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正文內(nèi)容

基于cpldfpga的出租車計費器(編輯修改稿)

2025-12-23 22:05 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 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(shè)計可以跳過這一步,只在布線完成以后,進行時序仿真) (3) 邏輯綜合: 將源文件調(diào)入邏輯綜合軟件進行綜合,即把語言綜合成最簡的布爾表達式。邏輯綜合軟件 會生成 .edf 或 .edif 的 EDA 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件。 (4) 布局布線: 將 .edf 文件調(diào)入 PLD 廠家提供的軟件中進行布線,即把設(shè)計好的邏輯安放 PLD/FPGA內(nèi)。 (5) 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) 通常以上過程可以都在 PLD/FPGA 廠家提供的開發(fā)工具。 (6) 器件編程 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 5 二 系統(tǒng)的設(shè)計流程 設(shè)計要求 本文擬設(shè)計一個出租車計費系統(tǒng)。其功能要求如下: 計費標(biāo)準(zhǔn)為起步 3 元,車行 3公里后為 /公里,當(dāng)計費達到 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)。 設(shè)計規(guī)劃 設(shè)計的關(guān)鍵在于計價 block 的設(shè)計。 計價 block 可用組合邏輯去構(gòu)建,也可用時序邏輯去構(gòu)建。 組合邏輯:公里和時間作為輸入,價格為輸出。由于是跳檔方式計價,公里與時間的組合與價格是多對一的關(guān)系,實際上本質(zhì)是一個二元函數(shù),通過譯碼器實現(xiàn)比較困難。 時序邏輯:讓里程的檔與檔之間變換的時刻產(chǎn)生脈沖,讓等待時間每滿 3分鐘產(chǎn)生一個脈沖,計價 block 的輸入端為脈沖,每來一個脈沖,輸出價格狀態(tài)變一次,可實現(xiàn)設(shè)計。 根據(jù)上面的分析,選擇 時序方式實現(xiàn)。那么,工程可分為三部分:里程,等待時間,計價。 系統(tǒng)的原理圖 圖 23 系統(tǒng)框圖 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。 Speed模塊 Time模塊 Kilometers 模塊 Kmmoney 模塊 總費用 總里程 Reset Sp Start 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 6 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)遇到顧客等人或紅燈時,出租車采用計時收費的方式。通過對速度信號 sp 的判斷決定是否開始記錄時間。當(dāng) sp=0 時,開始記錄時間。當(dāng)時間達到足夠長時產(chǎn)生 timecount 脈沖,并重新計時。一個 timecount 脈沖相當(dāng)于等待的時間達到了時間計費的長度。 計費模塊 : 由兩個進程組成。其中,一個進程根據(jù)條件對 enable 和 price 賦值 ,當(dāng)記錄的距離達到 3公里后 enable 變?yōu)?1,開始進行每公里收費,當(dāng)總費用大于 20元后,則單價 price 由原來的 ;第二個進程在每個時鐘周期判斷timeout 和 clkout 的值。當(dāng)其為 1時,則在總費用上加上相應(yīng)的費用。 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 7 三 系統(tǒng)模塊設(shè)計 根據(jù)以上分析,本系統(tǒng)主要包含以下模塊: 速度模塊 速度模塊首先根據(jù) start信號判斷是否開始計費,然后根據(jù)輸入的速度檔位 sp的判斷,確定行駛 100m 所需要的時鐘數(shù),每前進 100m,輸出一個 clkout 信號。同時由 t對 clk進行計 數(shù),當(dāng) t等于 kinside 時,把 clkout 信號置 1, t 清 0。 VHDL 語言程序見附錄,模塊原件符號如下。 圖 31 速度模塊 計程模塊 此模塊主要用于記錄行進的距離。通過對 clkout 信號的計數(shù),可以計算行駛的距離kmcount。一個 clkout 脈沖相當(dāng)于行進 100m 所以只要記錄 clkout 的脈沖數(shù)目即可確定共行進的距離。 Kmcount1 為十分位, kmcount2 為個位, kmcount3 為十位,分別為十進制數(shù)。VHDL 語言程序見附錄,模塊原件符號如下。 圖 32 計程模塊 計時模塊 該 模塊主要用于計時收費,記錄計程車速度為 0的時間(如等待紅燈) 。通過對 sp信號的判斷,當(dāng) sp=0,開始記錄時間。當(dāng)時間達到足夠長時,產(chǎn)生 timecount 脈沖,并重新計時。 VHDL 語言程序見附錄,模塊原件符號如下。 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 8 圖 33 計時 模塊 計費模塊 計費模塊可分為 kmmoney1 和 kmmoney2 兩個進程。 計費模塊 Kmmoney1 用于產(chǎn)生 enable 和 price 信號。