出租车计费系统的设计毕业设计管理资料Word文件下载.docx
- 文档编号:20608150
- 上传时间:2023-01-24
- 格式:DOCX
- 页数:19
- 大小:284.93KB
出租车计费系统的设计毕业设计管理资料Word文件下载.docx
《出租车计费系统的设计毕业设计管理资料Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《出租车计费系统的设计毕业设计管理资料Word文件下载.docx(19页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
第一章引言
设计背景
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。
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,所以出租车计费器记价标准的灵活设定成为未来计费器不可缺少的一部分。
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,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。
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软件方便的在电脑上实现设计与仿真。
理想的可编程逻辑开发系统能符合大量的设计要求:
它能够支持不同结构的器件,在多种平台运行,提供易于使用的界面,并且有广泛的特征。
此外,一个设计系统应该能给设计师提供充分自由的设计输入方法和设计工具选择。
编程器是一种专门用于对可编程器(如EPROM,EEPROM,GAL,CPLD,PAL等)进行编程的专业设备PLD器件的逻辑功能描述一般分为原理图描述和硬件描述语言描述,原理图描述是一种直观简便的方法,它可以将现有的小规模集成电路实现的功能直接用PLD器件来实现,而不必去将现有的电路用语言来描述,但电路图描述方法无法做到简练;
硬件描述语言描述是可编程器件设计的另一种描述方法,语言描述可能精确和简练地表示电路的逻辑功能,现在PLD的设计过程中广泛使用。
常用的硬件描述语言有ABEL,VHDL语言等,其中ABEL是一种简单的硬件描述语言,其支持布尔方程、真值表、状态机等逻辑描述,适用于计数器、译码器、运算电路、比较器等逻辑功能的描述;
VHDL语言是一种行为描述语言,其编程结构类似于计算机中的C语言,在描述复杂逻辑设计时,非常简洁,具有很强的逻辑描述和仿真能力,是未来硬件设计语言的主流[1]。
VHDL就是超高速集成电路硬件描述语言。
覆盖面广,描述能力强,是一个多层次的硬件描述语言。
在VHDL语言中,设计的原始描述可以非常简练,经过层层加强后,最终可成为直接付诸生产的电路或版图参数描述。
具有良好的可读性,即容易被计算机接受,也容易被读者理解。
使用期长,不会因工艺变化而使描述过时。
因为VHDL的硬件描述与工艺无关,当工艺改变时,只需修改相应程序中的属性参数即可。
支持大规模设计的分解和已有设计的再利用。
一个大规模的设计不可能由一个人独立完成,必须由多人共同承担,VHDL为设计的分解和设计的再利用提供了有力的支持[2]。
EDA发展概况
电子设计技术的核心就是EDA技术,EDA是指以计算机为工作台,融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包,主要能辅助进行三方面的设计工作,即IC设计、电子电路设计和PCB设计。
EDA技术已有30年的发展历程,大致可分为三个阶段。
70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段,人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线,取代了手工操作。
80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。
与CAD相比,CAE除了有纯粹的图形绘制功能外,又增加了电路功能设计和结构设计,并且通过电气连接网络表将两者结合在一起,实现了工程设计。
CAE的主要功能是:
原理图输入,逻辑仿真,电路分析,自动布局布线,PCB后分析。
90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。
[3]
随着微电子技术和计算机技术的不断发展,在涉及机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等领域的电子系统设计工作中,EDA技术的含量正以惊人的速度上升,它已成为当今电子技术发展的前沿之一。
EDA以计算机为工具,设计者在其软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
