1、毕 业 设 计 论 文基于 FPGA 的出租车计费系统设计顾玮指导老师名称：王小娟专 业 名 称：物联网应用技术班 级 学 号：物联 142 14841113论文提交日期：2016 年 11 月 28 日论文答辩日期：2016 年 11 月 28 日2016 年 11 月 28 日绪论 毕业设计论文 0摘要车 租 车 是 现 在 人 们 出 行 方 式 中 必 不 可 缺 少 的 方 式 之 一 ， 从 上 世 纪 八 九 十 年开 始 出 租 车 行 业 迅 速 发 展 出 租 车 计 费 器 就 面 临 着 巨 大 挑 战 ， 出 租 车 计 费 器 的 性能 也 不 断 提 升 ， ED
2、A 技 术 的 发 展 和 FPGA 的 发 展 让 电 子 产 品 设 计 发 生 了 巨 大 改变 ， 不 仅 成 本 低 ， 周 期 短 ， 可 靠 性 高 ， 给 人 们 的 设 计 带 来 了 诸 多 方 便 。FPGA， 又 名 现 场 可 编 程 门 阵 列 ， 是 第 四 代 可 编 程 逻 辑 器 件 。 FPGA 运 用LCA 逻 辑 单 元 阵 列 ， 包 括 可 配 置 逻 辑 模 块 CLB、 输 入 输 出 模 块 IOB 和 内 部 连线 这 三 块 。 FPGA 实 现 组 合 逻 辑 ， 每 个 查 找 表 链 接 一 个 D 触 发 器 的 输 入 端 ，
3、触发 器 驱 动 其 他 逻 辑 电 路 或 驱 动 I/O， 这 样 就 构 成 了 可 实 现 组 合 逻 辑 功 能 又 实 现了 时 序 逻 辑 功 能 的 基 本 逻 辑 单 元 模 块 ， 然 后 利 用 金 属 连 线 相 互 连 接 到 I/O 模块 。 FPGA 的 逻 辑 是 通 过 向 内 部 静 态 存 储 单 元 加 载 编 程 数 据 来 实 现 的 ， 存 储 在 存储 器 单 元 中 的 值 决 定 了 逻 辑 单 元 的 逻 辑 功 能 以 及 各 模 块 之 间 或 模 块 与 I/O 间的 联 接 方 式 ， 并 最 终 决 定 了 FPGA 所 能 实
4、现 的 功 能 ， FPGA 可 以 无 限 次 的 编 程 。我 们 的 作 品 实 现 出 租 车 按 照 行 驶 的 路 程 来 计 算 所 属 要 付 的 钱 ， 用 相 应 的 硬件 和 软 件 来 实 现 出 租 车 计 费 器 的 可 行 性 。关 键 词 ： 出 租 车 计 价 器 FPGA Quartus II 软件 VHDL 语 言毕业设计论文 基于 FPGA 的出租车计费系统设计 1ABSTRACTCar rental car is now the way people travel one of the indispensable way, from the eight
5、ies and ninety years of the last century the rapid development of the taxi industry taxi counter is facing enormous challenges, taxi meter performance is also rising , EDA technology development and the development of FPGA electronic product design has undergone tremendous changes, not only low cost
6、, short cycle, high reliability, to the peoples design has brought a lot of convenience.FPGA, the field programmable gate array, is the fourth generation of programmable logic devices. FPGA uses the logic cell array LCA such a concept, including the configurable logic module CLB, IOB input and outpu
7、t modules and internal wiring three departments. FPGA to achieve combinational logic, each look-up table linked to a D flip-flop input, flip-flop and then drive the other logic or drive I / O, which constitutes both a combination of logic functions can achieve the basic functions of logic timing log
8、ic Logic unit modules, which are interconnected or connected to I / O modules using metal wiring. The logic of an FPGA is implemented by loading programming data into an internal static memory cell. The value stored in the memory cell determines the logical function of the logic cell and how it is c
9、onnected between the modules or I / O. FPGA can achieve the function, FPGA allows unlimited programming.Our work to achieve a taxi in accordance with the distance traveled to calculate the money they have to pay, with the appropriate hardware and software to achieve the feasibility of a taxi meter.K
10、ey words: taxi meter Quartus II software FPGA VHDL language 摘要 毕业设计论文 2目录摘要 .1ABSTRACT .2第一章 绪论 .21.1 课题背景 .21.2 课题现状 .21.3 课题目的 .2第二章 设计内容介绍 .32.1 设计要求 .32.2 设计思路 .32.3 Cyclone IV 芯片介绍 .42.4 VHDL 语言介绍 .42.5 Quartus II 软件介绍 .4第三章 Quartus II 使用方法 .63.1 启动 Quartus II 软件 .63.2 新建工程 .63.3 文件新建 .8图 3.33
