基于Verilog HDL的车程计费器设计.doc

本科学生毕业论文（设计）题目(中 文):基于Verilog HDL的车程计费器设计(英 文):The Design of Taxi meter Based OnVerilog HDL姓 名学 号院 （系）专业、年级指导教师 湖南科技学院本科毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本科毕业论文（设计）作者签名： 二0 年 月 日 毕业论文（设计）任务书课题名称：基于Verilog HDL的车程计费器设计学生姓名：系 别：专 业：指导教师： 湖南科技学院本科毕业论文（设计）任务书1、主题词、关键词： 计费器；Verilog HDL；FPGA；2、毕业论文（设计）内容要求：利用EDA平台，用Verilog HDL语言及FPGA器件构成出租车计费器这一数字系统的设计，其内容包括：1、通过对总时钟进行分频得到计费器需要的时钟信号，并将此信号输入对应的模块中；2、以Altera公司的可编程逻辑芯片cycloneII系列的EP2C35F672C8的FPGA芯片为控制核心、附加一定外围电路构成所需系统；3、显示计程、计费、等待时间，并能实现最终费用的显示。3、文献查阅指引：1 茅丰.基于FPGA的出租车计费器设计D.上海交通大学.2007.2 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程M.北京航空航天大学出版社.2008.103-131. 3 潘松,黄继业. EDA技术与VHDLM. 清华大学出版社.2005.07.201-262.4 焦敏.FPGA在出租车计费器上的应用研究J.中国科技信息.2009.95 张立,张光新,柴磊,周泽魁. FPGA在多功能计费器系统中的应用N.仪器仪表学报.2005.8.26.86 J.Bhasker. VerilogHDL硬件描述语言M.机械工业出版社.2000.07.11-457 张明. VerilogHDL实用教程M.电子科技大学出版社.1999.11.123-1568 王伟. Verilog HDL程序设计与应用M.人民邮电出版社.2005.03.174-2009 刘秋云. Verilog HDL 设计实践与指导M.机械工业出版社.2005.01.86-10110 王冠. Verilog HDL与数字电路设计M. 机械工业出版社.2006.07.32-7811 杜慧敏.基于VerilogHDL的FPGA设计基础M.高等教育出版社. 2006.02.156-17512 K.科夫曼. 基于Verilog语言的实用FPGA设计M.科学出版社.2004.6.90-10513 W_ou,wc110888.Cyclone II.百度百科. 14 返山人. QuartusII.百度百科. 15 dianzisheji03.QUARTUSII介绍2.百度文库. 6ef0975f46527d3e14e.html4、毕业论文（设计）进度安排：2012年9月28日2012年11月15日：收集有关方面的资料；2012年11月16日2012年 12月5日：在对资料充分研究的基础上，提出可行的设计方法；2012年12月6日2013年5月10日：通过对系统的仿真测试；并从硬件实物上给于证明； 2013年5月15日2013年5月20日：论文总结、答辩。教研室意见： 负责人签名： 注：本任务书一式三份，由指导教师填写，经教研室审批后一份下达给学生，一份交指导教师，一份留系里存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）开题报告书论文（设计）题目基于Verilog HDL的车程计费器设计作 者 姓 名伍莉萍所属系、专业、年级 电子工程系 电子信息工程专业 2009 年级指导教师姓名、职称潘海军 高级实验师预计字数10000开题日期2012.12.25选题的根据：1）说明本选题的理论、实际意义2）综述国内外有关本选题的研究动态和自己的见解1） 说明本选题的依据及其意义现代集成电路芯片中，随着设计规模的不断扩大，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CPLDFPGA的出现，给设计人员带来了诸多方便。本文设计的是一个以Altera公司可编程逻辑芯片cycloneII系列的EP2C35F672C8的FPGA芯片为控制核心、附加一定外围电路组成的出租车计费器系统。本设计利用FPGA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。2） 综述国内外有关本选题的研究动态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，计费器的发展非常迅猛。目前市场上使用的计费器主要是利用单片机实现的计费器设计，显示方式上主要采用的是LED 显示。传统的出租车计费器发展使用了十几年，在稳定性、成本、及使用习惯上都具有一些优势。我国加入 WTO 以来主导出租车行业成本的许多因素，如油价的波动，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，很多城市的调价时间需要很长，经常会同一时间出现几个价格，甚至会出现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。主要内容：本设计主要根据系统的总体功能，采取自底向上模块化的设计方法，进行端口定义和功能划分，通过合理连接和协调各相关的各个不同端口，得到整个电路系统。首先，对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。本课题研究的主要目标是：改善不同单片机程序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，倘若系统设计不好，会造成系统不稳定，灵活性差，难以实现复杂系统的设计的缺点。利用FPGA设计计费器来同时处理多个任务，增强及废弃的灵活性及效率。研究方法：主要采用理论分析与实时仿真的方法，大量查阅相关专业文献，不断调试完善程序，在指导教师的具体指导下，完成电路设计和程序设计，撰写论文。并且积极、充分与同学进行交流、讨论，按时完成课题中所提出各项研究内容，顺利、及时撰写、提交毕业论文，顺利完成作品实物。完成期限和采取的主要措施：完成期限：2012年4月完成论文。