【正文】 紹了整個系統(tǒng)和各個模塊的設(shè)計，使用 CPLD 芯片、 VHDL 硬件描述語言作為設(shè)計手段，利用自頂向下的模塊化設(shè)計思路，通過在 QuartusⅡ軟件下進(jìn)行的模擬仿真，并進(jìn)行相應(yīng)的硬件下載調(diào)試，證明所設(shè)計的系統(tǒng)完成了出租車計費器的功能，各項技術(shù)指標(biāo)符合預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)，具有一定實用性。該數(shù)字實現(xiàn)系統(tǒng)分成兩部分，一是 FPGA 的下載板，它主要包括所使用的芯片、 RS232 接頭、接腳轉(zhuǎn)換插槽等；另一部分是 I/O實驗板，它主要包括顯示、脈沖輸出等。 圖 55 計費模塊仿真功能圖 綜上所述，本設(shè)計的出租車計費器完全符合系統(tǒng)設(shè)計的要求，實現(xiàn)了出租車計費器所需的各項基本功能。 圖 54 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 55 所示。 10 圖 53 計程模塊仿真波形圖 計時模塊仿真 計時模塊的仿真波形圖如圖 54 所示。 圖 52 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 53 所示。 9 圖 51 出租車計費器仿真波形圖 速度模塊仿真 速度模塊的仿真波形圖如圖 52 所示。 圖 43 自動清零電路 8 QuartusⅡ軟件介紹 QuartusⅡ是 Altera 公司自行設(shè)計的一個完全集成化、易學(xué)易用的可編程邏輯設(shè)計環(huán)境，它提供了完全集成且與電路結(jié)構(gòu)無關(guān)的開發(fā)包環(huán)境，具有數(shù)字邏輯設(shè)計的全部特性，包括： 可利用原理圖、結(jié)構(gòu)框圖、 VerilogHDL、 AHDL 和 VHDL 完成電路描述，并將其保存為設(shè)計實體文件； 芯片 (電路 )平面布局連線編輯； LogicLock 增量設(shè)計方法，用戶可建立并優(yōu)化系統(tǒng) ，然后添加對原始系統(tǒng)的性能影響較小或無影響的后續(xù)模塊； 功能強大的邏輯綜合工具； 完備的電路功能仿真與時序邏輯仿真工具； 定時 /時序分析與關(guān)鍵路徑延時分析； 可使用 SignalTapⅡ邏輯分析工具進(jìn)行嵌入式的邏輯分析； 支持軟件源文件的添加和創(chuàng)建，并將它們連接起來生成編程文件； 使用組合編譯方法可一次完成整體設(shè)計流程； 自動定位編譯錯誤； 高效的期間編程與驗證工具； 可讀入標(biāo)準(zhǔn)的 EDIF 網(wǎng)表文件、 VHDL 網(wǎng)表文件、和 Verilog 網(wǎng)表文件； 能生成第三方 EDA 軟件使用的 VHDL 網(wǎng)表文件和 Verilog 網(wǎng)表文 件； 仿真結(jié)果 整體仿真 對電路整體進(jìn)行仿真，得出如下仿真波形圖 51。使用電容的充放電功能來實現(xiàn)，按鍵斷開時清零輸出端為接地，按鍵閉合時電容充電清零端為高電平，充完電后清零端輸出又為低電平，當(dāng)按鍵斷開后，通過 一個 2k 歐姆的電阻放電，為下次充電做好準(zhǔn)備。 VHDL 語言的特殊性，不能在一個結(jié)構(gòu)中用兩個不同的動作使其賦值。再次按下鍵后，開關(guān)換到另外的兩路，空車指示燈亮起。另外兩路開關(guān)，其中一路用于啟動指示和啟動 /停止輸出信號給 CPLD 芯片的 I/O 口。使用開關(guān)電源的好處就是比較節(jié)省能源，它的轉(zhuǎn)換效率很高，可達(dá) 85%以上，穩(wěn)壓范圍寬，除此之外，還具有穩(wěn)壓精度高、不使用電源變壓器等特點。電源又 ADDC開關(guān)電源供電。 圖 35 計費模塊框圖 整體電路圖 整體電路如圖 41。 Kmmoney2 用于判斷 timecount 和 clkout 的值，當(dāng)其為 1 時，總費用加 1。通過對 sp 信號的判斷，當(dāng) sp=0，開始記錄時間。當(dāng)記錄距離達(dá)到 3km 后， enable 信號為1，開始進(jìn)行每公里收費。 圖 34 計時模塊框圖 計費模塊 計費模塊如圖 36所示，可分為 kmmoney1 和 kmmoney2 兩個進(jìn)程。通過對 sp 信號的判斷，當(dāng) sp=0，開始記錄時 間。 Kmcount1 為十分位， kmcount2 為個位，kmcount3 為十位，分別為十進(jìn)制數(shù)。通過對 clkout 信號的計數(shù)，可以計算行駛的距離 kmcount。 VHDL 語言程序見附錄，模塊原件符號如下。 出租車計費器主要模塊設(shè)計 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(jìn) 100m，輸出一個 clkout 信號。其中，一個進(jìn)程根據(jù)條件對 enable 和 price 賦值，當(dāng)記錄的距離達(dá)到 3 公里后 enable 變?yōu)?1，開始進(jìn)行每公里收費，當(dāng)總費用大于 20 元后，則單價 price 由原來的 元每公里變成 元每公里；第 二個進(jìn)程在每個時鐘周期判斷 timeout 和 clkout 的值。一個 timecount 脈沖相當(dāng)于等待的時間達(dá)到了時間計費的長度。當(dāng) sp=0 時，開始記錄時間。 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。 Kinside 即是行進(jìn)100m 所需要的時鐘周期數(shù)，然后每行進(jìn) 100m，則產(chǎn)生一個脈沖 clkout。其他寄存器和計數(shù)器等繼續(xù)保持為 0。 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。 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。 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。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。 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。 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(jìn)、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。由于 CPLD 內(nèi)部采用固定長度的金屬線進(jìn)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。 [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。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。 、 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。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。 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。 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]。近年來，各大城市都在對出租車價格進(jìn)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(jī)人工計價的尷尬情形。 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(jī)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]。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)。但是總存在著買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。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。它采用了手搖計算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)了半機(jī)械半電子化?？梢哉f，早期的計價器就是個里程表。 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 o