【正文】 車計價器的功能從剛開始的只顯示路程，到能夠自主計費，以及現(xiàn)在的能夠打發(fā)票和語音提示、按時間自主變更單價等功能。 由于現(xiàn)場可編程邏輯陣列 FPGA 具有開發(fā)簡單、靜態(tài)可重復編程和動態(tài)再系統(tǒng)編程等特點，已經(jīng)成為當今應用最廣泛的可編程專用集成電路之一。該系統(tǒng)在不改變硬件電路的前提下，具有可以重構(gòu)系統(tǒng)的功能；采用完全相同電路結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)各地區(qū)的要求在 VHDL程序中設置各參數(shù)，就可以適應各地區(qū)出租車不同計費標準的需要，還可以根據(jù)各地區(qū)需求增加其他功能。 當計費系統(tǒng)在各大、中城市出租車中使用越來越廣泛，用戶對計費器的要求也越來越高。 24 致 謝 23 完善 18 第 4 章 硬件環(huán)境及調(diào)試過程 17 頂層模塊 14 分頻模塊仿真 13 控制電路頂層例化模塊仿真 10 計程模塊仿真 8 速度模塊 7 設計任務 2 第 2 章 實現(xiàn)工具簡介 1 設計研究的相關背景 文章首先簡述了出租車控制系統(tǒng)的意義和發(fā)展現(xiàn)狀以及 VHDL語言的特點，然后介紹了出租車控系統(tǒng)的設計要求，設計思路，并給出了總體設計框圖，通過分析方框圖繪出詳細的模塊電路流程圖并寫出程序源代碼，將代碼在 Quartus II軟件上進行編譯仿真，波形基本符合設計要求。出租車計價器的功能從剛開始的只顯示路程，發(fā)展 到能夠自主計費，以及現(xiàn)在的能夠打發(fā)票和語音提示、按時間自主變動單價等。 當總費用達到或超過 40 元時，每 km收費 4 元。該電路系統(tǒng)能夠模擬實際出租汽車的 行駛、停止、暫停 等狀態(tài)， 并根據(jù)不同狀態(tài)進行計費。常用的硬件描述語言有 ABEL、 VHDL 語言等，其中 VHDL 語言是一種行為描述語言，其編程結(jié)構(gòu)類似于計算機中的 C 語言，在描述復雜邏輯設計時，非常簡潔，具有很強的邏輯描述和仿真能力，是未來硬件設計語言的主流。 理想的可編程邏輯開發(fā)系統(tǒng)能符合大量的設計要求：它能支持不同結(jié)構(gòu)的器件。 從國內(nèi)外的各種研究方法來看，實現(xiàn)出租車計費系統(tǒng)總共有三種方案。 二、國內(nèi)外研究狀況 我國在 70 年代開始出現(xiàn)出租車，但那時的計時系統(tǒng)大都是國外 進口，不但不夠準確，價格還十分昂貴。不同國家和地區(qū)的收費方式存在差異，即使在同一地區(qū)，不同車型的出租車其收費方式也有差別，而且出租車還面臨幾年一次的調(diào)價或調(diào)整收費方式等問題。一種功能完備、簡單易用、計量準確的出租車計價器是加強出租車行業(yè)管理、提高服務質(zhì)量的必備品 。 關于 c yclone 系列相關 FPGA 開發(fā)文檔。 使用說明書撰寫。硬件部分主要完成 出租車計費系統(tǒng) 設計需要的 FPGA 芯片及外圍顯示 和 撥檔開關 控制電路設計。軟件部分由主控器 EP1C12 控制完成，通過 VHDL 語言完成 出租車計費系統(tǒng) 的整個程序設計。 論文正文不少于 1 萬字，查閱文獻資料不少于 10 篇，其中外文文獻 2 篇以上，翻譯與課題有關的外文資料不少于 3000 漢字。 EP1C12Q240C8 芯片的使用手冊和接口電路。 當計費系統(tǒng)在各大、中城市出租車中使用越來越廣泛，用戶對計費器的要求也越來越高。 出租車計價系統(tǒng)較多的是利用單片機進行控制，但較易被私自改裝，且故障率相對較高，且不易升級；而 FPGA 具有高密度、可編程及有強大的軟件支持等特點，所以 設計的產(chǎn)品具有功能強、可靠性高、易于修改等特點。隨著改革開放日益深入，出租車行業(yè)的發(fā)展勢頭已十分突出，國內(nèi)各機械廠家紛紛推出國產(chǎn)計價器。利用大規(guī)模的數(shù)字邏輯器件來實現(xiàn)，利用 89C51 實現(xiàn)，利 用 CPLD/FPGA 來實現(xiàn)。在多種平臺運行，提供易于使用的界面，并且有廣泛的特征。 三、研究方案 整個出租車計費系統(tǒng)大致可以分為控制電路模塊、分頻模塊和掃描顯示模塊，其中控制電路模塊包括速度 模塊、 計程 模塊、計 時 模塊、 計費 模塊， 掃描顯示模 塊包括模 8 計數(shù)器模塊、 8 選 1 選擇器模塊、七段數(shù)碼管顯示模塊。 以 十進制 顯示 出租車行駛路程與車費 。 當遇到紅燈 或遇 客戶需要停車等待 時 ，則按時間計費，計費單價為 每 20s 收費 1元。隨著城市旅游業(yè)的發(fā)展，出租車行業(yè)已成為城市的窗口，象征著一個城市的文明程度。 關鍵字 ： 出租車計費器 VHDL語言 Quartus II Abstract China began to appear in the 1970s, but then the taxi billing system mostly imported not only accurate, the price also is very expensive. Along with the reform and openingup, the taxi industry development momentum has a very prominent, the domestic various machinery manufacturers have domestic meter. The meter taxi from the beginning of the function to display only the driver himself away, pricing, and are able to independently rounding billing, and now can play an invoice and audio, according to time independent functions such as price changes. Along with the development of urban tourism industry has bee a city, taxi window, a symbol of a city39。 