【正文】 器，控制器必要的連接件，結(jié)構(gòu)件裝配而成，可以顯示數(shù)字和英文字符。 圖410 電機(jī)測(cè)速模塊 液晶顯示模塊液晶1602顯示電路如圖411所示。從LED的亮滅情況來(lái)直觀反應(yīng)CP電平狀態(tài)。當(dāng)發(fā)射管和接收管有物體遮擋時(shí)，則接收管阻值很大，故此時(shí)CP輸出為高電平。圖49 電機(jī)模塊電路 電機(jī)測(cè)速模塊電機(jī)測(cè)速電路如圖410所示。通過(guò)以上分析可知，通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖占空比可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。情形二：當(dāng)MOTO_A=0，MOTO_B=1時(shí)，Q4導(dǎo)通，導(dǎo)致Q3導(dǎo)通，Q5導(dǎo)通后電流形成回路，同時(shí)Q2截止，Q1截止，Q6截止，而電流從B流向A，電機(jī)反轉(zhuǎn)，因?yàn)楸倦娐冯姍C(jī)為單向，故效果為不動(dòng)。電機(jī)的工作狀按以下幾種情形來(lái)分析。圖47 下載接口電路圖圖48 按鍵電路 電機(jī)模塊電路電機(jī)模塊電路如圖49所示。按鍵的防抖處理有一般有兩種方法：一種是電容消抖法，另一種是軟件消抖法。當(dāng)按鍵SW未按下時(shí)，KEY值輸出為高電平。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按鍵功能分別為啟動(dòng)/停止(KEY1)，暫停(KEY2)，加速(KEY3)，復(fù)位(KEY4)。最好是在調(diào)試結(jié)束后，才使用AS接口將邏輯配置下載到EPCS1中，完成程序的固化。具體過(guò)程是首先編程EPCS1，然后通過(guò)EPCS1 配置FPGA，運(yùn)行程序。系統(tǒng)FPGA配置電路的原理圖如圖46所示：圖45 系統(tǒng)復(fù)位電路圖圖46 系統(tǒng)FPGA配置電路圖 下載接口電路這是一種主串模式下FPGA的配置電路，通過(guò)AS接口來(lái)完成EPCS 芯片的編程下載，使用的下載電纜是ByteBlasterII。EPCS1是屬于Altera的串行配置器件系列的芯片，是可編程邏輯工業(yè)領(lǐng)域中最低成本的配置器件。系統(tǒng)復(fù)位電路的原理圖如圖45所示：配置電路由于FPGA芯片一般都是基于SRAM工藝的，不具備非易失特性，因此每次斷電后都會(huì)丟失內(nèi)部的邏輯配置，所以系統(tǒng)在每次上電后都必須從外部非易失性存儲(chǔ)器中加載既定的配置信息。但是在內(nèi)部需要進(jìn)行對(duì)應(yīng)的管腳配置和書(shū)寫(xiě)相應(yīng)的功能代碼，否則系統(tǒng)不能識(shí)別復(fù)位信號(hào)。本系統(tǒng)時(shí)鐘接線如圖44所示：圖43 I/O電壓、內(nèi)核電壓連接圖圖44 系統(tǒng)時(shí)鐘接線圖復(fù)位電路由于系統(tǒng)在運(yùn)行中受到干擾后可能會(huì)出現(xiàn)CPU程序“跑飛”等異常，此時(shí)系統(tǒng)盲目運(yùn)行甚至出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，因此為確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠工作,復(fù)位電路是必不可少的一部分。這種全局時(shí)鐘提供器件中最短的時(shí)鐘到輸出的延時(shí)。在CPLD/FPGA設(shè)計(jì)中最好的時(shí)鐘方案是：由專用的全局時(shí)鐘輸入引腳驅(qū)動(dòng)的單個(gè)主時(shí)鐘去鐘控設(shè)計(jì)項(xiàng)目中的每一個(gè)觸發(fā)器。時(shí)鐘源無(wú)論是用離散邏輯、可編程邏輯，還是基于其他類(lèi)型器件的任何數(shù)字設(shè)計(jì)，系統(tǒng)的成功運(yùn)行都要依靠可靠的時(shí)鐘。FPGA芯片F(xiàn)PGA芯片采用Altera公司的Cyclone系列的EP1C3T144C8N，其I/，一個(gè)鎖相環(huán)，約3萬(wàn)門(mén)、6萬(wàn)RAM bit，144個(gè)引腳。本系統(tǒng)主要由FPGA核心模塊、按鍵模塊、液晶顯示模塊、傳感器模塊以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊五部分組成，具體系統(tǒng)框圖如圖41所示：圖41 系統(tǒng)框圖 FPGA核心模塊FPGA核心模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，它擔(dān)負(fù)著整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)序控制、數(shù)據(jù)采集和處理的任務(wù)。