基于CPLD／FPGA的出租车计费器的开题报告.doc

江西师范大学本科生毕业设计开题报告学生姓名： 韦东彤学号： 0708060105学院、系： 物理与通信电子学院专业： 电子信息工程论文题目： 基于CPLDFPGA的出租车计费器指导老师： 曾高荣 2010年11月6号毕 业 设 计 开 题 报 告1、 课题研究的背景随着中国城市化进程的快速发展，人们出行的选择也会也来越多样化，但是租出车作为一种重要的交通工具，也越来越多的被人所选用。虽然在大中城市，租出车已经相当普及，但是在一些小的城市，租出车行业也因为城市化进程的加快而快速发展。当然，租出车的计费器也由当初的只能显示路程的计费方式变成现在的，能够自主计费以及打印发票和语音提示。根据租出车行业的需求，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器，传统的出租车计费器由于发展使用了十几年，在稳定性、成本、以及使用习惯上都具有一些优势。如89S51 单片机实现汽车计费器的设计，大部分的功能可以用单片机来实现。但是单片机程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令集，因此设计研发比较困难，周期长。如果系统设计的不好，则系统不是很稳定，而且灵活度不够，不易实现功能复杂的设计。随着中国经济的发展，许多因素主导了出租车行业成本的波动。而传统的用89S51为基础设计出来的租出车计费系统已经很难满足现在的需要，而FPGA 等数字可编程器件的出现彻底解决了这些问题，FPGA不同逻辑可以并行执行,可以同时处理不同任务,这就导致了FPGA工作更有效率，同时可以根据不同的需要来设计不同模块，能够很快的实现其需要的功能。正因为在租出车需求不断增大的情况下，未来汽车计费器的市场还是相当有潜力，通过FPGA设计出各种租出车的计费需求，能满足当地租出车的计费需要的系统是十分有必要的，而且这个课题还能有效解决传统计费器系统上的一些不足，以实现更好的计费功能。2、 该课题他人研究的现状该课题已经是一个相对成熟的课题，此前有过很多人在此方面针对租出车计费器系统做过不同的设计，通过不同的方式，包括用单片机，用ARM,和可编程逻辑器件来设计实现完成过这一课题。而此次选做的毕业课题是“基于CPLD/FPGA的租出车计费器”，利用现在已经很成熟的可编程逻辑器件来实现这一计费系统，相对用51单片而言，会比较简单，这也同样体现出EDA技术上的优势。其最突出的地方表现在最具先打电子设计技术特征的功能是日益强大的逻辑设计仿真测试技术。同时能将所有设计环节纳入统一的自顶向下的设计方案中。基于EDA技术上的种种优势，他人在做有关此课题时，首先选用的方案是基于EDA技术的CPLD或者FPGA。查找过的文献资料有：1马鸿文.新一代出租车计价器微机设计系统. 中国矿业大学信电学院电子科学系2张亦华，严明著. 数字电路EDA入门VHDL程序实例集 北京邮电大学出版社 20033王开军, 姜宇柏等编著. 面向CPLD/FPGA的VHDL设计 北京-机械工业出版社 2007 4潘松，黄继业编著. EDA技术实用教程（第三版） 科学及出版社 20065李东生编著. EDA仿真与虚拟仪器技术 北京-高等教育出版社 2004 6吴海青，赵明忠. 一种基于VHDL语言的出租车计费器的研究，电子技术应用，20067张立，张光新，柴磊，周泽魁. FPGA在多功能计费器系统中的应用，浙江大学控制科学与工程学系毕 业 设 计 开 题 报 告8章彬宏主编. EDA应用技术 北京-北京理工大学出版社 2007 9叶建波, 余志强编著 .EDA技术Protel 99 SE & EWB 5.0 北京-清华大学出版社 2005 3、 该课题研究的目标本设计要求设计一个基于CPLD/FBGA的出租车计费器，其具体要求如下：1、 能够实现计费功能费用是按行驶的里程进行计算的，设出租车的起价是7.0元，当里程小于3km时，按起步价计算费用，当里程大于3km时，每km1.0元计费（在7.0元基础上每行驶1 km车费加1.0元），车费依次累加，所以总费用按下式计算。总费用=起价费用+（里程-3km）*里程单价2、 能够实现显示的功能1)显示汽车行驶的里程，用4位数字显示，显示的方式为“XXX.X”.单位为km。计程范围为0999.9km。2)显示总费用：用4位数字显示，显示的方式为“XXX.X”.单位为元。计价范围为0999.9元。4、该课题研究的一些方法这个课题可以有两种解决的方案，一个是基于单片机，另一个是基于FPGA。对于单片机方案的计费系统是相对传统的计费方式，目前市场上使用的出租车计费器主要采用的都是利用89C51 单片机实现的计费器设计，显示方式上主要采用的是固定显示内容的LED 显示。