完成这项设计主要采取两条措施：1、联系毕业设计指导师，寻求有关毕业设计信息，确定设计课题方向与设计内容。2、利用课余时间到图书馆和网络上查阅数据，并虚心向老师请教和同学进行学习交流，并在硬件上验证设计的效果，保障毕业设计的顺利完成。主要参考资料：1 茅丰.基于FPGA的出租车计费器设计D.上海交通大学.2007.2 夏宇闻.Verilog数字系统设计教程M.北京航空航天大学出版社.2008.103-131. 3 潘松,黄继业. EDA技术与VHDLM. 清华大学出版社.2005.07.201-262.4 焦敏.FPGA在出租车计费器上的应用研究J.中国科技信息.2009.95 张立,张光新,柴磊,周泽魁. FPGA在多功能计费器系统中的应用N.仪器仪表学报.2005.8.26.86 J.Bhasker. VerilogHDL硬件描述语言M.机械工业出版社.2000.07.11-457 张明. VerilogHDL实用教程M.电子科技大学出版社.1999.11.123-1568 王伟. Verilog HDL程序设计与应用M.人民邮电出版社.2005.03.174-2009 刘秋云. Verilog HDL 设计实践与指导M.机械工业出版社.2005.01.86-10110 王冠. Verilog HDL与数字电路设计M. 机械工业出版社.2006.07.32-7811 杜慧敏.基于VerilogHDL的FPGA设计基础M.高等教育出版社. 2006.02.156-17512 K.科夫曼. 基于Verilog语言的实用FPGA设计M.科学出版社.2004.6.90-10513 W_ou,wc110888.Cyclone II.百度百科. 14 返山人. QuartusII.百度百科. 15 dianzisheji03.QUARTUSII介绍2.百度文库. 6ef0975f46527d3e14e.html指导教师意见： 指导教师签名： 教研室意见：签 名： 年 月 日开 题 报 告 会 纪 要时间 2012年12月25日地点三教103与会人员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）张新安教授潘海军高级实验师唐云讲师李荣讲师梁晓琳讲师张丹助教会议记录摘要：会议主持人：记 录 人：年 月 日指导小组意见负责人签名： 年 月 日系部 意 见负责人签名：年月日注：此表由学生本人填写，一式三份，一份留系里存档，指导老师和本人各保存一份湖南科技学院毕业论文（设计）中期检查表毕业论文（设计）题 目基于Verilog HDL的车程计费器设计学生姓名伍莉萍学 号200906002415系 别电子工程系专 业电子信息工程指导教师潘海军检查日期2013.4.10指导教师检查情况记载及修改意见：1、论文初稿已经完成；2、完成中期工作量，还存在不足；3、论文中很多地方存在格式不正确，字体不符合要求等错误。具体修改意见如下：1、目录格式不正确，摘要不要放到目录里，绪论不是第一章，下一章作为第一章，因此修改后重新生成目录；2、中文摘还要精简下，简要介绍为什么做，怎么做的，做的结果怎么样，大概300-500左右；修改后英文摘要相应重新翻译； 3、文中标题的格式不对，请按照模板给出的章、节、条格式进行修改； 4、文中的公式用公式编辑器重新编辑； 5、参考文献按照学校的规范写，标出页码，同时标出在正文中的具体位置；签名： 注：此表用于指导教师在学生毕业论文（设计）初稿完成后对学生执行任务书情况进行中期检查时用，由指导教师填写。湖南科技学院毕业设计（论文）指导过程记录表毕业论文(设计)题目基于Verilog HDL的车程计费器设计学生姓名伍莉萍学号200906002415专业班级电子信息工程2009级4班指导教师潘海军职称高级实验师系（教研室）三教103指导过程记录指导内容记录(一)讲解对于论文格式填写的要求，并布置近期寒假中的工作。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录(二)检查假期工作， 对论文的难点、重点进行讲解。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录（三)对论文的排版和内容分布进行讨论。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录(四)对于论文的设计进行辅导，督促完成设计。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导过程记录指导内容记录(五)督促完成论文初稿，详细说明中期检查的要求。学 生 签 名： 20 年 月 日指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录(六)对论文软硬件功能设计内容进行详细讲解。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录(七)对论文进行格式指导，修改论文的细节部分及各个部分的比重。学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日指导内容记录(八)确定答辩时间，交待答辩工作及注意事项。 学 生 签 名： 20 年 月 日 指导教师签名： 20 年 月 日答辩小组组长意见(对情况是否属实做出意见)组长(签名)： 20 年 月 日注：本表与毕业论文一起装订存档。湖南科技学院本科毕业论文（设计）评审表论文题目基于Verilog HDL的车程计费器设计作者姓名伍莉萍所属系、专业、年级电子工程 系 电子信息工程 专业 2009年级指导教师姓名、职称潘 海 军 高级实验师字 数10000定稿日期2013.5.8中文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双方的利益，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（3-5个）车程计费器 Verilog HDL FPGA Quartus II英文摘要With the development of society, the improvement of people's living standard, the taxi has become indispensable to people'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 composed 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.