根據(jù)要求通過(guò)按鍵來(lái)模擬出租車(chē)運(yùn)行狀態(tài)（開(kāi)啟/停止，等待，加速功能）以及計(jì)價(jià)器復(fù)位功能。下面作詳細(xì)介紹。(4) 計(jì)時(shí)精度： 1 秒； 計(jì)時(shí)范圍：1 小時(shí)。(2) 計(jì)費(fèi)精度： 元；計(jì)費(fèi)范圍：~ 元。 出租車(chē)計(jì)價(jià)器的性能指標(biāo)(1) 供電電壓5V。當(dāng)按復(fù)位鍵后，總費(fèi)用恢復(fù)到起步價(jià)，時(shí)間計(jì)數(shù)器清零，里程計(jì)數(shù)器清零，單價(jià)數(shù)清零。在汽車(chē)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，采用一個(gè)脈沖信號(hào)(計(jì)數(shù)脈沖)來(lái)實(shí)現(xiàn)路程的計(jì)數(shù)，該信號(hào)代替了實(shí)際的車(chē)行里程測(cè)速的脈沖信號(hào)，在剛開(kāi)始LCD1602 顯示的是起始價(jià)；當(dāng)啟動(dòng)/停止鍵使電平有偶次時(shí)，汽車(chē)停止前進(jìn)，同時(shí)停止發(fā)生脈沖，此時(shí)路程計(jì)數(shù)和等待時(shí)間計(jì)時(shí)停止；當(dāng)暫停鍵為低電平時(shí)，汽車(chē)暫停，計(jì)程脈沖失效，時(shí)間計(jì)數(shù)開(kāi)始運(yùn)行，最后把等待時(shí)間也這算成車(chē)費(fèi)的一部分。本設(shè)計(jì)中出租車(chē)有起動(dòng)/停止鍵，暫停鍵和加速鍵。(4) 在行駛中遇紅燈或中途暫時(shí)停車(chē)情況下，車(chē)暫時(shí)停止，計(jì)價(jià)器則按時(shí)間計(jì)費(fèi)。(2) 車(chē)行駛到達(dá)或超過(guò)3km后，()，車(chē)費(fèi)依次累加?；趯?duì)以上各個(gè)因素的考慮，決定采用以 FPGA 為核心，用 VHDL 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)出租車(chē)計(jì)價(jià)器的設(shè)計(jì)，提升設(shè)計(jì)的可行性。EDA 高可靠性正好克服了它們這一先天不足。速度快，可靠性高M(jìn)CU(Micro Controller Unit)和 DSP(Digital Signal Processor)都是通過(guò)串行執(zhí)行指令來(lái)實(shí)現(xiàn)特定功能，不可避免低速，而 FPGA／CPLD 則可實(shí)現(xiàn)硬件上的并行工作，在實(shí)時(shí)測(cè)控和高速應(yīng)用領(lǐng)域前景廣闊；另一方面，F(xiàn)PGA／CPLD 器件在功能開(kāi)發(fā)上是軟件實(shí)現(xiàn)的，但物理機(jī)制卻和純硬件電路一樣，十分可靠；而且與其他的設(shè)計(jì)方法相比，F(xiàn)PGA芯片具有比較豐富的存儲(chǔ)單元，可以將原本需要外加的存儲(chǔ)設(shè)備轉(zhuǎn)移到 FPGA 芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，使整體設(shè)計(jì)需要的外圍元器件更少。修改軟件程序即可改變硬件由于 FPGA／CPLD 可以通過(guò)軟件編程對(duì)該硬件的結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，修改軟件程序就相當(dāng)于改變了硬件，這使設(shè)計(jì)者把思路概念變?yōu)閷?shí)際芯片和電路的周期越縮越短。速度模塊計(jì)時(shí)模塊計(jì)程模塊計(jì)費(fèi)模塊總里程總費(fèi)用FPGA芯片里程脈沖復(fù)位信號(hào) 圖22 基于FPGA的出租車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)總體框圖啟動(dòng)/停止 采用FPGA設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者只需用 HDL 語(yǔ)言完成系統(tǒng)功能的描述，借助 EDA 工具就可得到設(shè)計(jì)結(jié)果，將編譯后的代碼下載到目標(biāo)芯片就可在硬件上實(shí)現(xiàn)。利用寄存器存放計(jì)價(jià)器系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，從而可以根據(jù)整個(gè)行程的狀態(tài)進(jìn)行計(jì)價(jià)。設(shè)計(jì)大多是：通過(guò)軟件編程，仿真，調(diào)試，符合要求后將程序用編程器寫(xiě)入到單片機(jī)芯片上?