但是在前面已有提到，传统的租出车的计费方式的不足，使得产品在显示或者升级方面都不是很理想，更新的周期长。而又因为中国经济的快速发展，传统租出车的计费方式因为更新需要周期长，很难跟上租出车计费发展的需求。随着 FPGA 等数字可编程器件的出现解决传统电子设计不能完成的任务，利用FPGA来实现出租车计费器。不但可行性很高，而且电路简单，不需要大量的外围电路，节约物力成本，提高了竞争力，FPGA方案可以用软件完全仿真，灵活度高，可以设计一些复杂的系统，而且编好的系统可以在不同的FPGA 或CPLD芯片上通用。不必拘泥与芯片的某种指令，只取决于编写者编写的VHDL语言程序。所以，对于租出车计费器的这个方案，使用EDA技术来完成，不但灵活多变，而且有很高的可移植性。总体上可以分为以下几个模块，1）按键模块，2）控制模块，3）译码模块，4）显示模块。按键部分，可以分为三部分，有起动键，暂停键，停止键，分别表示控制租出车的起动、暂停和停止计费。控制部分，主要表现在对各个建的功能的描述，分别对按键部分的按键进行控制，如下图起动暂停停止按键模块毕 业 设 计 开 题 报 告译码部分，主要是将车费的十进制和里程数的十进制转化为四位数的十进制，便于模块将车费和里程都显示在四位数码管上。即租出车在行走的过程中能够不断的将里程转换成所得到的费用。这些是按照租出车的模拟方式来分块，从要实现的部分还可以有：根据系统的设计要求，我们可将整个测控FPGA系统租出车计费分为七个模块，它们分别是：分频器模块FPQ，等待判别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF。分频器模块FPQ：将外部时钟信号SCLK(设计时假设为200 Hz)经过适当分频后，产生1 Hz的系统工作用基准时钟信号CLK1HZ，供系统中的有关模块计时用。等待判别模块DDPB：根据速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生的基准时钟信号CLK1HZ，计算单位时间里WCLK的脉冲个数(每km产生1000个脉冲信号，即每米产生1个脉冲信号)，亦即出租车行驶速度，从而判别出租车是否处于等待状态，发出等待标志信号DDBZ。 由按键模块来模拟这部分。里程计算模块LCJS：根据速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶的里程数XSLC进行计算，同时发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。 有脉冲来模拟这部分。里程计费模块LCJF：在计费标志信号JFBZ、等待标志信号DDBZ、里程标志信号LCBZ和时段标志信号XDBZ等信号的控制下，计算行驶里程超过3 km以上里程的费用LCFY。根据租车车行走路程并计算出所需要付的费用然后有数码管显示出来。用VHDL语言编写实现各个模块的功能，然后可以用仿真软件进行调试，FPGA/CPLD测控电路的调试：使用Quartus 、计算机、 EDA实验开发系统等软件和及开发板设备进行模拟调试，对FPGA/CPLD测控电路进行VHDL程序的调试、有关仿真以及编程下载、硬件测试等。系统联合调试成功后，将VHDL设计经过综合适配后的网表对CPLD/FPGA进行编程下载，输入相关的信号，并进行有关性能指标的测试，直到满足系统的设计要求为止。FPGA芯片就是通过采集传感器脉冲信号WCLK进行里程计算、里程计费，利用外部脉冲信号SCLK产生标准时钟信号计算等待时间、等待费用。可以根据计费器功能的需要，拆分成多个小功能模块，用VHDL语言编写实现各个模块，每个模块的设计功能相对单一，但是能够容易的实现要实现的功能，在调试的过程中容易查找错误，降低了设计难度，也便于程序调试。 5、 课题计划实施的过程本课题的进度安排大体可以分为以下五个阶段：1、 查阅文献、资料，对文献和资料进行深入的学习，确定自己的大致方案，明确自己方案的一个整体目标，根据确切的方案目标查阅资料以及学习、做些必要的笔记，开始撰写开题报告。（2010年9月20号2010年10月31号）2、 明确方案所要实现的各个功能模块，以及各功能模块之间的连接关系，设计一些与之相对应的外围电路，试着编写各个功能模块的程序代码。（2010年11月1号2010年12月15号）3、 整合各功能模块之间的功能，实现课题基本的功能要求，对整体功能进行时序仿真，根据前面的准备以及资料、文献，撰写论文的初稿。（2010年12月20号2011年1月20号）毕 业 设 计 开 题 报 告4、用硬件测试自己编写的程序代码，最后把仿真运行正确的程序下载到FPGA芯片上，进行实物调试。自己动手焊接外围模块的电路板，对整个计费器系统进行调试，确保能够实