1 設計研究的意 義 4 第 3 章 系統(tǒng)軟件設計 7 模塊的劃分 11 計費模塊 12 計費模塊仿真 13 分頻模塊 15 8 選 1 選擇器模塊 17 七段數(shù)碼管顯示模塊仿真 19 芯片介紹 44 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒 論 設計研究的相 關 背景 在我國社會經(jīng)濟發(fā)展的今天， 隨著城市化水平的提高和人民生活水平的改善， 各大中小城市的出租車營運事業(yè)也迅速發(fā)展， 出租車的服務顯得越來越重要 。以出租車多功能計費器為例 ，用戶不僅要求計費器性能穩(wěn)定，計費準確，有防作弊功能 ； 同時還要求其具有車票打印、語音報話識別、電腦串行通信及稅控等功能 ； 不同國家和地區(qū)的收費方式存在差異，即使在同一地區(qū)，不同車型的出租車其收費方式也有差別，而且出租車還面臨幾年一次的調(diào)價或調(diào)整收費方式等問題。 設計研究的 意義 隨著我國市場經(jīng)濟的發(fā)展，交通也越來越便利，特別是出租車，以快捷、方便的特點早已盛行各個城市，成為城市交通的重要工具。隨著微電子技術的石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 2 迅猛發(fā)展，速度更快、集成度更高的 FPGA 不斷出現(xiàn)，芯片上包含的資源也越來越豐富，可實現(xiàn)的功能越來越強，這使得 FPGA 在電子電路設計中扮演的角色越來越重要。在國外，現(xiàn)在各大中城市出租車行業(yè)都已普及自動計價器，所以計價器技術的發(fā)展已成定局，而部分小城市尚未普及，但隨著城市建設日益加快，計價器的普及也是毫無疑問的。目前，業(yè)界大量可編程邏輯器件，尤其是現(xiàn)場可編程器件被大量地應用在集成電路的制作當中。而語言描述可以精確和簡練地表示電路的邏輯功能，現(xiàn)在可編程器件的設計過程中廣泛使用。 FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array） 這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block） 、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block） 和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個部分。 FPGA 是 ASIC 電路中設計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件之一。 FPGA 是由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來設置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的 RAM 進行編程。 FPGA 的編程無須專用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM編程器即可。 FPGA 有多種配置模式：并行主模式為一片 FPGA 加一片 EPROM 的方式；主從模式可以支持一片 PROM編程多 片 FPGA；串行模式可以采用串行 PROM編程 FPGA；外設模式可以將 FPGA 作為微處理器的外設，由微處理器對其編程。 添加文件，包括最頂層的設計實體文件以及一些額外的電路模塊描述文件或定制的功能庫。 硬件描述語言 VHDL 簡介 VHDL 全名 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language(超高速集成電路硬件描述語言 ),誕生于 1982 年。 1993 年， IEEE 對 VHDL 進行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴展 VHDL 的內(nèi)容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設計 5 準的 10761993 版本 （簡稱 93 版）。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。 VHDL 語言能夠成為標準化的硬件描述語言并獲得廣泛應用 ， 它自 身必然具有很多其他硬件描述語言所不具備的優(yōu)點。 VHDL 語言設計方法靈活多樣 ， 既支持自頂向下的設計方式 ， 也支持自底向上的設計方法 ； 既支持模塊化設計方法 ， 也支持層次化設計方法。 VHDL 語言既支持標準定義的數(shù)據(jù)類型 ， 也支持用戶定義的數(shù)據(jù)類型 ， 這樣便會給硬件描述帶來較大的自由度。當硬件電路的設計描述完成以后 ， VHDL 語言允許采用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。 由于 VHDL語言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標準硬件描述語言 ， 因此它可以使設計成果在設計人員之間方便地進行交流和共享 ， 從而減小硬件電路設計的工作量 ， 縮短開發(fā)周期 [7]。 功能仿真：將文件調(diào)入 HDL 仿真軟件進行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確也叫前仿真，對簡單的設計可以跳過這一步，只在布線完成以后，進行時序仿真 [8]。 時序仿真：需要利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)，用仿真軟件驗證電路的時序（也叫后仿真）。該項目主要由硬件電路設計和軟件控制兩部分 組成?？梢?模擬實際出租汽車的行駛、停止、暫停等狀態(tài)，并根據(jù)不同狀態(tài)進行計費。 方案的確 定及功能分析： 根據(jù)方案一與方案二的對比 ，方案一不能實現(xiàn)此次設計的所有功能， 最終 選擇方案二作為本次設計方案。 （ 3） 當遇到紅燈或遇客戶需要停車等待時，則按時間計費，計費單價為每 20s收費 1元。顯示部分由外圍設備數(shù)碼管實現(xiàn)，顯示出租車行駛路程和計費。 kinside 即是進行 100m 所需要的時鐘周期數(shù)，然后每行進 100m，則輸出一個 clkout 脈沖信號。 計程模塊 此模塊主要用于記錄行進的距離 。 計程模塊仿真 使用 Quartus II 對計程模塊進行功能仿真 ， 如圖 3