；贔PGA的出租車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)總體框圖如圖22所示?？偨痤~ 顯示單價(jià)顯示單片機(jī)鍵盤(pán)控制啟動(dòng)/清除開(kāi)關(guān)里程傳感器串口顯示驅(qū)動(dòng)電路鎖存器 圖21 基于單片機(jī)出租車(chē)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)框圖 方案二：基于EDA的出租車(chē)計(jì)價(jià)器方案設(shè)計(jì)出租車(chē)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)基于FPGA芯片，采用自頂向下設(shè)計(jì)方法。利用單片機(jī)靈活的編程設(shè)計(jì)和豐富的I/O端口及其控制的準(zhǔn)確性，不僅能實(shí)現(xiàn)基本的里程計(jì)價(jià)價(jià)格調(diào)節(jié)、時(shí)鐘顯示，而且能很大程度上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，同時(shí)可方便日后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。(3) 計(jì)費(fèi)器必須要有防作弊功能，能有效防止司機(jī)作弊，同時(shí)要防止計(jì)費(fèi)器在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中死機(jī)。另外，計(jì)費(fèi)器還面臨軟件的升級(jí)。因此，所設(shè)計(jì)的計(jì)費(fèi)器不僅要能滿足不同地區(qū)的要求，而且計(jì)費(fèi)方式的調(diào)整也應(yīng)當(dāng)很方便。所以消除毛刺最原始、最直接的方法就是調(diào)整延時(shí)；(2) 引入選通信號(hào)，由于競(jìng)爭(zhēng)僅僅發(fā)生在輸入信號(hào)變化轉(zhuǎn)換的瞬間，在穩(wěn)定狀態(tài)是沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)的，所以在輸入信號(hào)穩(wěn)定后進(jìn)行選通就可以徹底消除尖峰脈沖。利用汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)速度總是由零逐步增高的道理，而非法的外加脈沖總是以固定速度加入的，當(dāng)加入了判別電路后，如果速度不是由低到高則計(jì)價(jià)器拒絕接受。近年來(lái)由于電子技術(shù)的發(fā)展，已有商品化的加、解密器件供應(yīng)，只要在傳感器與計(jì)價(jià)器之間加入這種器件，就可以使計(jì)價(jià)器發(fā)出的加密脈沖，而其他傳感器或脈沖一概不認(rèn)。傳感器輸出的脈沖其脈沖寬度、占空比等參數(shù)都是可變的，使計(jì)價(jià)器與傳感器對(duì)號(hào)入座。毛刺通常主要對(duì)電路的觸發(fā)清零端 CLR、觸發(fā)復(fù)位端RESET、CP 端、鎖存器的門(mén)控端和專用芯片的控制端等產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，會(huì)使電路發(fā)生誤動(dòng)作，從而造成數(shù)字系統(tǒng)的邏輯混亂。毛刺(競(jìng)爭(zhēng)一冒險(xiǎn))現(xiàn)象。常見(jiàn)的手段是：輸入非法脈沖，計(jì)價(jià)器主要靠傳感器發(fā)出的脈沖來(lái)計(jì)數(shù)，脈沖數(shù)的多少即汽車(chē)行駛里程的多少。目前出租車(chē)計(jì)價(jià)器存在的問(wèn)題主要有：計(jì)價(jià)器作弊的問(wèn)題。出租車(chē)計(jì)價(jià)器成為出租車(chē)運(yùn)營(yíng)中必配的、可靠的計(jì)量器具，其使用準(zhǔn)確性直接關(guān)系到經(jīng)營(yíng)者與乘客的經(jīng)濟(jì)利益。 目前出租車(chē)計(jì)價(jià)器存在的問(wèn)題和改進(jìn)方案 出租車(chē)計(jì)價(jià)器存在的問(wèn)題隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出租汽車(chē)已成為城市公共交通的重要組成部分。本課題以FPGA芯片為主控芯片，結(jié)和外圍電路來(lái)完成計(jì)價(jià)器多項(xiàng)功能，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。新型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的應(yīng)用使得計(jì)價(jià)器的營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)在掉電情況下還可以保存10年。