工程学院毕业设计FPGA的出车计费器论文.docVIP

1 引言 最近几年出租车行业发展迅速，在全国有几千家出租车公司，因此出租车计费器的市场是庞大的。由于受到油价影响，各大城市都推出了运价油价联动机制，所以出租车计费器计价标准的灵活设定成为未来计费器不可缺少的一部分。而出租车运价是1993年制定的，1998 年做过微调，可见已经十年没有变动了，所以现在的计费器都没有把灵活设定计价标准的功能加入其中，以至于出现了更改计价标准时要取下芯片重新记录，据可靠统计每台计费器更换标准以及调试所需时间为1小时，一个城市的出租车计费器修改所需时间为1个月。现在计费器大多数以单片机为平台的，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。而FPGA等数字可编程器件的出现彻底解决了这个问题，而且性能更稳定、设计更灵活、能实现较复杂的功能，运用EDA软件可方便的在电脑上实现设计与仿真。本设计是基于FPGA的出租车计费器设计，使用软件MAX+PLUSⅡ和超高速硬件描述语言VHDL来实现起价标准灵活设定、白天深夜不同计价标准设定、超价加费设定、LED显示(包括等待时间、等待费用，行驶里程、里程费用)等功能。FPGA是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，未来必定会取代部分落伍的数字器件。 2 概述 2.1 出租车计费器现状 最近几年出租车行业发展迅速，在全国有几千家出租车公司，出租车计费器的市场非常庞大。随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高，用户不仅要求计费器性能稳定，计费准确，有防作弊功能；同时还要求其具有车票资料打印 、费、语音报话、和电脑串行通信等功能。随着生活水平的提高，更加精良的计价器来为乘客提供更加方便快捷的服务。随着改革开放日益深入，出租车行业的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程到能够自主计费，以及现在的能够打一发票和语音提示、按时间自主变动单价等功能。现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局。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，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来汽车计价器的市场还是十分有潜力的。1．2． 2.2 FPGA概述 1. FPGA发展状况 自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑阵列(FPGA)至今，FPGA已经成为当今电子设计应用市场上首选的可编程逻辑器件之一。从航空航天到数字信号处理，再到汽车家电等消费领域，无处不见FPGA的身影。而且，随着微电子等工艺的进步，FPGA器件本身的性能逐年在提高，使得FPGA器件与其他同类器件相比更有竞争力。在这个各类电子设计器件百花齐放的时代，广大消费者需要对电子设计器件有个更深入地了解，从而为自己的科研学习或工业生产挑选到既能满足各项性能指标要求，又经济实惠的合适的电子设计器件。因此，进行FPGA器件的应用研究并进行各类电子设计产品的性能优势对比分析是一项很有价值和实际意义的工作。 随着EDA技术的高速发展，电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件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2. FPGA的结构与原理 目前生产FPGA的公司主要有Xilinx、Altera、Actel、Lattice、QuickLogic等，生产的FPGA品种和型号繁多。尽管这些FPGA的具体结构和性能指标各有特色，但它们都有一个共同之处，即由逻辑功能块排成阵列，并由可编程的互连资源连接这些逻辑功能块，从而实现不同的设计。 典型的FPGA通常包含三类基本资源：可编程逻辑功能块、可编程输入/输出块和可编程互连资源。可编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元，多个逻辑功能块通常规则地排成一个阵列结构，分布于整个芯片；可编程输入/输出块完成芯片内部逻辑与外部管脚之间的接口，围绕在逻辑单元阵列四周；可编程内部互连资源包括各种长度的连线线段和一些可编程连接开关，它们将各个可编程逻辑块或输入/输出块连接起来，构成特定功能的电路。用户可以通过编程决定每个单元的功能以及它们的互连关系，从而实现所需的逻辑功能。不同厂家或不同型号的FPGA，在可编程逻辑块的内部结构、规模、内部互连的结构等方面经常存在较大的差异。 除了上述构成FPGA基本结构的三种资源以外，随着工艺的进步和应用系统需求的发展，一般在FPGA中还可能包含以下可选资源：存储器资源（块RAM、分布式RAM）； 数字时钟管理单元（分频/倍频、数字延迟、时钟锁定）；算数运算单元（高速硬件乘法器、乘加器）；多电平标准兼容的I/O接口；高速串行I/O接口；5特殊功能模块（以太网MAC等硬IP核）；微处理器（PowerPC405等硬处理器IP