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1、 （此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）基于FPGA的出租车计费系统的设计摘要随着我国市场经济的发展，交通也越来越便利，特别是计程车，以快捷、方便的特点早已盛行各个城市，成为城市交通的重要工具。计程车市场从90年代初的起步阶段到现在已经进入了高峰期。随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善，计程车的服务也就显得越来越重要。因此计程车计价器也就应运而生了。本文分析了当前国内外出租车计费系统的基本组成和工作原理及主要的两种设计方式:基于单片机的设计方式和基于FPGA的设计方式；并对这两种实现方式的优点和缺点进行分析，比较后确定本系统的方案：基于FPGA的出租车计费系统的设计。在本设计中
2、主要是通过VHDL语言来编程实现计费系统的四个功能块：分频模块，控制模块，计量模块和译码显示模块，最后使用MAX+PLUSII软件来对程序进行仿真，以模拟实现出租车的启动，停止以及等待等过程中的计时，计程和计费功能。并将各功能模块的结果通过动态译码扫描模块输出到显示模块进行显示。即通过显示模块显示出租车所行驶的路程，出租车等待的时间和出租车分别在等待过程中的费用和行驶过程中的费用。关键字:CPLD/FPGA；VHDL语言；MAXPLUS II；出租车；计费器Design of taxi meter Based on FPGAAbstractAs Chinas market economy de
3、velops，more and more convenient transport，particularly taxis, to fast, convenient features have long been popular in various cities and become an important tool for urban traffic. Taxi market in the early 1990s,the initial stage up to now has entered a peak period. With the level of urbanization and
4、 the improvement of peoples living standards improve, taxi services will become increasingly important. Taxi meter therefore it has emerged.This paper analyses the current domestic and foreign taxi billing system and the basic working principle and the two main design; Based on the design of microco
5、ntroller and FPGA-based design; and both the strengths and the ways Shortcomings of the analysis，comparison of the system established after the programme: FPGA-based billing system for taxis.In this design mainly through the VHDL language programming billing systems of the four function blocks：the f
6、requency modules, control module, the measurement modules and decoding modules, the final use of MAX + PLUSII software to simulate the procedures to Simulation of the realization of a taxi start, stop and wait in the course of time, and so on, including-and billing functions。And the results of the f
7、unctional modules through dynamic decoding scanning module output to display module to display it. Through the display module Taxis By the travelling distance, a taxi waiting for the time and were waiting for a taxi in the process of moving costs and fees in the process.Keywords：CPLD/FPGA;VHDL;MAX+P
8、LUSSII; Taxi；Meters目 录1绪论51.1研究的意义51.2当前国内外的研究现状51.3本课题的目的51.4本论文的章节安排62 VHDL和FPGA的简介72.1 VHDL的介绍72.2 FPGA的介绍73 Max+plusII平台简介93.1概述93.2 Max+plusII的特点94 设计方案的简介及比较114.1基于单片机出租车计费器设计方案114.1.1硬件各模块的功能114.1.2程序设计模块124.2基于FPGA的出租车计费器的设计方案124.3两种方案的比较134.4方案的确定135 出租车计费系统的设计145.1整体方案设计145.1.1设计的主要技术指标145