隨著電子技術(shù)的發(fā)展以及對(duì)計(jì)價(jià)器的不斷改進(jìn)和完善，便產(chǎn)生了諸多的附加功能。大規(guī)模集成電路的發(fā)展產(chǎn)生了第三代計(jì)價(jià)器，也就是全電子化的計(jì)價(jià)器，其功能在不斷完善中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計(jì)價(jià)器。出租汽車(chē)計(jì)價(jià)器是一種專用的計(jì)量?jī)x器，它安裝在出租汽車(chē)上，能連續(xù)累加，并指示出行程中任一時(shí)刻乘客應(yīng)付費(fèi)用的總數(shù)，其金額值是計(jì)程和計(jì)時(shí)時(shí)間的函數(shù)。目前全世界的計(jì)價(jià)器中有90％為臺(tái)灣所生產(chǎn)。出租車(chē)計(jì)價(jià)器論文畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄 1 引言 1 研究背景 1 目前出租車(chē)計(jì)價(jià)器存在的問(wèn)題和改進(jìn)方案 1 出租車(chē)計(jì)價(jià)器存在的問(wèn)題 1 改進(jìn)的方法 22 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證與選擇 4 方案設(shè)計(jì) 4 方案一：基于單片機(jī)的出租車(chē)計(jì)價(jià)器方案設(shè)計(jì) 4 方案二：基于EDA的出租車(chē)計(jì)價(jià)器方案設(shè)計(jì) 4 方案選擇 43 出租車(chē)計(jì)價(jià)器功能及要求 7 出租車(chē)計(jì)費(fèi)規(guī)則 7 出租車(chē)計(jì)價(jià)器的功能 7 出租車(chē)計(jì)價(jià)器的性能指標(biāo) 74 出租車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 9 硬件總體方案設(shè)計(jì) 9 FPGA核心模塊 9 按鍵控制電路 13 電機(jī)模塊電路 13 電機(jī)測(cè)速模塊 14 液晶顯示模塊 155 出租車(chē)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 VHDL語(yǔ)言概述 16 系統(tǒng)總體框架 17 系統(tǒng)的頂層原理圖 18 系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn) 19 CC2 頂層模塊的實(shí)現(xiàn) 19 GL 模塊的實(shí)現(xiàn) 20 int_div 模塊的實(shí)現(xiàn) 22 key_set 模塊的實(shí)現(xiàn) 24 DENDAI 模塊的實(shí)現(xiàn) 2531 MONEY 模塊的實(shí)現(xiàn) 26 conv模塊的實(shí)現(xiàn) 28 SF模塊的實(shí)現(xiàn) 29 ram_1602模塊的實(shí)現(xiàn) 30結(jié) 論 32參考文獻(xiàn) 33致 謝 34附錄1：整體電路圖（part1） 35附錄2：源程序 37天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 引言 研究背景出租車(chē)行業(yè)在我國(guó)是八十年代初興起的一項(xiàng)新興行業(yè)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，出租汽車(chē)已成為城市公共交通的重要組成部分。多年來(lái)國(guó)內(nèi)普遍使用的計(jì)價(jià)器只具備單一的計(jì)量功能?，F(xiàn)今我國(guó)生產(chǎn)計(jì)價(jià)器的企業(yè)有上百家，主要是集中在北京，上海，沈陽(yáng)和廣州等地。我國(guó)第一家生產(chǎn)計(jì)價(jià)器的是重慶市起重機(jī)廠，最早的計(jì)價(jià)器全部采用機(jī)械齒輪構(gòu)，只能完成簡(jiǎn)單的計(jì)程功能，可以說(shuō)，早期的計(jì)價(jià)器就是個(gè)里程表。它采用了手搖計(jì)算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械半電子化，在計(jì)程的同時(shí)還可完成計(jì)價(jià)的工作。出租車(chē)計(jì)價(jià)器在最初使用時(shí)具備的主要功能是根據(jù)行駛里程計(jì)價(jià)，要求精度高，可靠性好。