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1、得分评卷教师哈尔滨远东理工学院EDA课程设计 题 目： 基于VHDL语言出租车计费器 姓 名： 郑 超 分院： 机器人科学与技术学院 专业： 电子信息工程 学 号： 11030332 22 / 25二一四 年 月 日摘 要本文介绍了一种采用单片FPGA芯片进行出租车计费器的设计方法，主要阐述如何使用新兴的EDA器件取代传统的电子设计方法，利用FPGA的可编程性，简洁而又多变的设计方法，缩短了研发周期，同时使出租车计费器体积更小功能更强大.本设计实现了出租车计费器所需的一些基本功能，计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费，同时考虑到出租车行业的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到设计中.
2、主要包括采用了FPGA芯片，使用VHDL语言进行编程，使其具有了更强的移植性，更加利于产品升级.关键词：VHDL 计费器 FPGA AbstractThis paper describes the use of a single chip FPGA for the design of accounting-fee machine, mainly on how to use the emerging EDA electronic devices designed to replace traditional methods, using the programmable FPGA, concis
3、e and changing the design Ways to shorten the development cycle, so that taxi accounting-fee machine in a smaller more powerful. The design and implementation of the taxi accounting-fee machine for some basic functions, including billing starting price, driving metered, the waiting time billing, tak
4、ing into account the special nature of some of the taxi industry, to pay more attention to a number of new Ideas into the design. Mainly including the use of the FPGA chip, the use of VHDL programming, so as to make it a stronger transplanted, and more conducive to product upgrades. Key words: VHDL，
5、accounting-fee machine，FPGA目 录前 言1第一部分 设计要求2一、设计目的2二、系统要求2三、功能描述2四、补充说明2第二部分 系统设计方案3第三部分 主要模块设计5一、 计程计费模块5二、显示模块5三、控制模块6第四部分 仿真结果与分析7一、计程计费模块仿真7二、总体仿真7第五部分 硬件调试8一、引脚锁定8二、硬件验证情况8总结10致谢11参考文献12附录A 电路图13一、电路图13二、PCB图14三、3D仿真图15附录B 程序代码17一、top顶层文件17二、taxi控制模块18二、display显示模块20前 言随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越
6、高.二十世纪后半期，随着集成电路和计算机技术的飞速发展，数字系统也得到了飞速发展，其实现方法经历了由分立元件、SSI、MSI到LSI、VLSI以及UVLSI的过程.同时为了提高系统的可靠性与通用性，微处理器和专业集成电路(ASIC)逐渐取代了通用全硬件LSI电路，而ASIC以其体积小、重量轻、功耗低、速度快、成本低、保密性好而脱颖而出.目前，业界大量可编程逻辑器件(PLD)，尤其是现场可编程逻辑器件(FPLD)被大量地应用在ASIC的制作当中.在可编程集成电路的开发过程中，以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果的电子设计自动化(EDA)技术主要能辅助进行三方面的
7、设计工作：IC设计,电子电路设计以及PCB设计理想的可编程逻辑开发系统能符合大量的设计要求：它能够支持不同结构的器件，在多种平台运行，提供易于使用的界面，并且有广泛的特征.EDA技术（即Electronic Design Automation技术）就是依赖强大的计算机，在EDA工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL（Hardware Ddscription Langurage）为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、布局布线以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能.它在硬件实现方面融合了大规模集成电路制造技术、IC版图设计、ASIC测试和封装、FP