當(dāng)記錄距離達到 3km 后, enable信號為 1,開始進行每公里收費。當(dāng)總費用大于 20 元后,單價 price 由原來的 元變成 元,用作計時收費。通過對 sp 信號的判斷,當(dāng) sp=0,開始記錄時間。當(dāng)時間達到足夠長時,產(chǎn)生 timecount 脈沖,并重新計時。 計費模塊 Kmmoney2 用于判斷 timecount 和 clkout 的值,當(dāng)其為 1時,總費用加 1。最終輸出為總費用。 VHDL 語言程序見附錄,模塊原件符號如下。 圖 34 計費模塊 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 9 四 系統(tǒng)仿真 將各個功能模塊的 VHDL 語言程序輸入到 Quartus Ⅱ進行仿真,得到的仿真波形圖如下: 速度模塊仿真 速度模塊的仿真波形圖如圖 41所示。該模塊根據(jù)出租車所 處的運行狀態(tài)和不同的形式速度,對相應(yīng)數(shù)目的時鐘周期進行計數(shù),車每行駛 100m 時輸出信號 clkout 輸出高電平。 圖 41 速度模塊仿真波形圖 計程模塊仿真 計程模塊的仿真波形如圖 42所示。圖中,當(dāng) reset 信號有效時,系統(tǒng)復(fù)位清零;否則,對輸入信號 clkout 進行十進制計數(shù)。 圖 42 計程模塊仿真波形圖 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 10 計時模塊仿真 計時模塊的仿真波形圖如圖 43所示。預(yù)設(shè) 9000 個時鐘周期為 180s,對時鐘周期進行計數(shù),每計 9000 個時鐘周期輸出高電平,指示計時 180 秒。 圖 43 計時模塊仿真波形圖 計費模塊仿真 計費模塊的仿真波形圖如圖 44所示。當(dāng) reset 信號有效時,系統(tǒng)復(fù)位清零;否則,當(dāng)計時計費信號 timecount 和計程計費信號 clkout 為高電平時,按照一定計費規(guī)則進行計費。 圖 44 計費模塊仿真功能圖 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 11 系統(tǒng)電路及 仿真 系統(tǒng)頂層電路的設(shè)計既可以采用原理圖的輸入法,也可以使用文本( VHDL 語言程序)輸入法。本出租車計費系統(tǒng)的 VHDL 語言程序見附錄。由各個模塊電路元件連接而成的系統(tǒng)電路圖如圖 , clk 為時 鐘周期信號, start/stop 是啟動停止按鍵電路, reset 為自動清零電路。 圖 45 系統(tǒng) 電路圖 在 Quartus Ⅱ 中 對 系統(tǒng) 進行仿真 ,得出如下仿真波形圖 46。 由圖中可以看出 ,當(dāng)復(fù)位信號 reset 為高電平時,系統(tǒng)所有寄存器、計數(shù)器都清零;當(dāng)開始計費信號 start 信號有效時,計費器開始計費,根據(jù)出租車行駛的速度 sp的取值計算所用花費和行駛里程;當(dāng)停止計費信號有效時,計費器停止工作 。 圖 46 系統(tǒng)仿真波形圖 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 12 論文總結(jié) 畢業(yè)論文是學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合 的機會,通過這次設(shè)計,我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài),和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識,提高了編程設(shè)計的能力。而且通過對整體的掌控,對局部的取舍,以及對細節(jié)的斟酌處理,都使我的設(shè)計能力得到了鍛煉,經(jīng)驗得到了豐富,并且意志品質(zhì)力,抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在 。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多,過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件,各種模塊的選用標(biāo)準(zhǔn),各種設(shè)計方案的合理選擇,我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。和老 師的溝通交流更使我從其他的角度對 EDA 設(shè)計有了新的認識,也對自己提出了新的要求 。 提高是有限的但提高也是全面的,正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗,使我的頭腦更好的被知識武裝了起來,也必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力,更強的溝通力和理解力。 合肥師范學(xué)院 2020屆本科生畢業(yè)論文(設(shè)計) 13 參考文獻 [1] 馮占嶺 .數(shù)字電壓表及數(shù)字多用表檢測技術(shù) [M].北京: 中國計量出版社 , 2020, 247. [2] ALTERA 公司 .VDHL 語言 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 , 1998, 91103. [3] 宋萬杰 ,羅豐 ,吳順君 .CPLD 技術(shù)應(yīng)用及其應(yīng)用 [M].西安 : 電子 科技
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