(完整版)基于FPGA的出租车计价器的设计_毕业设计

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计一、项目背景出租车计程计费器是出租车行业的重要设备，它可以根据行驶里程和时间自动计算乘客的费用。

传统的计程计费器通常是基于单片机或嵌入式系统来实现的，但是随着FPGA技术的发展，利用FPGA来实现计程计费器也成为一种新的选择。

FPGA具有运算速度快、可编程性强的特点，可以有效地提高计程计费器的性能和灵活性。

本项目将设计基于FPGA的出租车计程计费器，并将其作为教学实践项目，以帮助学生掌握FPGA的应用技术和计程计费器的工作原理。

二、项目目标1. 理解出租车计程计费器的工作原理和需求；2. 掌握FPGA的基本原理和应用方法；3. 设计并实现基于FPGA的出租车计程计费器原型。

三、项目内容1. 出租车计程计费器的工作原理出租车计程计费器通常需要实现以下功能：- 实时采集车辆的行驶里程和行驶时间；- 根据里程和时间计算乘客的费用；- 显示乘客的费用信息。

2. FPGA的基本原理和应用方法FPGA是一种可编程的逻辑器件，它由大量的可编程逻辑单元和存储单元组成，可以根据用户的需要编程实现各种数字逻辑功能。

FPGA的设计通常包括以下几个步骤：- 确定设计功能和性能需求；- 采用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行逻辑设计；- 进行逻辑综合和布局布线；- 下载到FPGA芯片中进行验证和调试。

基于以上内容，学生将分为以下几个阶段进行项目设计和实现：第一阶段：学习出租车计程计费器的工作原理和需求，了解FPGA的基本原理和应用方法。

第二阶段：进行计程计费器的逻辑设计，包括行驶里程和行驶时间的实时采集、费用的计算和显示。

第三阶段：进行计程计费器的逻辑综合和布局布线，生成FPGA的配置文件。

第四阶段：将配置文件下载到FPGA芯片中进行验证和调试，完成基于FPGA的出租车计程计费器原型的设计和实现。

四、教学方案为了帮助学生顺利完成基于FPGA的出租车计程计费器项目，可以采取以下教学方案：1. 确定项目的实践环境和硬件平台，提供FPGA开发板和相关的软件工具；2. 组织相关理论课程和实验课程，介绍出租车计程计费器的工作原理和需求，讲解FPGA的基本原理和应用方法；3. 指导学生进行项目的逻辑设计、综合布局和验证调试，提供必要的技术支持和指导；4. 完成项目的设计和实现后，组织学生进行成果展示和总结，评选出优秀的作品并给予奖励。

《EDA》设计报告题目：出租车计价器FPGA设计学院：电子信息与电气工程学院专业：电子信息工程班级：姓名：学号：出租车计价器的FPGA设计引言FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)是一种高密度可编程逻辑器件，它支持系统可编程，通过写入不同的配置数据就可以实现不同的逻辑功能。

使用FPGA来设计电子系统，具有设计周期短、易于修改等明显特点，特别适合于进行科学实验、样机研制和电子产品的小批量生产。

一 .系统设计要求主要功能包括：信号输入模块对车轮传感器传送的脉冲信号进行计数(每100米送一个脉冲)，并以高低脉冲模拟出租汽车启动、停止、暂停、加速按钮，具有输入信号作用；数据转换模块将计费模块输出的车费和路程转换成4位的十进制数据；译码／动态扫描模块将路程与费用的数值译码后用动态扫描的方式驱动数码管；数码管显示模块将公里数用3位LED数码管显示、等待时间用2位LED数码管显示和计费金额用3位LED数码管显示。

二. 设计题目设计一个出租车计价器，要求显示里程和金额。

（1）出租车启动和停驶由司机控制；（2）行程小于基本里程时，显示起步价，基本里程设2公里，起步价设5元；（3）当行程大于基本里程时，每多行一公里，在起步价上加1元；（4）当出租车进入低速状态，由司机按下等候键，每等待5分钟加1元，不足5分钟的不计算；（5）此处用脉冲信号模拟轮胎的转数，设每计一个脉冲汽车前进100米，系统中所需脉冲均由20MHz晶振分频提供。

三 . 系统设计方案该系统的设计可以采用分立元件来搭建，也可以通过单片机来设计，而使用可编程FPGA来设计，具有设计周期短、易于修改等明显特点，而且随着可编程逻辑器件和EDA软件的飞速发展，越来越多的电子系统采用FPGA来设计，一旦该系统达到一定的量产规模，也比较容易转化为ASIC芯片设计。

