.方案设计及原理框图 草鱼 3.1硬件 方案设计及原理框图 草鱼 硬件 系统组成框图 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 各模块的作用和组成 ： p ork草鱼 （ 1）开关模块 草鱼 该模块的作用是用于电路的输入的信号 。 草鱼草鱼 主要有三个开关以及三个限流电阻 ,电源构成 。 草鱼草鱼 （ 3）动态显示模块 :草鱼 此模块由六个数码管和

6、三个二极管所构成 ， 鲤鱼 17 个 200 电阻起到限制电流的作用 ， 鲤鱼 使得流到数码管的电流适当 ， 鲤鱼 防止数码管中的电流过大 ， 鲤鱼 而使得数码管损坏 。 草鱼 数码管将计费 、 pork等待时F P G A 模块 动 态 显 示 电 路 开 关 电 路 间和里程动态的显示出来 。 草鱼草鱼 3.2软件 方案设计及原理框图 草鱼 3.2.1 系统的顶层框图 及 方案设计 ： p ork草鱼 草鱼草鱼 信号输入 ： p ork各种控制信号经输入端给控制芯片 。 草鱼草鱼 控制芯片 ： p ork采用的有 CPLD 或者 FPGA 等 。 草鱼草鱼 动态显示电路 ： p ork采用

7、的是数码管来实现功能的输出 。 草鱼草鱼 3.2.2 草鱼FPGA 内部具体框图 及 方案设 计 ： p ork草鱼 出租车的一般计费过程为 ： pork出租车载客后 ， 鲤鱼 启动计费器 ， 鲤鱼 整个系统开始运行 ， 鲤鱼里程计数器从 0 开始计数 ， 鲤鱼 费用计数器从 9 开始计算 ； pork出租车载客 中途等待 ， 鲤鱼等待 时间计数器从 0开始计数 。 草鱼 最后 根据行驶里程或停止等待的时间的 计费 标准计费 。 草鱼 出租车到达目的地停止后 ， 鲤鱼 停止计费器 ， 鲤鱼 显示总费用 。 草鱼 草鱼 根据出租车计费器的工作过程 ， 鲤鱼 本系统采用分层次 、 pork分模块的

8、方式设计 ， 鲤鱼 其 FPGA内部具体框图如下所示 。 草鱼草鱼 草鱼 各模块的功能 ： p ork草鱼 (1)由 FPGA 晶振电路产生 50MHz 时钟信号并输入 。 草鱼草鱼 (2)分频器 ： p ork将时钟信号进行分频 。 草鱼草鱼 (3)标志模块 ： p ork将按钮产生的脉冲转化为一种标志信号 。 草鱼草鱼 车费 计数 模块 车行驶状态 译 码 模 块 输 出 控 制 模 块 里程 计数 模块 控制 芯片 信号输入 动态显示模块 分 频 器 输入信号 (4)计程模块 ： pork在等待信号未作用时 ， 鲤鱼 来一个时钟脉冲信号 ， 鲤鱼 里程值加 1。 草鱼 该模块还包含一个路

9、程计费标志的小模块 ， 鲤鱼 输出一个路程计费的信号 。 草鱼草鱼 (5）等待状态模块 ： pork等待信号作用时 ， 鲤鱼 该模块可以记录等待的时间 ， 鲤鱼 并产生等待计费的信号 。 草鱼草鱼 (6）车 费计数模块 ： pork按行驶里程收费 ， 鲤鱼 分为白天和黑夜 。 草鱼 白天收费标准 ： pork起步费为 12.00 元 ， 鲤鱼 超过 3 公里按 4 元 /公里 ， 鲤鱼 车暂停超过三分钟按 2 元 /分钟计算 。 草鱼黑夜收费标准 ： pork起步费为 15.00 元 ， 鲤鱼 超过 3 公里按 5 元 /公里 ， 鲤鱼 车暂停超过三分钟按 1元 /分钟计算 。 草鱼草鱼 (7

10、）输出控制模块 ： pork分时输出里程 、 pork等待时间 、 pork费用三个信号 ， 鲤鱼 实现动态显示功能 。 草鱼草鱼 (8）译码模块 ： pork实现将车费计数模块 、 pork等待状态模块和里程计数模块输出的 BCD码转换成七段码 输出 。 草鱼草鱼 4.各 单元模块设计 ， 鲤鱼仿真结果及分析 草鱼 本系统采用层次化 、 pork模块化的设计方法 ， 鲤鱼 设计顺序为自下向上 。 草鱼 首先实现系统框图中的各子模块 ， 鲤鱼 然后由顶层模块调用各子模块来完成整个系统 。 草鱼草鱼 4.1分频模块 ： p ork草鱼 4.1.1 分频模块的框图 草鱼 C LK0 F OU TP

