【正文】 ...............................................................11 ..............................................................................................................................11 致謝 ............................................................................................................................................11 參考文獻 .....................................................................................................................................11 摘要 :為了使出租車計費系統(tǒng)設(shè)計成本降低、計費準(zhǔn)，本文介紹了一種采用 CPLD 芯片進行出租車計費器的設(shè)計方法，描述了該課題的研究意義和應(yīng)用價值；敘述了 CPLD 結(jié) 構(gòu)原理及其主要運用；介紹了超高速集成電路硬件描述語言的設(shè)計和主要功能。本文主要應(yīng)用可編程邏輯芯片 EPM7128S 為核心控制，附加一定外電路組成出租車計費器系統(tǒng)，使用具有移植性強的特點，便于升級及可重復(fù)使用的 VHDL 語言進行設(shè)計。 關(guān)鍵字 :CPLD,VHDL,出租車計費器 Abstract: In order to reduce design cost taxi billing system, accounting standard, this paper introduces a CPLD chip taxi meter design method, described the research significance and application value。 the CPLD structure principle and its main application。 introduces the ultra high speed integrated circuit hardware description language is designed and the main functions. In this paper, the main application of the programmable logic chip EPM7128S as the core control, some additional external circuit taxi meter system, with the use of transplantation and strong features, easy to upgrade and repeated use of VHDL language design Key Words: CPLD, VHDL, Taxi fare Registers 1 課題背景 隨著城市的發(fā)展，出租車行業(yè)發(fā)展迅速，出租車的附屬品也應(yīng)運而生。傳統(tǒng)的出租車計費器大多是由單片機實現(xiàn)的，出租車計價器在最初使用時具備的主要功能是根據(jù) 行駛里程計價，要求精度高，可靠性好?？梢哉f，早期的計價器就是個里程表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計價器。它采用了手搖計算機與機械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了半機械半電子化。此時它在計程的同時還可完成計價的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn) 生了第三代計價器，也就是全電子化的計價器。 出租車行業(yè)以低價高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來了出行的享受。但是總存在著買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計價器。用更加精良的計價器來為乘客提供更加方便快捷的服務(wù)。計價器作為出租車的一個重要組成部分，關(guān)系著出租車司機和乘客雙方利益，起著重要的作用，因此，具有良好性能的計價器對廣大出租車司機朋友來說是很必要的。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢 目前市場上使用的出租車計費器主要采用的都是利用 89C51單片機實現(xiàn)的計費器設(shè)計，顯示方式上主要采用 的是固定顯示內(nèi)容的 LED 顯示 [1]。社會的發(fā)展對傳統(tǒng)的出租車計費器提出了更高的要求 [2]。近年來，各大城市都在對出租車價格進行調(diào)整，由于數(shù)量太多，很多城市的調(diào)價甚至需要一個月時間才能完成，經(jīng)常會同一時間出現(xiàn)幾個價格，有的城市出租車上還會出現(xiàn)司機人工計價的尷尬情形。這些都暴露了傳統(tǒng)計費器靈活性和升級換代能力的不足 [3]。 此次選做的畢業(yè)課題是“基于 CPLD 的租出車計費器”，利用現(xiàn)在已經(jīng)很成熟的可編程邏輯器件來實現(xiàn)這一計費系統(tǒng)，相對用 51 單片而言，會比較簡單，這也同樣體現(xiàn)出EDA 技術(shù)上的優(yōu)勢 [4]。其最突出的地 方表現(xiàn)在最具現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)特征的功能是日益強大的邏輯設(shè)計仿真測試技術(shù)。 