9、.1.2整体设计方案的实现145.2模块的设计155.2.1秒分频模块155.2.2控制模块165.2.3计量模块175.2.4译码显示输出模块215.2.5整体原理与仿真235.2.6结果分析245.2.7结论24结束语25谢辞26参考文献27附录A28附录B33附录C361绪论1.1研究的意义随着我国市场经济的发展，交通也越来越便利，特别是计程车，以快捷、方便的特点早已盛行各个城市，成为城市交通的重要工具。计程车市场从90年代初的起步阶段到现在已经进入了高峰期。随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善，计程车的服务也就显得越来越重要。因此计程车计价器也就应运而生了。1.2当前国内外的研究现
10、状目前市场上使用的出租车计费器主要采用的都是利用MCU如89C51单片机实现的计费器设计，显示方式上主要采用的是固定显示内容的LED显示。 传统的出租车计费器由于发展使用了十几年，在稳定性、成本、以及使用习惯上都具有一些优势，但是随着出租车价格市场化，我国加入WTO以来主导出租车行业成本的许多因素主要包括油价的波动，都对传统的出租车计费器提出了更高的要求。近一年来，各大城市都在对出租车价格进行调整，由于数量太多，很多城市的调价甚至需要一个月的时间才能完成，经常会同一时间出现几个价格，有的城市的出租车上还会出现司机人工计价的尴尬情形。这些都暴露了传统计费器在灵活性和升级换代能力的不足。传统计费器
11、的不足可以体现在以下几点：1）品更新周期长传统计费器利用MCU如89C51单片机实现汽车计费器的设计，大部分的功能可以用单片机来实现。但是单片机程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令集，因此设计研发比较困难，周期长，如果系统设计的不好，则系统不是很稳定，而且灵活度不够，不易实现功能复杂的设计。2）计价方式的不灵活每次计价标准的修改都需要将芯片从新烧录，使得每次调价都需要耗费大量的人力物力，很难达到目前油价联动的需求。1.3本课题的目的 考虑到目前出租车行业迅猛发展的趋势以及对计费器更高的灵活性要求，本设计希望尝试一些新的方法来予以解决以上问题。1）利用FPGA取代MCU随着FPGA等数字可编程
12、器件的出现解决传统电子设计不能完成的任务，利用FPGA来实现出租车计费器。可行性很高，而且电路简单，大大减少外围器件，可以用软件完全仿真，灵活度高，可以设计一些复杂的系统，而且编好的系统可以在不同的FPGA或CPLD芯片上通用。FPGA能完成任何数字器件的功能，使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。同时由于FPGA的功能完全取决于VHDL语言编写的程序，不拘泥于某种芯片的特殊指令，更加提高了产品的更新换代能力。2）增加计价标准设定功能通过设计此功能模块可以使得计价标准设计更加灵活，体现目前出租车行业发展的需要，使运价、油价联动成为可能。1.4本论文
13、的章节安排本文在第2章介绍了VHDL语言的特点和FPGA的基本原理。第3章主要是对MAX+PLUSII进行了简要的介绍。第4章介绍了当前两种主要出租车设计方案和这两种方案的比较。第5章是对基于FPGA设计方案的详细设计。2 VHDL和FPGA的简介2.1 VHDL的介绍VHDL的英文全名是Vry_High_Speed Integrated Circuit Hardware DescriptionLanguage,被认为是标准硬件描述语言，有专家认为，在新世纪中，VHDL与Verilog HDL语言将承担起几乎全部的数字系统设计任务。VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有
14、许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件、一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，即端口）和内部（或称不可视部分），即设计实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦内部开发完成后，其他的设计可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。随着EDA技术的发展，使用硬件语言设计FPGA成为一种趋势。借用MAXPLUSII或QuartusII等软件用VHDL语言开发FPGA的完整流程为：1）文本编辑：用任何文本编
15、辑器都可以进行，也可以用专用的HDL编辑环境。通常VHDL文件保存为.vhd文件。2）功能仿真：将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真，检查逻辑功能是否正确也叫前仿真，对简单的设计可以跳过这一步，只在布线完成以后，进行时序仿真）。3）逻辑综合：将源文件调入逻辑综合软件进行综合，即把语言综合成最简的布尔表达式和信号的连接关系。逻辑综合软件会生成.edf（edif）的EDA工业标准文件。4）布局布线：将edf文件调入PLD厂家提供的软件中进行布线，即把设计好的逻辑安放到PLD/FPGA内。5）时序仿真：需要利用在布局布线中获得的精确参数，用仿真软件验证电路的时序（也叫后仿真）。6）编程下载：确认仿真无误后，将文件下载到芯片中。.sof文件用于直接下载到芯片（掉电后会消失），.pof文件用于rom芯片下载（掉电后不消失）。2.2 FPGA的介绍FPGA是现场可编程门阵列（Field Program