关键词(3-5个)Taxi meter Verilog HDL FPGA Quartus II 指导教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分指导教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 指导教师评审意见： 指导教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。评阅教师评定成绩评审基元评审要素评审内涵满分评阅教师实评分选题质量25%目的明确符合要求选题符合专业培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）综合训练的目的。10理论意义或实际价值符合本学科的理论发展，有一定的学术意义；对经济建设和社会发展的应用性研究中的某个理论或方法问题进行研究，具有一定的实际价值。10选题恰当题目规模适当，难易度适中；有一定的科学性。5能力水平40%查阅文献资料能力能独立查阅相关文献资料，归纳总结本论文所涉及的有关研究状况及成果。10综合运用知识能力能运用所学专业知识阐述问题；能对查阅的资料进行整理和运用；能对其科学论点进行论证。10研究方案的设计能力整体思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的运用能力能运用本学科常规研究方法及相关研究手段（如计算机、实验仪器设备等）进行实验、实践并加工处理、总结信息。10外文应用能力能阅读、翻译一定量的本专业外文资料、外文摘要和外文参考书目（特殊专业除外）体现一定的外语水平。5论文质量35%文题相符较好地完成论文选题的目的要求。5写作水平论点鲜明；论据充分；条理清晰；语言流畅。15写作规范符合学术论文的基本要求。用语、格式、图表、数据、量和单位、各种资料引用规范化、符合标准。10论文篇幅10000字左右。5实评总分 成绩等级 评阅教师评审意见： 评阅教师签名： 说明：评定成绩分为优秀、良好、中等、及格、不及格五个等级，实评总分90100分记为优秀，8089分记为良好，7079分记为中等，6069分记为及格，60分以下记为不及格。湖南科技学院本科毕业论文（设计）答辩记录表论文题目基于Verilog HDL的车程计费器设计作者姓名伍莉萍所属系、专业、年级电子工程系 电子信息工程专业 2009 年级指导教师姓名、职称潘海军 高级实验师答 辩 会 纪 要时间2013.5.18地点三教103答辩小组成员姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）姓 名职务（职称）张新安教授潘海军高级实验师唐云讲师李荣讲师梁晓琳讲师张丹助教答辩中提出的主要问题及回答的简要情况记录：会议主持人：记 录 人：年 月 日答辩小组意见评语：评定等级： 负责人（签名）： 年 月 日系学位委员会意见评语：论文（设计）最终评定等级：负责人（签名）： 系部（公章） 年月 日校学位委员会意见评语：评定等级： 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21 EDA设计方法及软件介绍和芯片的选取说明31.1 EDA设计方法31.2 CycloneII EP2C35F672C8芯片的介绍41.3 软件QuartusII的介绍52 系统的总体设计72.1 出租车计费器系统组成框图72.2 系统主要模块的设计82.2.1 分频模块82.2.2 计程模块82.2.3 计时模块102.2.4 控制模块102.2.5 计费模块102.2.6 数码管显示模块112.2.7 顶层模块123 系统仿真测试133.1 计时模块仿真133.2 计程模块143.3 计费模块仿真143.4 顶层模块系统仿真144 综合164.1 Quartus II软件综合的报表164.2 仿真电路图16结论17参考文献18附录一19致 谢27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 IIThe Design of Taxi meter Based On FPGA AbstractWith the development of society, the improvement of people's living standard, the taxi has become indispensable to people'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 composed 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 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CPLDFPGA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2-3。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。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6-10。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6.0元； 4公里外（不包括4公里）以每公里1.0元，等待累计时间2分钟外（不包括2分钟）以每分钟以1.0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099元，计价分辨率为1元；计程器显示范围为099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099, 分辨率为1分钟。秒的显示范围是059。分辨率为1秒。1 EDA设计方法及软件介绍和芯片的选取说明1.1 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。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。图2 自底向上设计方法在典型的设计中，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