【正文】 自動計費模塊還是把計時的信號輸出給自動計費模塊。輸入端 P 為車輪大小的設定值，根據(jù)車輪直徑的不 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 14 同，每轉一圈行進路程也不同，因此每公里計的 CLK 次數(shù)也會不同，車輪越大計的 CLK數(shù)越少。輸出端 js60 送到顯示部分計數(shù)，每 1 分鐘一個上升沿， js 端送到計程計時選通模塊，默認為每 5分鐘計為 1km 送出一個高電平 。當速度低于 12km/h 時計時模塊啟動。當車速低于 12km/h 時 low 端為高電平，此時將進入計時狀態(tài)，車速大于 12km/h 小于 180km/h 時 low 端為低電平， high 端也為低電平，進入計程狀態(tài)。 主要功能模塊設計 車速比較模塊 車速比較模塊如下圖所示。速度還是按 照原來的 200 等分，即從 0km/h 到 200km/h 進行調速，每次步進 1km/h。下面是 VHDL 編寫的模塊框圖，如圖 所示?，F(xiàn)在設車輪周長為 1米，則只要給驅動器一個 的頻率，于是得出 =，約為 200km/h。 圖 步進電 機驅動器和步進電機 驅動器型號為 BY2HB02M，驅動兩相步進電機，輸入端依次為 CP（信號脈沖）、 U/D（正反轉）、 DIV（每脈沖所轉角度調節(jié)，高電平為 9 度，低電平為 度）、 SGND（信號地）、 VH（電機驅動電源，現(xiàn)使用 +12V）、 GND（電機驅動電源地）。 （ 6）寫數(shù)據(jù) 表 寫 數(shù)據(jù) RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 1 D C B RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 1 1/D S RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 1 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 1 0 數(shù) 據(jù) 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 12 功能：根據(jù)最近設置的地址性質，數(shù)據(jù)寫人 DDRAM 或 CGRAM 內。 N=0，一行顯示 A6~A0=0~4FH。 其中： 1/D =1；數(shù)據(jù)讀、寫操作后， AC 自動增一； 1/D =0；數(shù)據(jù)讀、寫操作后， AC 自動減一； S =1；數(shù)據(jù)讀、寫操作后，畫面平移； S =1；數(shù)據(jù)讀、寫操作后 ，畫面不動。 其中： D 表示顯示開關： D=1 為開， D=0 為關； C 表示光標開關： C=1 為開， C=0 為關； B 表示閃爍開關： B=1 為開， B=0 為 關。 （ 2）清屏 表 清屏 RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 1 DL N F * * RS R/W DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 11 功能：清 DDRAM 和 AC 值。這 6條控制指令為： （ 1）功能設置 表 功能設置 功能：工作方式設置（初始化指令）。 MDLS 系列字符型 LCM 電路框圖如圖 所示。控制部分產(chǎn)生內部工作時鐘，控制著各個功能電路的工作，管理著字符發(fā)生器 CGRAM 和 CGROM，顯示存儲器 DDRAM。 LCM 由字符型液晶顯示屏（ LCD）、控制驅動電路 HD44780 及其擴展驅動電路 HD44100 等組成，具有若干個 5x7 或 5x10 點陣組成的字符集，可顯示 192 種字符，還具有 64 個字節(jié)的自定義字符 RAM。 下面是基于 FPGA 的出租車計費器的系統(tǒng)設計框圖和系統(tǒng)模塊框圖： 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 8 圖 出租車計費系統(tǒng)設計框圖 電 動 機 控制 模 塊車 輪 大小 設 定模 塊車 速 比 較器 模 塊計 程計 時顯 示 輸出 模 塊計 時 計 程選 通 模 塊計 費 標 準設 定 模 塊計費總額統(tǒng) 計車 速計 程計 時顯 示顯 示 圖 出租車計費系統(tǒng)模塊框圖 各個模塊 設計 LCD 顯示設計 LCD 的模塊框圖如 下圖 所示。按下計費啟動鍵后利用電容的瞬間充電過程來清零上一次的計費數(shù)值，此后開始自動計費，按下計費停止鍵后計費終止，統(tǒng)計模塊自動執(zhí)行保存記錄。自動計費模塊會按照不同的計費標準自動調節(jié)計費。 總體框架設計 系統(tǒng)流程介紹：系統(tǒng)主要由電動機驅動模塊、 LCD 顯示模塊、計費標準設定模塊、 自動計費模塊、統(tǒng)計模塊等組成。 （ 1）利用 FPGA 取代 MCU （ 2）利用 LCD 取代 LED （ 3）增加計價標準設定功能 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 7 設計原理 出租車計費方式 由于各地出租車計價情況的不同，本設計主要依據(jù)上海市出租車計價情況作為參考依據(jù)。這些都暴露了傳統(tǒng)計費器在靈活性和升級換代能力的天生不足 [8]。 圖 傳統(tǒng) LED顯示的計費器 傳統(tǒng)的出租車計費器由于發(fā)展使用了十幾年，在穩(wěn)定性、成本、以及使用習慣上都具有一些優(yōu) 勢，但是隨著出租車價格市場化，我國加入 WTO 以來主導出租車行業(yè)成本的許多因素主要包括油價的波動，都對傳統(tǒng)的出租車計費器提出了更高的要求。目前市場上使用的出租車計費器主要采用的都是利用 MCU 如 89C51 單片機實現(xiàn)的計費器設計，顯示方式上主要采用的是固定顯示內容的 LED顯示。 （ 5） 最后一步系統(tǒng)將整體工程的各項參數(shù)和設置總結并顯示出來，這時即可完成工程的創(chuàng)建 [7]。 （ 3） 選擇目標芯片，具體芯片最好讓編譯器根據(jù)工程設計的實際情況自動選擇。 使用 New Project Wizard 新建一個工程的過程： （ 1） 制定工程的文件存放目錄、工程名以及最頂層的設計實體名，在默認情況下，工程名與最頂層的設計實體名是相同的。 開發(fā)軟件 QuartusII 簡介 Quartus II 是 Altera 公司推出的 CPLD/F[GA 開發(fā)工具， Quartus II 提供了完全集成且與電路結構無關的開發(fā)包環(huán)境，具有數(shù)字邏輯設計的全部特性 。