利用EDA技术[2](特指IES/ASIC自动设计技术)进行电子系统的设计,具有以下几个特点:
①用软件的方式设计硬件;
②用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的;
③设计过程中可用有关软件进行各种仿真;
④系统可现场编程,在线升级;
⑤整个系统可集成在一个芯片上,体积小、功耗低、可靠性高;
6.从以前的“组合设计”转向真正的“自由设计”;
7.设计的移植性好,效率高;
8.非常适合分工设计,团体协作。
因此,EDA技术是现代电子设计的发展趋势。
电子设计自动化(electronicdesignautomation,EDA)技术的理论基础,设计工具,设计器件应是这样的关系:
设计师用硬件描述语言HDL描绘出硬件的结构或硬件的行为,再用设计工具将这些描述综合映射成与半导体工艺有关的硬件配置文件,,配置上不同的文件时,,综合,仿真,验证,配置的过程中,现代电子设计理论和现代电子设计方法贯穿于其中。
中国EDA市场已渐趋成熟,不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域,仅有小部分(约11%)的设计人员开发复杂的片上系统器件。
为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争,中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。
在信息通信领域,要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术,积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品,发展新兴产业,培育新的经济增长点。
要大力推进制造业信息化,积极开展计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助工艺(CAPP)、计算机机辅助制造(CAM)、产品数据管理(PDM)、制造资源计划(MRPII)及企业资源管理(ERP)等。
有条件的企业可开展“网络制造”,便于合作设计、合作制造,参与国内和国际竞争。
开展“数控化”工程和“数字化”工程。
自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合,形成测量、控制、通信与计算机(M3C)结构。
在ASIC和PLD设计方面,向超高速、高密度、低功耗、低电压方向发展。
外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好,如组合超大屏幕的相关连接,多屏幕技术也有所发展[3]。
中国自1995年以来加速开发半导体产业,先后建立了几所设计中心,推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。
在EDA软件开发方面,目前主要集中在美国。
但各国也正在努力开发相应的工具。
日本、韩国都有ASIC设计工具,但不对外开放。
中国华大集成电路设计中心,也提供IC设计软件,但性能不是很强。
相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。
据最新统计显示,中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场,年复合增长率分别达到了50%和30%。
EDA技术发展迅猛,完全可以用日新月异来描述[4]EDA技术的应用广泛,现在已涉及到各行各业。
EDA水平不断提高,设计工具趋于完美的地步。
EDA市场日趋成熟,但我国的研发水平还很有限,需迎头赶上。
VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。
除了含有许多具有硬件特殊的语句外,VHDL的语言形式和描述风格与句法十分类似于一般的计算机高级语言。
VHDL程序结构特点是将一项工程设计,或称设计实体(可以是一个元件、一个电路模块或一个系统)分成外部(或称可视部分,即端口)和内部(或称不可视部分),即设计实体的部功能和算法完成部分。
在对一个设计实体定义了外部界面后,一旦内部开发完成后,他的设计可以直接调用这个实体。
这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设技的基本点。
随着EDA技术的发展,使用硬件语言设计FPGA成为一种趋势。
借用软件用VHDL语言开发FPGA的完整流程为:
(1)文本编辑:
用任何文本编辑器都可以进行,也可以用专用的HDL编辑环境。
。
(2)功能仿真:
将文件调入HDL仿真软件进行功能仿真,检查逻辑功能是否正确
也叫前仿真,对简单的设计可以跳过这一步,只在布线完成以后,进行时序仿真)。
(3)逻辑综合:
将源文件调入逻辑综合软件进行综合,即把语言综合成最简的布尔
达式和信号的连接关系。
(edif)的EDA工业标准文件。