11、U LSEins t5草鱼 图 3.1.1 分频器的实体图 草鱼 此模块的功能是对总的时钟进行分频 ， 鲤鱼 总的时钟是 50M。 草鱼 计数分频器使用五个这样基本的分频器（ 35 分频）组合而成 ， 鲤鱼 控制模块分频器使用三个这样基本的分频器（ 35 分频）组合而成 。 草鱼草鱼 4.1.2 分频 模块 的 VHDL 程序 草鱼 LIBRARY 草鱼 IEEE;pork草鱼 USE 草鱼 IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;pork草鱼 USE 草鱼 IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;pork草鱼 ENTITY 草鱼 PULSE 草鱼 IS草鱼 草鱼 草鱼

12、 PORT(CLK0:IN 草鱼 STD_LOGIC;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 FOUT:OUT 草鱼 STD_LOGIC);pork草鱼 END 草鱼 PULSE;pork草鱼 ARCHITECTURE 草鱼 ONE 草鱼 OF 草鱼 PULSE 草鱼 IS草鱼 BEGIN 草鱼 草鱼 PROCESS(CLK0)草鱼 草鱼 VARIABLE 草鱼 CNT:STD_LOGIC_VECTOR(2 草鱼 DOWNTO 草鱼 0);pork草鱼 草鱼 VARIABLE 草鱼 FULL 草鱼 :STD_LOGIC;pork 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼

13、草鱼 草鱼 草鱼 草鱼草鱼 草鱼 BEGIN草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 IF 草鱼 CLK0EVENT 草鱼 AND 草鱼 CLK0=1 草鱼 THEN草鱼 草 鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 IF 草鱼 CNT=“100“ 草鱼 THEN草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CNT:=“000“ 草鱼 ;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 FULL:=1;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 ELSE 草鱼草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 CNT:=CNT+1;pork草鱼 草鱼 草鱼

14、 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 FULL:=0;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 END 草鱼 IF;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 END 草鱼 IF;pork草鱼 FOUT0 草鱼 OR 草鱼 Q03) 草鱼 THEN草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 DDJFBZ=1;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 END 草鱼 IF;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 END 草鱼 IF;pork草鱼 草鱼

15、 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 END 草鱼 IF;pork草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 DDSJ(7 草鱼 DOWNTO 草鱼 4)=Q1;porkDDSJ(3 草鱼 DOWNTO 草鱼 0)=Q0;pork草鱼 END 草鱼 PROCESS;pork草鱼 END 草鱼 ONE;pork草鱼 4.3.3 计 时模块的仿真结果 ： p ork草鱼 草鱼 从波形图可以看出在 clk的控制下当 SS为 高 电平 DDBZ为 高 电平的时候时间计数但是费用没有计数 ， 鲤鱼 DDJFBZ 为低电平 。 草鱼草鱼 4.4 计费模块 :草鱼 4.4.1 计费模块的框图 ： p ork草鱼 SSDNLC

16、7. .0D D SJ 7. .0LC J F BZD D J F BZF Y 7. .0JFins t3草鱼 费用计数器模块用于出租车启动后 ， 鲤鱼 根据行驶路程和等待时间计算费用 。 草鱼 当出租车 启动 时 ， 鲤鱼 SS 为高电平 ， 鲤鱼 用于将费用计数器复位为起步价 10 元 ； pork当车处于行驶状态且满 3 公里时 ， 鲤鱼 select_clk 信号选择 distans_enable， 鲤鱼 此后路程每满 1公里 ， 鲤鱼 费用计数器加 1 元 ； pork当出 租车处于停止等待状态且时钟满 2 分钟时 ， 鲤鱼select_clk 信号选择 time_enable 信号

17、 ， 鲤鱼 时间每满 1 分钟 ， 鲤鱼 费用计数器加 1 元 。草鱼草鱼 4.4.2 计费模块的 VHDL 的程序 ： p ork草鱼 library 草鱼 IEEE;pork草鱼 use 草鱼 IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;pork草鱼 use 草鱼 IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;pork草鱼 -定义函数名 草鱼 PACKAGE 草鱼 PACKEXP1 草鱼 IS草鱼 草鱼 草鱼 FUNCTION 草鱼 bcd_add8(AIN,BIN 草鱼 : 草鱼 in 草鱼 std_logic_vector)草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 草鱼 RETURN 草鱼 std_logic_vector;pork草鱼