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調用這個實體。除了含有許多具有硬件特 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 5 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。有專家認為，在新的世紀中， VHDL 于 Verilog 語言將承擔起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設計任務。 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 的內容，公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標準的 10761993 版本，（簡稱 93 版）。自 IEEE 公布了 VHDL 的標準版本， IEEE1076（簡稱 87 版 )之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設計環(huán)境，或宣布自己的設計工具可以和 VHDL 接口。 硬件描述語言 VHDL簡介 VHDL 全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language(超高速集成電路硬件描述語言 ),誕生于 1982 年。因此， FPGA 的使用非常靈活。當需要修改 FPGA 功能時，只需換一片 EPROM 即可。掉電后， FPGA 恢復成白片，內部邏輯關系消失，因此， FPGA 能夠反復使用。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。 目前 FPGA 的品種很多，有 XILINX 的 XC系列、 TI公司的 TPC 系列、 ALTERA 公司的FIEX 系 列等。 （ 5） FPGA 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL 電平兼容。 （ 3） FPGA 內部有豐富的觸發(fā)器和 I／ O 引腳。 FPGA 的基本特點主要有： （ 1）采用 FPGA 設 計 ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。它是作為專用集成電路（ ASIC）領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。 EDA 市場日趨成熟，但我國的研發(fā)水平 還 很有限，需迎頭趕上。 EDA 技術的應用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。據(jù)最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設計自動化領域發(fā)展最快的兩個市場，年復合增長率分別達到了 50%和 30%。中國華大集成電路設計中心，也提供IC設計軟件， 但性能不是很強。但各國也正在努力開發(fā)相應的工具。為了與臺灣和美國的設計工程師形成更有力的競爭，中國的設計隊伍有必要購入一些最新的 EDA 技術。 90年代為電子系統(tǒng)設計自動化 (EDA)階段 [3]。與 CAD 相比， CAE 除了有純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設計和結構設計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡表將兩者結合在一起，實現(xiàn)了工程設計。 70 年代為計算機輔助設計 (CAD)階段，人們開始用計算機輔助進行 IC 版圖編輯、 PCB 布局布線，取代了手工操作。 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 3 第 2 章 設計相關工具簡介 EDA 簡介 電子設計技術的核心就是 EDA 技術， EDA 是指以計算機為工作 臺，融合應用電子技術、計算機技術、智能化技術最新成果而研制成的電子 CAD 通用軟件包，主要能輔助進行三方面的設計工作，即 IC 設計、電子電路設計和 PCB 設計。 本文的的基本框架為：在方案的論證和設計說明部分一章中，同時介紹了總體設計框架，并對各個部分進行了詳細說明。 論文構成及研究內容 論文包括緒論、出租車計費系統(tǒng)的設計、關外圍電路、結論等四大部分組成。在方案的選擇上，對比了各個方案的優(yōu)缺點，并對現(xiàn)有的計費系統(tǒng)進行了更新，使它能夠更好的滿足不同的要求。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，其編程結構類似于計算機中的 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?？删幊唐骷倪壿嫻δ苊枋鲆话惴譃樵韴D描述和硬件語言描述，原理圖描述是一種直觀簡便的方法，它可以講現(xiàn) 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) 2 有的小規(guī)模集成電路實現(xiàn)的功能直接用可編程器件來實現(xiàn)，而不必去將現(xiàn)有的電路用語言來描述，但電路圖描述方法無法做到簡練。 理想的可編程邏輯開發(fā)系統(tǒng)能符合大量的設計要求：它能支持不同結構的器件。二十世紀后半期，數(shù)字系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，同時為了提高系統(tǒng)的可靠性與通 用性，微處理器和專業(yè)集成電路逐漸取代了通用全硬件電路。 國內外研究狀況 從國內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。而基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列 (FPGA)的出租車多功能計費器，采用硬件描述語言VerilogHDL 和邏輯綜合為基礎的自頂向下的電路設計方法，開發(fā)成本 低，周期短，可靠性高，功能升級方便，滿足了用戶的要求。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價或調整收費方式等問題。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 。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、提高服務質量的必備品。 關鍵詞：出租車，計費系統(tǒng)，硬件描述語言，數(shù)字系統(tǒng)， FPGA 長沙學院畢業(yè)設計 (論文 ) II ABSTRACT With the rapid development of EDA technology, elec