基于FPGA的出租车计费器

目录摘要.....................................................................1Abstract.................................................................1第一章引言..............................................................21.1课题背景..........................................................21.2本文的主要工作....................................................2第二章FPGA、VHDL介绍....................................................42.1FPGA现状及发展...................................................42.2FPGA的结构与特点.................................................42.2.1FPGA基本结构................................................52.2.2FPGA的特点..................................................62.3VHDL设计优点.....................................................6第三章出租车计费器的设计................................................73.1出租车计费器的总体设计............................................73.1.1出租车计费标准...............................................73.1.2总体框架设计................................................73.2出租车计费器主要模块设计..........................................83.2.1速度模块....................................................93.2.2计程模块....................................................93.2.3计时模块...................................................103.2.4计费模块...................................................10第四章整体电路设计.....................................................114.1整体电路图.......................................................114.2电源电路.........................................................114.3启动/停止按键电路................................................114.4自动清零部分.....................................................12第五章系统仿真与下载实现...............................................135.1QuartusⅡ软件介绍................................................135.1.1软件特点....................................................135.1.2QuartusⅡ设计流程：........................................145.2仿真结果.........................................................145.2.1整体仿真....................................................145.2.2速度模块仿真................................................155.2.3计程模块仿真................................................155.2.4计时模块仿真................................................165.2.5计费模块仿真...............................................165.3设计测试.........................................................17第六章总结及展望.......................................................18·致谢..................................................................19·主要参考文献..........................................................19湖南人文科技学院毕业论文（设计）1基于FPGA的出租车计费器设计摘要:随着EDA技术的高速发展，电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA的出现，给设计人员带来了很多方便。利用它进行产品开发，可以降低研发成本，缩短研发周期。本文介绍了一种采用FPGA芯片进行出租车计费器的设计方法，描述了研究该课题的意义和应用价值；说明了Altera公司的FPGA结构原理及其主要运用；介绍了超高速集成电路硬件描述语言的主要功能和设计；讲解了出租车计费器的系统原理和功能。本文主要采用了Altera公司的可编程逻辑芯片EPC2C35F672C8为核心控制，并附加一定外围电路组成出租车计费器，使用目前流行的VHDL语言进行设计，具有移植性强的特点，便于升级及可重复使用。利用QuartusⅡ6.0对所设计的出租车计费器的VHDL代码进行仿真，并在FPGA数字实验系统上实现了该控制。关键字：FPGA,VHDL,QuartusⅡ，出租车计费器DesignofTaxiMeterBasedonFPGAABSTRACT:WiththerapiddevelopmentofEDAtechnology,thedesignandtoolsofelectronicsystemhavedeeplychanged.Andthelarge-scaleprogrammablelogicdeviceCPLD/FPGAappearancetomakeconveniencefordesigner.Byusingittoresearchanddevelop,itwillhelpdevisertoreducecost,shortencycle.ThisessayintroducesadesignoftaximeterbyusingFPGAchip,describesthesignificanceandimportancetoresearchthis,explainmakeupelementsofFPGAwhichismadebyAlteraCompany,introducethemainfunctionanddesignofVery-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,interpretthetaximeterprincipleandfunctionsofthesystem.ThisessaymainlyusetheEPC2C35F672C8forcorecontrol,andaddsomeoutsidecircuittomakeataximeter.ItisdesignedwithVHDLLanguageanditcanbemigratedeasier.Thismaketheproductmuchmoreconveniencetorepeatuse.ByusingQuartusⅡ6.0toemulatetaximeterVHDLcode,thePFGAdigitalexperimentsystemcanbecontrolled.KeyWords:FPGA,VHDL,QuartusⅡ,TaxifareRegisters湖南人文科技学院毕业论文（设计）2第一章引言1.1课题背景几年来，出租车行业发展迅速，全国大大小小的出租车公司已有数千家，基于出租车的附属品市场前景也是十分广阔。传统的出租车计费器大多是由单片机实现的，发展使用也是十几年了，在稳定性、成本、制造工艺、使用习惯等方面都具有一些优势，但在运营过程中系统不是很稳定，容易造成死机的现象。传统计费器的不足点：1.产品更新周期长：传统的计费器利用微控器，大部分功能依靠单片机实现。但单片机的程序不通用，不同芯片指令集不相同，因此设计研发比较困难，周期很长。2.计价方式不灵活：每次计价标准修改都需要重新烧录芯片，使得每次价格调整都成为很费力的事情，很难适应社会发展的需要。本设计基于FPGA的出租车计费器主要由Altera公司的CycloneⅡ型系列芯片EPC2C35F672C8及一些外部控制电路组成。使用软件QuartusⅡ和超高速硬件描述语言VHDL来实现计价标准灵活设定。FPGA在电子设计领域中价格低廉，有良好的发展趋势，它的出现必定会占领大部分数字器件市场。1.2本文的主要工作面对出租车行业日益迅猛的发展趋势及对计费器更高的灵活性的要求，本设计希望尝试一些新的方法来予以解决。(1).利用FPGA取代传统微控器随着FPGA等数字可编程器件的出现解决了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，可行性很高，而且电路简单，大大减少外围器件，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。FPGA能完成任何数字器件的功能，使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。同时由于FPGA的功能完全湖南人文科技学院毕业论文（设计）3取决于VHDL语言编写的程序，不拘泥于某种芯片的特殊指令，更加提高了产品的更新换代能力。(2).完成基于FPGA的出租车计费器的设计出租车计费器系统是VHDL语言的实际应用，利用VHDL语言设计出来的出租车计费器系统将实现计程模块、计时模块以及动态扫描模块等设计方法与技巧。计程模块将用计数器来完成，计数器对脉冲数计数，然后提供给程序数据。通过不同的信号，然后用比较器可以让我们确定出租车是在车行计程还是车停计时。再将数据传输到计费模块，通过多种条件判定，最后确定输出值，然后相加确定最后的费用，并显示出来。湖南人文科技学院毕业论文（设计）4第二章FPGA、VHDL介绍2.1FPGA现状及发展FPGA是现场可编程门阵列(FieldProgrammableGateArray)的简称。它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既