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基于VHDL的出租车计费器设计摘要近年来,随着人们生活水平的提高,出租车已经成为人们出行必不可少的交通工具之一。
而出租车计费器是出租车上的一个重要仪器,它是乘客与司机双方的公平交易准则。
在出租车的需求量不断加大的情况下,对出租车计费器系统的稳定性,灵活性的要求增加,具有良好性能的计费器对于司机和乘客都是很有必要的。
本文设计了一个基于VHDL的出租车计费器系统,该系统分为计费和显示两大模块。
计费模块是实现系统功能的核心,根据输入信号,将里程、计费和等候时间以BCD码形式显示出来,显示模块将其译码轮流扫描显示。
本设计首先在QuartusⅡ软件中,用VHDL语言对各个模块进行设计,其次画出顶层原理图,然后对顶层文件进行仿真测试,最后将仿真成功的设计文件下载到EDA实验箱进行验证。
验证结果具有计时、计里程、计费等功能。
关键词:出租车计费器;VHDL;Quartus Ⅱ;设计ⅠDesign of Taximeter Based on VHDLAbstractWith the development of people's living standard, taxi has become an important transportation in recent years. And taxi meter is an important instrument in taxi, it is the fair trade standards in both passengers and drivers. In the situation that the demand of taxi is increasing continuously and the requirements of taxi meter system's stability and flexibility are increase, the taxi meter which have a good performance is very necessary for drivers and passengers. This paper designs a taxi meter based on VHDL, the taxi meter system is divided into two modules: charge control and display control. The charge control module is the core to realize the function of the system, according to the input signal, display the mileage, charge and waiting time by BCD code. The display module will be scan and display decoding alternately. Firstly, using VHDL language compile the various parts in Quartus Ⅱ software, and draw the top diagram. Then the simulation test. Finally, the success of simulation program will be downloaded into the EDA experiment box. The validation result comply with the design requirements, there are many functions, as record the time, mileage and charge.Key woords: taximeter; VHDL; Quartus Ⅱ; designⅡ目录中文摘要 (Ⅰ)英文摘要 (Ⅱ)1 引言 (1)1.1 设计背景 (1)1.2 VHDL简介 (1)1.3 QuartusⅡ简介 (3)2 出租车计费器的设计 (3)2.1 系统设计要求 (3)2.2 设计思路 (4)2.3 出租车计费器系统工作流程图 (4)3 出租车计费器的实现 (5)3.1 出租车计费器的顶层原理图 (5)3.2 系统各功能模块的实现 (5)3.2.1 模块taxi:charge_control (6)3.2.2 模块display:display_control (6)4 出租车计费器系统仿真及分析 (7)4.1 顶层实体的仿真波形 (7)4.2 计费模块的仿真波形 (8)4.3 显示模块的仿真波形 (9)4.4 管脚锁定 (9)4.5 显示结果的几种情况 (10)5 总结 (11)参考文献 (12)致谢 (13)附录 (14)巢湖学院2012届本科毕业论文(设计)1 引言1.1 设计背景出租车行业在我国八十年代初开始兴起,因为其方便快捷的特点受到人们的欢迎。
尤其是近几年里,人们物质生活水平得到提高以及生活节奏加快了,很多城市的出租车行业迅速发展,出租车已经成为人们出行的普遍选择之一。
而出租车计费器是出租车内重要的仪器之一,它能够规范出租车市场,减小乘客与司机之间发生纠纷的可能性。
