基于veriloghdl的车程计费器设计

基于veriloghdl的车程计费器设计内容摘要：

负责人（签名）： 年 月 日 目 录 绪论 .................................................................. 1 论文背景 ........................................................... 1 国内外现状分析 ..................................................... 1 研究设想与研究内容 ................................................. 2 1 EDA 设计方法及软件介绍和芯片的选取说明 ............................... 3 EDA 设计方法 ................................................... 3 CycloneII EP2C35F672C8 芯片的介绍 .............................. 4 软件 QuartusII 的介绍 ........................................... 5 2 系统的总体设计 ...................................................... 7 出租车计费器系统组成框图 ....................................... 7 系统主要模块的设计 ............................................. 8 分频模块 ................................................. 8 计程模块 ................................................. 8 计时模块 ................................................ 10 控制模块 ................................................ 10 计费模块 ................................................ 10 数码管显示 模块 .......................................... 11 顶层模块 ................................................ 12 3 系统仿真测试 ....................................................... 13 计时模块仿真 .................................................. 13 计程模块 ...................................................... 14 计费模块仿真 .................................................. 14 顶层模块系统仿真 .............................................. 14 4 综合 ............................................................... 16 Quartus II 软件综合的报表 ..................................... 16 仿真电路图 .................................................... 16 结论 ................................................................. 17 参考文献 ............................................................. 18 附录一 ............................................................... 19 致 谢 ............................................................... 27 I 基于 Verilog HDL 的车程计费器设计 摘 要 随着社会的不断进步，人们生活水平的不断提高，出租车逐渐成为人们日常生活不可缺少的交通工具。 而计 费 器作为出租车的一个重要组成部分， 关系着出租车司机和乘客的双方利益，起着重要的作用，其发展自然会非常迅猛。 设计以 FPGA 芯片为控制核心、采用 Verilog HDL 硬件描述语言编程而成。 计费器主要由七个模块组成 —— 计程模块、计时模块、计费模块、分频模块、控制模块、显示模块及顶层模块。 设计运用 Quartus II 进行仿真，并得到详细的仿真波形，从仿真波形中可以看出设计实现了出租车按行驶里程自主收费的功能，同时提高了计费系统的可靠性、通用性。 设计还实现了计费器等待计费的功能，系统具有很好的实用价值。 【关键词】 车程计费器 Verilog HDL FPGA Quartus II II The Design of Taxi meter Based On FPGA Abstract With the development of society, the improvement of people39。 s living standard, the taxi has bee indispensable to people39。 