因此，基于FPGA来设计一个出租车的计价器。

本系统在EDA工具软件MAX+plusⅡ中，采用硬件描述语言Verilog HDL和原理图设计相结合的方法，进行各个模块的设计，最终将各个模块组成整个系统。

目录
• 1 工程简介 • 2 我的工作 • 3 成果与总结
1 1.1 课题简介 本次设计为一个出租车计价系统， 随着城市旅游业的开展，出租车行业已成 为城市的窗口，象征着一个城市的文明程 度。所以出租车计价系统的设计意义非凡 ，具有非常高的实用价值，本系统设计采 用了自顶向下的设计思想，使用一片FPGA
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2 2.2 系统原理图 7
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系统顶层电路的设计既可以采用原理图的输入法，也可以使用文 本〔VHDL语言程序〕输入法。 由各个模块电路元件连接而成的系 统电路图如上图，clk为时钟周期信号， start/stop是启动停止按键电 路，reset为自动清零电路。
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3.1 系统仿真
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3.2 总结
2 2.1 系统框图
Res eSttart
Sp
Speed模 块
Kmmoney ters 模块
总里程
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2 系统主要分为四大模块：速度模块，计程模块，计时模块，计 费模块。 当开始计费信号信号有效时，计费器开始计费，根据出租车行驶 的速度的取值计算所用花费和行驶里程；当停止计费信号有效时， 计费器停止工作。让里程的档与档之间变换的时刻产生脉冲，让等 待时间每满3分钟产生一个脉冲，计价block的输入端为脉冲，每来 一个脉冲，输出价格状态变一次，可实现设计。
1 1.2 根本设计要求 本文拟设计一个出租车计费系统。其功能要 求如下：计费标准为起步3元，车行3公里后为1.4 元/公里，当计费到达20元后，每公里加收50%的 车费，车停止每3分钟增加0.7元。
1 1.3 根本流程 (1) 总体方案：把设计的方案进行代码设计， 用任何文本编辑器都可以进行保存，也可 以用专用的VHDL编辑环境。通常VHDL文 件保存为.vhd文件。 (2) 代码验证：用QuartusII 对代码进行编译 ，检验其正确性。

基于FPGA的出租车计价器的设计摘要出租车计价器是乘客与司机双方的交易准则。

具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。

现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，所以计价器的普及也是毫无疑问的。

本论文阐述了EDA的发展及其优势、FPGA的发展趋势及结构特点和VHDL语言的优点及语法结构，并分析了出租车计价器各模块的功能要求、基本原理以及实现方法。

本论文的设计采用VHDL硬件描述语言进行编程，基于Quartus II软件平台进行编译和仿真。

论文介绍了采用FPGA芯片设计出租车计价器的方法，阐述了该计价器的主要组成单元：车轮大小选择模块、计程模块、计时模块及计费模块、数据分配模块、分频模块、译码模块的设计方法，同时给出了详细的仿真波形，实现了出租车基本计费功能，还能模拟汽车启动，停止，暂停等状态，同时提高了计费系统的可靠性、通用性。

本设计在FPGA 试验箱上运行良好，实现了计费器的各项功能。

关键字FPGA，VHDL，Quartus II，出租车计价器Subject: The design of the taxi meter based on FPGASpecialty: Microeletronics Science and EngineeringName:Dan Shen (Signature) ___________ Instructor: Gaili Yue (Signature) ___________ABSTRACTTaxi meter is the rule of passenger and driver. Have a good performance of the meter for our taxi driver or passenger is very necessary. Now the automatic taxi meter has popularized, and some small city has not been popular, but with the quickening of city construction, the symbol of the city will accelerate development of the taxi industry.This article elaborates the concept and development of EDA , the development trend and structure of the FPGA, andexplains the advantages and grammar structure of VHDL ,meanwhile, analysed the function request, the basic principle as well as the method ofaccomplishment of each parts. This system's design programmes in the VHDL, compiled and emulated basing on Quartus II platform of Altera consists of four modules, that is speed, mileage, timing and billing module. This paper introduce one method that can use a chip of FPGA to design taxi meter, which consists of four modules, that is speed, mileage, timing and billing module, and then, describe the design of each module and give out the simulation. This taxi meter can be self-charging according to mileage, which also can simulate the state of speed,such as start, stop, and pause, at the same time, its reliability and commonality also can be improved. This design FPGA test box on running well, realize the different functions of the message accounting device.KEY WORDS FPGA , VHDL , Quartus II ,The taxi meter目录第1章绪论 (1)1.1课题研究背景及目的 (1)1.2课题研究现状 (2)1.3课题研究方法 (3)第2章设计相关工具介绍 (4)2.1EDA介绍 (4)2.1.1 EDA的发展 (4)2.1.2 EDA的优势 (5)2.2FPGA介绍 (5)2.2.1 FPGA的发展趋势 (6)2.2.2 FPGA结构及其特点 (7)2.3VHDL介绍 (7)2.3.1 VHDL简介 (7)2.3.2 VHDL代码结构 (8)2.3.3 VHDL语言设计硬件电路的优点 (9)2.4Q UARTUS II (10)2.4.1 QuartusⅡ简介 (10)2.4.2 QuartusⅡ设计流程 (10)2.5实验箱简述 (11)第3章系统的设计 (13)3.1总体设计 (13)3.1.1 出租车计价器的设计要求 (13)3.1.2 总体框架设计 (13)3.1.3流程图 (14)3.2主要模块设计 (16)3.2.1 出租车总体模块设计 (16)3.2.2 车轮大小选择模块设计 (17)3.2.3 计程模块设计 (18)3.2.4 计时模块设计 (18)3.2.5 计费模块设计 (19)3.2.6 数据分配模块设计 (21)3.2.7 译码模块设计 (21)3.2.8 分频模块设计 (22)第4章仿真及调试结果 (23)4.1仿真结果 (23)4.1.1 出租车总体模块仿真波形 (23)4.1.2 车轮大小选择模块仿真波形 (23)4.1.3 计程模块仿真波形 (24)4.1.4 计时模块仿真波形 (24)4.1.5 计费模块仿真波形 (25)4.1.6 数据分配模块仿真波形 (25)4.1.7 译码模块仿真波形 (26)4.1.8 分频模块仿真波形 (26)4.2管脚分配及说明 (27)4.3调试结果及分析 (27)第5章总结 (31)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (36)源代码 (36)第1章绪论1.1 课题研究背景及目的出租车计价器是乘客与司机之间用于公平贸易的工具，同时它也是出租车行业发展的重要标志。