要想加强出租车行业的管理,提高服务的质量就必须要有一种功能齐全,准确计量,简单又易用的出租车计费器。
因为出租车计费器计数是连续累加的,所以它可以显示出任一时刻乘客应付的费用。
我国最初所使用的计费器只有一种功能,即计量。
我国第一家生产计费器的是重庆起重机厂,早期的计费器就是个里程表,因为它们都是用的机械齿轮结构,只能实现最简单的计程功能。
如今我国有上百家企业生产出租车计费器,这些企业主要分布在北京,上海,广州和沈阳等地。
随着时代的发展,第一代计费器已经不能满足人们的需求,科学技术的发展使第二代计费器应运而生。
它实现了半机械半电子化的设计,采用的是手摇计算机与机械结构相结合的方式,它不仅能实现计程的功能,同时还能完成计价的工作,给计费器的使用者带来了方便。
而大规模集成电路的发展又给计费器带来了新的变化,产生了第三代计费器,即全电子化的计费器。
它的功能变得更多,同时也在不断完善的过程之中。
在改进和完善的过程中,产生了很多实用的附加功能,给人们带来了更多的方便。
例如:(1)LED显示功能。
在计费器中添加数码管,让计费器多屏显示的功能得以实现;(2)永久时钟功能。
将日历时钟芯片运用到计费器当中,即使是在非营运的状态下,计费器上的时钟也可以永久显示;(3)存储功能。
计费器可长时间存储多项营运数据,以便于需要的时候查询[1]。
1.2 VHDL简介硬件描述语言已经有几十年的发展历史,并且在系统的仿真、验证和设计、综合等方面得到成功的应用。
目前常用的硬件描述语言有VHDL、 Verilog HDL 、1出租车计费器的设计及实现ABEL等[2][3][4]。
VHDL则起源于20世纪70年代末和80年代初,美国国防部提出的VHSIC计划,目标是为下一代集成电路的生产、实践阶段性的工艺极限和完成10万门级以上的电路设计而建立一种新的描述方法[5]。
VHDL的英文全称为Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,是IEEE 标准化的硬件描述语言,并且已经成为系统描述的国际公认标准,得到众多EDA 公司的支持。
VHDL具有很多的优点使它能够被大多数人认可,被广泛应用在逻辑电路的设计方面,并且成为了标准化的硬件描述语言,其优点如下:(1)功能强大和设计灵活。
一个简洁的使用VHDL语言编写的程序就可以描述一个复杂的逻辑电路,因为VHDL拥有强大的语言结构[6]。
VHDL多层次的设计描述功能可以有效地控制设计的实现,支持设计库和可重复使用的元件生成,还支持多种设计方式,如层次化设计、模块化设计和同步、异步和随机电路设计。
(2)与具体器件无关。
用VHDL设计硬件电路时不用先确定设计要用到哪种器件,也不用特别熟悉器件的内部结构,这样可以使设计人员专注于进行系统设计。
设计完成后,可以根据消耗的资源选择合适的器件,而不造成资源的浪费。
(3)很强的移植能力。
VHDL由很多不同的工具支持,同一个设计的程序可以在包括综合工具、仿真工具、系统平台等工具中使用。
(4)强大的硬件描述能力。
VHDL可以描述系统级电路和门级电路,而且描述方式多样,可以采用行为描述、寄存器传输描述或者结构描述,也可以用其混合描述方式。
同时,VHDL可以准确地建立硬件电路模型,因为它支持惯性延迟和传输延迟。
VHDL的数据类型很丰富,支持标准定义的数据类型,当标准定义的数据类型不能满足用户的需求时,用户可以自己定义的所需要的数据类型,增加了设计的自由度。
(5)语法规范,易于共享。
当把用VHDL编写的代码文件看作是程序时,它可以作为设计人员之间的交流内容;当把它看作是文档时,可以作为签约双方的合同文本。
VHDL易于共享的特点,使得大规模的协作开发容易实现。
同时,这些特点也促进了VHDL的发展和完善。
综上所述,VHDL有很多其他的硬件描述语言所不具备的优点。
但是,VHDL 仍然存在一些缺点,主要是3个方面。
(1)要求设计者对硬件电路知识甚至是芯片结构方面的知识了解较多。
应该摆脱一般的高级语言程序设计思路,因为在电路世界里的事件很多是并行发生2巢湖学院2012届本科毕业论文(设计)的,并且硬件电路系统内部的模块可以是互相独立的,也可以是互为因果的,所以,在用VHDL设计硬件电路时应摆脱一般的高级语言程序设计思路。
在设计电路时,应先构思电路,然后才能描述。
(2)不能进行太抽象的系统描述。
因为EDA工具无法综合抽象性太强的系统,故用VHDL描述系统电路时不能太抽象。
目前的VHDL很难综合实际的硬件电路,只能适用于系统建模。
(3)不能描述模拟电路。
对于模拟电路而言,VHDL并不是一种理想的硬件描述语言。
但可以预见,未来硬件描述语言的发展方向是模拟电路和数模混合电路的描述方式。
1.3 QuartusⅡ简介Quartus II 是Altera公司的综合性PLD开发软件,可以采用多种输入方式,如VHDL、Verilog HDL、AHDL(Altera Hardware Description Language)及电路图等。
它支持一些比较成熟的模块,如LPM/MegaFunction宏功能模块库等,设计者可以直接调用这些模块,从而使设计的复杂性降低了,设计的速度也加快了。
Quartus II 内带有综合器和仿真器,可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD 设计流程,减少了设计者的工作量。