基于FPGA的出租车计费器

1、列表摘要1Abstract1第一章简介21.1主题背景21.2本文的主要任务2第二章FPGA，VHDL简介42.1 FPGA状态和开发42.2 FPGA结构和特性42.2.1 FPGA基本结构52.2.2 FPGA功能62.3 VHDL设计优势6第三章出租车计价器设计73.1出租车计价器总体设计73.1.1出租车收费标准73.1.2总体框架设计73.2出租车计价器主要模块设计83.2.1速度模块93.2.2驾驶模块93.2.3计时模块103.2.4报销申请模块10第四章整个电路设计114.1整个电路图114.2电源电路124.3键电路启动/停止124.4自动0部分13第五章系统模拟和下载135

2、.1 Quartus软件简介145.1.1软件功能145 . 1 . 2 Quartus设计过程：145.2模拟结果155.2.1完整模拟155.2.2速度模块模拟155.2.3驾驶模块模拟165.2.4计时模块模拟165.2.5计费模块模拟175.3设计测试17第六章总结和展望18审计19主要参考文献19出租车计价器设计摘要随着： EDA技术的快速发展，电子系统的设计技术和工具发生了巨大的变化，大型可编程逻辑设备CPLD/FPGA出现了，为设计人员带来了很多方便。通过将其用于产品开发，您可以降低研发成本并缩短研发周期。本文介绍了利用FPGA芯片设计出租车计价器的方法，阐述了本主题的意义和应用

3、价值。说明Altera的FPGA结构原理和主要使用。介绍超高速集成电路硬件描述语言的主要功能和设计。介绍了出租车计价器的系统原理和功能。本文采用Altera的可编程逻辑芯片EPC2C35F672C8作为核心控制，并附着特定周边电路，构成出租车计价器，采用当前流行的VHDL语言进行设计，易于升级和重用，具有很强的可移植性。可以模拟使用Quartus6.0设计的出租车计价器的VHDL代码，并在FPGA数字实验系统中控制该代码。关键字：FPGA、VHDL、Quartus、出租车计价器设计of taxi meter based on FPGAabstract : with The rapid deve

4、lopment of EDA technology，The design and tools of electronic system have deep ply changed .and the large-scale programmable logic device CPLD/Fpga appearance to make consenience for designer。by using it to research and develop，it will help devicer to reduce cost，shortcencycle . this essay introduces

5、 a design of taxon ometer by usisthis essay mainly use the EP C2C 35 f 672c 8 for core control，And some outside circuit to make a tape Xi meter . it is designed with VHDL language anguageKey words : FPGA、VHDL、Quartus 、taxi fare registers第一章引言1.1任务背景几年来出租车产业快速增长，全国大小出租车公司增加到数千家，以出租车为基础的配件市场前景也很广阔。传统的

6、出租车计价器大部分是用单片机实现的，发展的使用也有十几年了，在稳定性、成本、制造工艺、使用习惯等方面都有优点，但在运行过程中系统不太稳定，出现了容易死机的现象。传统动力系统的不足之处：1.较长的产品更新周期：传统仪表使用微控制器，大部分功能依靠微控制器实现。但是，由于单片机的程序不常见，并且因芯片指令集的不同而不同，因此设计和开发困难，周期长。2.定价方式不灵活：每次修改定价标准都要重新烧录芯片，因此每次调整价格都很困难，很难适应社会发展的要求。此设计主要包括Altera公司的Cyclone系列芯片EPC2C35F672C8和一些外部控制电路。使用软件Quartus和超高速硬件描述语言VHDL

7、设置灵活的价格基准。FPGA在电子设计领域价格低廉，发展趋势良好，它的出现必将占据大部分数字设备市场。1.2本文的主要工作这个设计不顾出租车产业快速发展的趋势和对更高费用表灵活性的要求，想尝试一些新的方法来解决。(1)使用FPGA代替传统单片机随着数字可编程设备(如FPGA)的出现，传统电子设计无法完成的任务得以解决，使用FPGA实现出租车计价器，实现可行性高，电路简单，外围设备大大减少，使用软件完全模拟，灵活，复杂的系统设计，编译后的系统可以在其他FPGA或CPLD芯片上通用。FPGA可以完成所有数字设备的功能，使用FPGA开发数字电路可以显着缩短设计时间，减少PCB区域，提高系统的可靠性。

8、此外，FPGA的功能完全取决于用VHDL语言编写的程序，因此，它可以进一步提高产品的可替换性，而不会被特定芯片上的特殊指令束缚。(2)完成基于FPGA的出租车计价器设计出租车计价器系统是VHDL语言的实际应用，使用VHDL语言设计的出租车计价器系统实现了驾驶模块、计时模块和动态扫描模块等设计方法和技术。里程表使用计数器执行，计数器计数脉冲数并提供给程序数据。通过不同的信号，可以确认出租车是运行还是停止运行的时间。然后，将数据发送到开单模块，根据各种条件进行判断，确定输出值，合计最终成本并显示。第二章FPGA，VHDL简介2.1 FPGA状态和发展FPGA是Field Programmable