s daily life of transportation. And the meter as an important part of taxi, which representing the interest of taxi drivers and passengers, plays an important role, so the taxi meter develops fast. The design used Verilog HDL hardware description language to program and FPGA chip design taxi meter. The meter is mainly posed of seven modules the meter module, timing module, billing module, frequency module, control module, digital tube display module and the top module. Design used Quartus II simulation, and obtained the simulation waveform in detail, from the simulation we can see that the design realized the taxi mileage independent charge, while improving the reliability and versatility. The design has realized the functions of wait for billing. The system has a good practical value. 【 Key words】 Taxi meter Verilog HDL FPGA Quartus II 1 绪论 论文背景 随着出租车行业的发展， 社会的不断进步，人们生活水平的不断提高，出租车逐渐成为人们日常生活不可缺少的交通工具。 而计 费 器作为出租车的一个重要组成部分， 要求自然也越来越高，用户不仅要求计费器性能稳定、计费精准，同时还要求其具有计费标准的灵活设定、营运额统计、密码设定等功能， 因而出租车计 费 器的发展非常迅猛。 目前，出租车行业面临油价上涨、空调费调整等问题，所以出租车计费器计费标准的灵活性设 定成为出租车计费器不可或缺的一部分。 而采用单片机设计的计费器在灵活计费方面会 因为单片机本身的局限性 遇到问题 [1]。 如相同的 单片机程序 在不同的芯片中 不能够通用 从而 给设计带来 的 麻烦 以及 设计研发难 、 开发周期长 ，难以 实现复杂系统的设计。 近年来 EDA 技术的高速发展，电子系统的设计技术发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件 CPLD／ FPGA 的出现，给设计人员带来了诸多方便。 利用它进行产品开发，不仅成本低、周期短、可靠性高，而且具有完全的知识产权。 EDA 的应用不仅可以克服单片机本身的局限性，而且还具有自身的优越性 [23]。 利用 FPGA 设计计费器来同时处理多个任务，增强计费器的灵活性及效率。 国内外现状分析 随着社会的不断进步，人们生活 水平的不断提高，出租车逐渐成为人们日常生活不可缺少的交通工具。 计 费 器作为出租车的一个重要组成部分，关系着出租车司机和乘客双方 的 利益，起着重要的作用，因而出租车计 费 器 发 展 迅猛 是情有可原，自然而然的结果。 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 AT89C51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 时间长，已 使用 了 近 十几年，在稳定性、成本、以及使用习惯上都具有 很大的 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 、空调费的收取等 ，都对传统的出租车计费器提出了更高的要求 [4]。 近 几 年来，各大城市都在对出租车价格进行调整，由于 出租车的迅速发展，导致出租车 数量太多，很多城市的调价甚至需要一个月的时间才能 全部 完成， 在此 过程中 经常会 出现 同一时间出现几个价格 的情况 ， 甚至于 有 一些 城市的出租车上还会出现司机人工计价 却因此与乘客发生争议 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。 满足出租车发展的需求成为必然的趋势 [5]。 2 研究设想与研究内容 本设计主要 根据系统的总体功能， 采用层次化、模块化的设计方法，设计顺序为自底向上。 先实现系统框图中的各子模块，然后由顶层模块调用各子模块来完成整个系统。 首先 ， 系统时钟做分频处理，得到系统各模块所需的时钟频率，将采集到的信息送到 EP2C35F672C8 芯片，以及对等待信号，里程脉冲，计费 /复位等信息进行综合处理，电机转动时间以及停止，通过控制器的处理，得到总的费用信息，将等待时间 、 里程 、费用 等信息，通过 LED 数码管显示出来 [610]。 出租车计费器的内容： ◇ 行程 4 公里内（包括 4 公里），且等待累计时间 2 分钟内（包括 2 分钟），起步费为 元； ◇ 4 公里外（不包括 4 公里）以每公里 元，等待累计时间 2 分钟外（不包括 2 分钟）以每分钟以 元计费。 ◇ 能显示行驶公里数、等待累计时间和最后的总费用。 本计费器的显示范围为 0～ 99 元，计价分辨率为 1 元；计程器显示范围为 0～99 公里，分辨率为 1 公里；计时器的显示范围是分钟的显示范围是 0～ 99, 分 辨率为 1 分钟。 秒的显示范围是 0～ 59。 分辨率为 1 秒。 3 1 EDA 设计方法及软件介绍和芯 片的选取说明 EDA 设计方法 数字电路设计中有两种基本的设计方法：自底向上和自顶向下设计方法。 在自顶向下方法中，首先定义定出功能模块，进而分享需要哪些构成顶层模块的必要的子模块；然后进一步对各子模块进行分解，直到达到无法进一步分解的底层功能块。 图 1 显示了这种方法的设计过程。 顶 层 模 块子 模 块 1 子 模 块 2 子 模 块 3叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 图 1 自顶向下设计方法 在自底向上设计方法中。 我们首先对现有的功能块进行分析，然后使用这些模块来搭建规模大一些的功能块，如此继续直至顶层模块。 图 2 显示了这种方法的设计过程。 顶 层 模 块宏 单 元 1 宏 单 元 2 宏 单 元 3叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 叶 单 元 图 2 自底向上设计方法 4 在典型的设计中，这两种方法是混合使用的。 设计者首先根据电路的体系结构定义顶层模块。 逻辑设计者确定如何根据功能将整个设计划分为子模块；与此同时，电路设计者对底层功能块电路进行优化设计，并进一步施压这些底层模块来搭建其高层模块。 两者的工作按相反的方向独立进行，直至在某中点回合。 这时，电路设计者已经使用开关级设计创建了一个底层功能块库，而逻辑设计者也通过使用自顶向下是方法将整个设计分解为由库单元构成的结构描述 [1112]。