8、GA(Gield Peogrammable Gate Array)/CPLD(Complex Programmable Logic Device)编程下载和自动测试等技术.VHDL的英文全名是VHSIC（Very High Speed Integrated Circuit）Hardware Description Language,由IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineets）进一步发展，并在1987年作为“IEEE标准1076”公布.从此VHDL成为硬件描述语言的业界标准之一.第一部分 设计要求一、设计目的为培养学生树
9、立正确的设计思想和实事求是的工作作风，学习运用所学基础知识理论、专业知识、基本技能去分析和解决工程技术实际问题，提高学生的综合素质，使学生成为工程应用型合格人才，故进行EDA技术及应用的课程设计.帮助学生全面熟悉、掌握VHDL语言基本知识，掌握利用VHDL语言对常用的的组合逻辑电路和时序逻辑电路编程，把编程和实际结合起来，熟悉编制和调试程序的技巧，掌握分析结果的若干有效方法，进一步提高上机动手能力，培养使用设计综合电路的能力，养成提供文档资料的习惯和规范编程的思想.二、系统要求设计一个简单的满足生活所需功能的出租车计费器.三、功能描述该计费器能实现计费功能.车起步开始计费，首先显示起步价，起步
10、费为3.00元，车在行驶3km以内，只收起步价.车行驶超过3km后，每km 加2元，车费一次累加.当遇到红灯或客户需要停车等待时，则按时间计费，计费单价为每20s收费1元.要求用2位数码管显示里程，2位数码管显示费用.四、补充说明(1).实现计费器预置功能，能够预置起步费、每公里收费、车行加费里程、计时收费等.(2).可以模拟汽车行驶、停止、暂停等状态，并根据不同状态进行计费.(3).以十进制显示出租车行驶路程与车费.第二部分 系统设计方案出租车自动计价器的系统方框图如图2.1所示：它有脉冲模块、控制模块、计程模块、计费模块及显示等模块组成控制模块显示模块计程模块计费模块显示位扫描1KHz脉冲
11、时钟信号开始信号暂停信号停止信号图2.1 出租车自动计价器的系统方框图控制模块将其他模块进行连接，是本次设计的核心.它包含计程器、计时器、计价器，同时还有读取外部开关控制信号，提供当前显示信号与显示位选信号，从而周期性交替显示计价/计费信息.计程器在非停车状态完成计程功能并产生里程计价信号，计时器在停车状态完成计时功能并产生等时计价信号.计价器是设计的核心与难点，涉及到多种时钟信号，并有多种计费标准.拟使用有限次高速脉冲发生器向一组级联的十进制计数器提供不同费率的计价脉冲，根据里程计价信号、等时计价信号、停车开关状态、当前计费结果等信号，综合考虑，挑选适合次数的计价脉冲，从而实现不同条件的不同
12、计费.计程器、计价器根据位选信号，输出相应数据的当前选中数字，由顶层模块根据显示数据类型变换信号进行选择，传输给显示模块.显示模块由实验箱上的四个七段数码管、程序编写的一个七段数码管译码器程序组成.程序是本次设计的核心部分，首先要有清晰的思路，然后去实现，程序流程如图2.2所示.启动Start起步价：3元3公里以内超出3公里按2元/公里停车等待时按1元/20秒显示计费金额及行驶里程停止计费计程清零金额里程PauseStop图2.2 出租车自动计价器的程序流程图本次设计首先在ispLEVER环境中对出租车自动计费器的各个部分利用VHDL描述语言予以设计，进行仿真，然后编写顶层模块将各个模块连接，
13、并对相互之间的信号进行必要处理，从而实现整机功能，最后在实验箱上进行物理测试，寻找漏洞、调整参数，最终确定设计.第三部分 主要模块设计一、计程计费模块计程计费模块如图3.2所示：Clk MoneyStartStop DistancePause图3.1 计程计费模块计程计费部分用于计算乘客所行使的公里数及金额.计程器的量程为99公里，满量程自动归零；计费器的量程为99元，满量程自动归零.计程计费数据送入显示模块进行译码，最后分别送至以公里和元为单位对应的数据管上显示.二、显示模块显示模块如图3.3所示： Seg01KHzClk Seg1 Seg2 Seg3Money Seg4 Seg5 Seg6
14、Distance Scan0 Scan1 Scan2 Scan3 图3.2 显示模块显示模块包含一个3进制计数器Cnt，位选Scan0:3，四位Data转换，七段数码管译码器Seg0:6，如图3.2所示.当系统复位时，数码管一起显示0.开始计费时，计费为03，计程为00.具体程序代码详见附录.三、控制模块控制模块如图3.3所示：ClkStartPauseStop Scan0:3 Seg0:6Money1Distance1图3.3 控制模块控制模块部分用于计程计费模块的结合和衔接.如图3.3所示，总输入有Clk，Start，Pause,Stop,总输出有Scan0:3和Seg0:7,中间由信号Money1和Distance1连接.