9、Gate Array(现场可编程网关阵列)的缩写。基于可编程设备(例如PAL、GAL、CPLD)的更先进的产品。作为专用集成电路(ASIC)领域的半自定义电路出现，解决了自定义电路的不足，克服了原始可编程设备门电路数量的限制。FPGA来自美国的Xilinx，1985年推出了世界上第一个FPGA芯片。在过去的20年中，FPGA的硬件体系结构和软件开发工具不断改进和成熟。从最初的1200个可用门发展到90年代数十万个可用门到现在数百万个最万门的单芯片FPGA芯片，Xilinx、Altera等世界顶级供应商已经将FPGA设备的强度提高到了一个新的高度。FPGA将微电子技术、电路技术和EDA技术相结合

10、，以帮助设计人员集中设计所需的逻辑功能，缩短设计周期并提高设计质量。目前世界上有10多家企业生产CPLD/FPGA，最重要的是Altera、Xilinx、Lattice和Actel。Actel生产的FPGA广泛用于通信等领域，该公司的某些FPGA系列采用了可应用于航空航天、军事领域的繁荣死人结构。其他FPGA是用闪存工艺制造的。Xilinx目前有8个FPGA DSP。其中Sparten-3A DSP是低端产品，高端Virtex-DSP分为两个产品线：采用65纳米制程Virtex-5 SXT的Virtex-4 SX。因此，Xilinx产品提供了21到352个GMAC/s(千兆乘以/秒)的不同性能

11、范围，同时增加了存储带宽。因此，最慢的产品可以运行到250MHz，550MHz通知产品运行到；MAC单元的范围为84到640。Altera的高密度Stratix设备扩展了FPGA的DSP性能。内置DPS模块在550Hz下运行，这些设备将良好的逻辑结构与速度优化互连相结合，提供每秒492千兆位乘法(GMAC)的性能。Stratix设备是硬拷贝结构化ASIC，可与针脚完全兼容，以确保客户的设计功能没有变化。Altera的下一代结构化ASIC芯片与多达220万个ASIC语句相同，DSP模块集成了超过8Mbits的内部存储，相当于额外的140万个语句。2.2 FPGA结构和特性2.2.1 FPGA基本

12、结构目前生产FPGA的主要供应商为Altera、Xilinx、Lattice、Actel，并生产各种FPGA品种和型号。这些FPGA的群组结构和性能指标具有各自的特性，但是它们的共同点是逻辑功能块排列在一起，并将这些逻辑功能块链接到可编程互连资源，以实现不同的设计。典型的FPGA通常包含三种基本资源：可编程逻辑功能块、可编程输入/输出块和可编程互连资源，如图2-1所示。图2-1 FPGA基本结构2.2.2 FPGA的特性FPGA使用lookup table(LUT)结构，这是可编程的最小逻辑结构单元。大多数FPGA使用基于SRAM的查找表逻辑来配置逻辑函数生成器的静态随机内存(SRAM)。n输

13、入查找表(LUT)实现了n输入变量的所有逻辑功能。目前市场上有三种基本的FPGA编程技术：SRAM、保险丝和闪存。SRAM是应用最广泛的体系结构，速度快，可重新编程，并且一次性编程(OTP)功能只能通过FPGA使用一次。基于flash的FPGA是FPGA领域中比较新的技术，还提供了重新编程功能。2.3 VHDL设计优势使用VHDL语言设计数字逻辑硬件系统有很多优点。1.VHDL可用于说明逻辑设计中有几个子逻辑，以及这些子逻辑如何连接在一起。2.VHDL不太在意特定逻辑由什么电路实现。设计师主要集中在电路能做的功能上。3.VHDL称为行为描述语言，因为硬件行为的描述采用与高级语言类似的语句格式。

14、4.VHDL提供了逻辑的模拟和调试，为设计人员提供了最大空间，使他们无需编写测试向量即可执行源代码级别的调试。5.设计者可以很容易地比较各种方案的可行性和优劣，大大减少了设计的困难。设计者的原始说明是通过EDA工具处理最终生成的电路说明或布局参数说明的工艺文件的非常简洁的硬件说明。6.VHDL语言具有良好的可读性，VHDL语言的设计尸体、包装和设计库为设计者提供了重新使用他人设计结果的技术手段。第三章出租车计价器设计3.1出租车计价器总体设计3.1.1出租车索赔标准开始收取汽车启动费用，起价3.00元，汽车在3公里以内出发，只接受起价。车超过3公里的话，每公里2元，车费按顺序合计。总费用达40

15、元或超过40元，每公里收费4元。如果红灯亮了，或者客户需要等待停车，将根据时间收费，开单费率每20秒收费一元。3.1.2总体框架设计系统过程简介：分析系统设计要求，容易发现整个出租车计费系统按功能划分为速度模块、调度模块、计时模块和计费模块，如图3-1所示。图3-1出租车计价器系统结构系统接收到重置信号后，总成本为3元，其他计数器、寄存器等全部清除为零。系统收到start信号后，首先将值分配给部分寄存器，总成本不变，单价寄存器通过对总成本的判断分配为2元。其他寄存器和计数器等继续保持为0。速度模块：通过对速度信号sp的判断确定变量kinside的值。Kinside是移动100m所需的时钟周期数，每次移动10