本文的主要工作 利用 VHDL(VeryHighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language)語言設(shè)計出來的出租車計費器系統(tǒng)將實現(xiàn)計程模塊、計時模塊以及動態(tài)掃描模塊等設(shè)計方法與技巧。計程模塊將用計數(shù)器來完成，計數(shù)器對脈沖數(shù)計數(shù)，然后提供給程序數(shù)據(jù)。通過不同的信號，用比較器可以讓我們確定出租車是在車行計程還是車停計時。再將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬞M模塊，通過多種條件判定，最后確定 輸出值，然后相加確定最后的費用，并顯示出來。 、 VHDL 介紹 CPLD 現(xiàn)狀及發(fā)展 2 20 世紀(jì) 70 年代，最早的 可編程邏輯器件 —— PLD 誕生了。其輸出結(jié)構(gòu)是可編程的邏輯 宏單元 ，因為它的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計可由 軟件 完成，因而它的設(shè)計比純硬件的數(shù)字電路具有很強的靈活性，但其過于簡單的結(jié)構(gòu)也使它們只能實現(xiàn)規(guī)模較小的電路。為彌補 PLD只能設(shè)計小規(guī)模電路這一缺陷，推出了復(fù)雜 可編程邏輯器件 —— CPLD。目前應(yīng)用已深入網(wǎng)絡(luò)、 儀器儀表 、汽車電子、 數(shù)控機床 、 航天 測控設(shè)備等方面 。 [7] CPLD 的結(jié)構(gòu)與特點 CPLD 主要是由可編程邏輯 宏單元 圍繞中心的可編程互連 矩陣 單元組成。其中 MC結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并具有復(fù)雜的 I/O 單元互連結(jié)構(gòu)，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結(jié)構(gòu)，完成一定的功能。由于 CPLD 內(nèi)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設(shè)計的邏輯電路具有時間可預(yù)測性，避免了分段式互連結(jié)構(gòu)時序不完全預(yù)測的缺點。 CPLD 基本結(jié)構(gòu) 經(jīng)過幾十 年的發(fā)展，許多公司都開發(fā)出了 CPLD 可編程邏輯器件 。 PLD 的總體結(jié)構(gòu)（以MAX7000 為例，其他型號的結(jié)構(gòu)與此都非常相似 見圖 21） : 圖 21 CPLD 基本結(jié)構(gòu) CPLD 的特點 3 Speed 模塊 Time 模塊 Kilometers 模塊 Kmmoney 模塊 總費用 總里程 Reset Sp Start CPLD 具有 編程 靈活 、集成度高、設(shè)計開發(fā)周期短、適用范圍寬、開發(fā)工具先進、設(shè)計制造成本低、對設(shè)計者的硬件經(jīng)驗要求低、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、保密性強、價格大眾化等特點，可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路設(shè)計，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的 原型設(shè)計 和產(chǎn)品生產(chǎn) (一般在 10,000 件以下 )之中。幾乎所有應(yīng)用中小規(guī)模通用 數(shù)字集成電路 的場合均可應(yīng)用 CPLD 器件。 CPLD 器件已成為電子產(chǎn)品不可缺少的組成部分，它的設(shè)計和應(yīng)用成為電子工程師必備的一種技能。 VHDL 設(shè)計優(yōu)點 第一，它是可以用來描述邏輯設(shè)計的結(jié)構(gòu)，比如邏輯設(shè)計中有多少個子邏輯，而這些子邏輯又是如何連接的。除此之外， VHDL 并不十分關(guān)心一個具體邏輯依靠何種方式實現(xiàn)，而是把開發(fā)者的精力集中到邏輯所實現(xiàn)的功能上。 第二， VHDL 采用類似高級語言的語句格式完成對硬件行為的描述，具備更強的模塊化能力，并擁有良好的可讀性以及程序的移植性。 第三， VHDL 給出邏輯的模擬與調(diào)試為設(shè)計工作提供了最大的空間。 VHDL 調(diào)試的過程是相當(dāng)靈活的：一方面可以使用傳統(tǒng)的調(diào)試方法；另一方面，可以使用一些 VHDL 原碼調(diào)試器，這類調(diào)試器可以大大加快 VHDL 程序調(diào)試的速度 [5]。 出租車計費器的總體設(shè)計 出租車計費標(biāo)準(zhǔn) 計費標(biāo)準(zhǔn)為起步 3元，車行 3公里后為 元 /公里，當(dāng)計費達(dá)到 20元后，每公里加收 50%的車費，車停止每 3 分鐘增加 元。車費顯示出來，有一位小數(shù)。 總體框架設(shè)計 4 圖 31 出租車計 費器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 系統(tǒng)接收到 reset 信號后，總費用變?yōu)?3元，同時其他計數(shù)器、寄存器等全部清零。 系統(tǒng)接收到 start 信號后，首先把部分寄存器賦值，總費用不變，單價 price 寄存器通過對總費用的判斷后賦為 3 元。其他寄存器和計數(shù)器等繼續(xù)保持為 0。 速度模塊：通過對速度信號 sp的判斷，決定變量 kinside 的值。 Kinside 即是行進100m 所需要的時鐘周期數(shù)，然后每行進 100m，則產(chǎn)生一個脈沖 clkout。 計程模塊：由于一個 clkout 信號代表行進 100m，故通過對 clkout 計數(shù)，可以獲得共行進的距離 kmcount。 計時模塊：在汽車啟動后，當(dāng)遇到顧