11、编程界面 .93.4 编译程序 .93.5 生成模块 .93.6 建立原理图文件 .10图 3.64 原理图 .113.7 编译原理图 .113.8 管脚锁定 .113.9 重新编译原理图 .133.10 下载程序 .14第四章 程序与实验现象 .154.1 程序说明 .154.11 分频模块： .154.12 车速控制模块 .164.13 里程计数模块 .184.14 计费计数模块 .184.15 动态扫描模块 .194.2 实验测试结果图 .22结束语 .23致谢 .24参考文献 .25毕业设计论文 基于 FPGA 的出租车计费系统设计 1第一章 绪论1.1 课题背景随着人们生活条件的提升
12、，出行方式的多样性，出租车的市场也越来越大，对计费的要求也越来越高。集成电路和计算机的飞速发展，数字系统也得到发展。设计方法经历了很多个版本。为提高系统的可靠性与通用性，尤其是 FPGA 逻辑器件大量被人们使用到出租车计费当中。出租车消费群体的增大，广大乘客也对计费器的功能提出了更多的要求。顾客不仅要求计费器的稳定性，计算费用的精确，有防作弊功能；同事要求可以打印发票，IC 卡付费、语音报话、电脑串行通信及税控等功能。地区与地区之间的收费都是不一样的，车型不同收费也不一样。油价的波动或者经济发展的影响，收费方式和收费标准也有可能不断在变化。这时候传统单片机的出租车计费器系统已经满足不了这些需求
13、的变化了。硬件电路复杂功能升级也很繁琐，在运营过程中也很容易产生干扰，影响用户的使用。基于 FPGA 的出租车计费器，结合了硬件描述语言VHDL 和逻辑结合为基础的项目向下的电路设计方法，成本投入较低，可靠性高，通用性也比较强；同时也可以添加其他功能。出租车计费器采用软件编辑的形式，可以完成多种计费形式，使用的芯片不仅容量大，体积也比较小巧。计费器不仅在现代有着较强的应用性，同时在未来市场中的也有很大的发展前景。1.2 课题现状随着我国经济发展及道路建设，交通也越来越方便，特别是出租车，以迅速，方便的特点盛行在各个城市，成为城市交通出行不可缺少的一部分。出租车计费器也一直换了好几个版本，老式的
14、出租车计费器已经不可以代替现在的社会发展了。在此情况下，出租车计费器也在不断地更新，计费器的性能、稳定性等都在不断地提升，同时增加许多附加功能使计费器更加完善，更好的融入社会的发展。1.3 课题目的出租车计费器是顾客和出租车司机交易的工具，计费器是发展出租车重要体现。良好的出租车计费器对司机和顾客都是很重要的，计费器就有了很重要的发展意义，只有好的计费器才可以适用于社会，也可以让广大消费者所接受。我们的课题研究是通过 FPGA 来实现出租车的里程、计费。绪论 毕业设计论文 2第二章 设计内容介绍2.1 设计要求用 VHDL 设计出租车计费器，并且设计电路，来实现计费、预置功能、能模拟汽车启动、
15、停止、暂停、车速等并在数码管上显示。a.车辆起步价为 7 元，车辆行驶在 3 公里以内，只收 7 元。b.车辆行驶超过 3 公里。每公里加收 2.2 元（在 7 元基础上每公里加收 2.2 元）,车费依次累加。c.车费达到 20 元时，每公里加收 3.3 元。车辆中途停车不收费，车辆停止（顾客下车）车费自动清零，等待下次计费。2.2 设计思路本次毕业设计基于 FPGA 的出租车计费系统设计一共包括分频模块、车速控制模块、里程计数模块、计费计数模块、动态扫描模块。设计框图如下图 2-1 所示。图 2-1 设计框图我们队不同型号的车辆，不同型号车的直径做了不同的设计，比如同样行驶100 米，所对应
16、的行驶圈数也不同，车速选择开关 k1、k0的选择也就不同，一共有 00、01、10、11 四种选择:毕业设计论文 基于 FPGA 的出租车计费系统设计 3当车速选择开关 k1、k0为 00 时，车轮直径为 520mm,对应的计费圈数为 61；当车速选择开关 k1、k0为 01 时，车轮直径为 540mm,对应的计费圈数为 60；当车速选择开关 k1、k0为 10 时，车轮直径为 560mm,对应的计费圈数为 57；当车速选择开关 k1、k0为 11 时，车轮直径为 580mm,对应的计费圈数为 55；2.3 Cyclone IV 芯片介绍Cyclone IV 为市场提供成本最低、功耗最低并具有
17、收发器的 FPGA。Cyclone IV FPGA 系列适合对成本敏感的大批量应用，满足越来越大的带宽需求，同时降低了成本。该系列包括：具有 8 个集成 3.125-Gbps 收发器的 Cyclone IV GX FPGA适用于多种通用逻辑应用的 Cyclone IV E FPGACyclone IV 特点：低成本、低功耗的 FPGA 架构：6K 到 150K 的逻辑单元高达 6.3Mb 的嵌入式存储器高达 360 个 18 X 18 乘法器，实现 DSP 处理密集型应用协议桥接应用，实现小于 1.5W 的总功耗2.4 VHDL 语言介绍VHDL 语言主要用于描述数字系统结构，行为，功能和接口
18、，除了具有硬件特征以外，VHDL 语言样式和风格也类似一般计算机高级语言，VHDL 语言有如下特征：1.VHDL 语言功能强大，设计方式多2.VHDL 语言具有强大的硬件描述功能3.VHDL 语言具有强大的移植能力4.VHDL 语言描述与器件无关5.VHDL 语言程序易于共享，复用2.5 Quartus II 软件介绍Quartus II 是 PLD 和 FPGA 开发软件，原理图、VHDL 等多种设计输入形式，Quartus II 里有综合器和仿真器，可以完成完整的设计流程。Quartus II 特性如下：1.功能强大的逻辑综合工具2.完备的电路功能仿真和时序逻辑仿真3.定时和 时序分析与关
19、键路径延时分析第二章 设计内容介绍 毕业设计论文 44.自动定位编译错误等。毕业设计论文 基于 FPGA 的出租车计费系统设计 5第三章 Quartus II 使用方法下载安装的 Quartus II 软件 32 位的。Quartus II 软件使用如下：3.1 启动 Quartus II 软件打开软件，启动界面如下图 3.11：图 3.11 Quartus II 启动界面3.2 新建工程(1)点击 File-New Project Wizard。出现如图所示的界面，点击next。图 3.21 新建界面如图所示的界面中，第一个选择保存路径，第二个填写项目名称“fenpin”，第三个写上实体名称。点击next。