例如：(1)LED顯示功能，數(shù)碼管的使用讓計(jì)價(jià)器實(shí)現(xiàn)多屏顯示的功能，可同時(shí)顯示各項(xiàng)營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)，使乘客一目了然；(2)永久時(shí)鐘功能，在非營(yíng)運(yùn)狀態(tài)下，日歷時(shí)鐘芯片的使用使計(jì)價(jià)器可以顯示永久時(shí)鐘；(3)存儲(chǔ)功能，可存儲(chǔ)多項(xiàng)營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)，便于查詢。隨著出租車(chē)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)出租車(chē)計(jì)費(fèi)器的要求也越來(lái)越高。由于科技的發(fā)展，芯片中的數(shù)據(jù)可保持十年不變，且芯片體積小，容量大，因此這種方式具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。近幾年來(lái)，出租車(chē)汽車(chē)行業(yè)在各地蓬勃發(fā)展，出租車(chē)經(jīng)營(yíng)也從無(wú)序狀態(tài)逐漸走入正軌。但在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，總有不少經(jīng)營(yíng)者或乘客反映相同路徑，不同的出租車(chē)的收費(fèi)有較大的出入。有些出租汽車(chē)司機(jī)在計(jì)價(jià)器上做手腳，多收乘客租金。作弊者利用這一原理，額外向計(jì)價(jià)器輸入脈沖，其方法多種多樣如利用車(chē)內(nèi)收音機(jī)、電動(dòng)剃須刀。主要影響數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)有效性和可靠性的主要因素，由于毛刺的存在，使得系統(tǒng)存在諸多潛在的不穩(wěn)定因素，尤其是對(duì)尖峰脈沖或脈沖邊沿敏感的電路就更是如此。 改進(jìn)的方法相對(duì)于計(jì)價(jià)器作弊的問(wèn)題，改進(jìn)的方法：(1) 傳感器輸出編碼脈沖。(2) 傳感器輸出加密脈沖。(3) 加入啟動(dòng)速度的判別電路。在競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)消除毛刺的主要的方法：(1) 調(diào)整路徑延時(shí)，毛刺歸根到底是由于延時(shí)不同而引起的，因此只要讓門(mén)電路的所有輸入信號(hào)具有相同的延時(shí)，毛刺就不會(huì)產(chǎn)生。本設(shè)計(jì)課題擬解決的問(wèn)題：本課題采用 FPGA 芯片為核心，用較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜现饕鉀Q以下問(wèn)題：(1) 不同地區(qū)的計(jì)費(fèi)方式存在差異，即使同一地區(qū)，不同車(chē)型的出租車(chē)，其計(jì)費(fèi)方式也有差別；另一方面，出租車(chē)還面臨幾年一次的調(diào)價(jià)或調(diào)整計(jì)費(fèi)方式等問(wèn)題。(2) 由于個(gè)別地區(qū)對(duì)計(jì)費(fèi)器有特殊要求，有時(shí)必須修改軟件。因而，所設(shè)計(jì)的計(jì)費(fèi)器應(yīng)能很方便地重新編程。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的論證與選擇 方案設(shè)計(jì) 方案一：基于單片機(jī)的出租車(chē)計(jì)價(jià)器方案設(shè)計(jì) 出租車(chē)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，由按鍵電路、里程計(jì)算電路、數(shù)碼管顯示電路組成?；趩纹瑱C(jī)的出租車(chē)計(jì)價(jià)器系統(tǒng)框圖如圖21所示。將系統(tǒng)按功能分為速度模塊、計(jì)程模塊、計(jì)時(shí)模塊和計(jì)費(fèi)模塊等大致四個(gè)模塊。 方案選擇 采用單片機(jī)設(shè)計(jì)具有成本低、易于控制的優(yōu)點(diǎn)。利用單片機(jī)的中斷響應(yīng)乘客開(kāi)車(chē)或者等待的請(qǐng)求，進(jìn)行相應(yīng)的處理。但這種設(shè)計(jì)外圍電路較多而時(shí)序?qū)崿F(xiàn)能力較弱，調(diào)試復(fù)雜，抗干擾能力差，特別對(duì)這種計(jì)程車(chē)的計(jì)價(jià)器需要長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)作的系統(tǒng)，由于主要是軟件運(yùn)作，容易出錯(cuò)，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。EDA 技術(shù)作為一種現(xiàn)代電子