(4)布局布线:
,即把设计好的逻
安放到PLD/FPGA内。
(5)时序仿真:
需要利用在布局布线中获得的精确参数,用仿真软件验证电路的时
(也叫后仿真)。
(6)编程下载:
确认仿真无误后,将文件下载到芯片中。
.sof文件用于直接下载到
片(掉电后会消失),.pof文件用于rom芯片下载(掉电后不消失)[6]。
一个出租车计价器,该计价器的计费系统:
行程3公里内,且等待累计时间2分钟内,起步费为8元;
,。
并能显示行驶公里数、等待累计时间、总费用。
、
计费及显示
1)用二位数字显示里程,显示格式为XX,单位为km,计程精确到1km。
2),,,单位为元。
3)计时范围为0-59分,计时精确到1分钟
第二章出租车计费系统的设计
出租车记费器的基本设计思想。
出租车计费器现状和挑战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。
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89C51单片机实现计费器设计,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,由于发展使用了十几年,在稳定性、成本、以及使用习惯上都具一些优势,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,都对传统的出租车计费器提出了更高的要求。
近一年来,各城市都在对出租车价格进行调整,由于数量太多,很多城市的调价甚至需要一个月的时才能完成,经常会同一时间出现几个价格,有的城市的出租车上还会出现司机人工计价尴尬情形。
这些都暴露了传统计费器在灵活性和升级换代能力的天生不足。
一.传统计费器的不足可以体现在以下几点:
1.产品更新周期长
传统计费器利用MCU如89C51单片机实现汽车计费器的设计,大部分的功能可以用片机来实现。
但是单片机程序是不通用的,不同的芯片有不同的指令集,因此设计研发较困难,周期长。
如果系统设计的不好,则系统不是很稳定,而且灵活度不够,不易实现功能复杂的设计。
2.计价方式的不灵活
每次计价标准的修改都需要将芯片从新烧录,使得每次调价都需要耗费大量的人力物力,很难达到目前油价联动的需求。
,如果需要改变显示内容,甚至需要整个设备的更换,不利于产品的理想升级。
这些都体现了目前对出租车计费器市场更新换代的需求。
二.解决方案
考虑到目前出租车行业迅猛发展的趋势以及对计费器更高的灵活性要求,本设计希望尝试一些新的方法来予以解决。
1.利用FPGA取代MCU
随着FPGA等数字可编程器件的出现解决传统电子设计不能完成的任务,利用FPGA实现出租车计费器。
可行性很高,而且电路简单,大大减少外围器件,可以用软件完全仿真,灵活度高,可以设计一些复杂的系统,而且编好的系统可以在不同的FPGA或CPLD片上通用。
FPGA能完成任何数字器件的功能,使用FPGA来开发数字电路,可以大大缩短设计时间,减少PCB面积,提高系统的可靠性。
同时由于FPGA的功能完全取决于VHDL语言编写的程序,不拘泥于某种芯片的特殊指令,更加提高了产品的更新换代能力。
[11]
2.增加计价标准设定功能
通过设计此功能模块可以使得计价标准设计更加灵活,体现目前出租车行业发展的需要,使运价、油价联动成为可能
第三章出租车计费系统的实现
系统流程介绍:
系统主要由电动机驱动模块、LED显示模块、计费标准设定模块、
自动计费模块、统计模块和时钟模块等组成。
首先由电动机驱动模块控制步进电机运转来模拟出租车车轮,速度值通过车速比较
器判断是否低于12km/h,如低于12km/h则进入计时状态(依照预设值每5分钟计为1km),车速在12到180km/h之间的则进入计程状态,根据车轮的大小不同每km计的次数也不同,计程和计时通过选通模块自动选择输出到自动计费模块,计程和计时同一时刻只会有一个处于运行状态。
自动计费模块会按照不同的计费标准自动调节计费。
[6]计费标准设定模块包挂起步费、单位里程费、低速行驶等待时间设定部分。
设定好的数值分别送到自动计费模块、计时模块和计程模块。
按下计费启动键后利用电容的瞬间充电过程来清零上一次的计费数值,此后开始自动计费,按下计费停止键后计费终止,统计模块自动执行保存记录。
统计模块统计的各项数据将通过LED显示模块,在最终界面上显示时钟、车速、、参数设定菜单等。
出租车系统的总体框图
计费设定系统原理图
计费控制显示模块
:
模块启动/停止按键部分的电路原理图
采用双刀双路开关,一路开关用于清零部分,另外两路开关外一路用于启动指示和启动/停止输出信号给FPGA芯片的分和启动计费部分同时进行,但清零只是瞬间的,计费指关换到另外的两路,空车指示灯黄灯亮起。
自动清零部分的电路原理图,如图所示。
自动清零部分的电路原理图
由于显示部分的特殊要求,即计费停止后屏幕上仍然要保次计费启动时才清零从新开始计费。
VHDL语言的特殊性,量同时用两个不同的动作使其赋值。
所以必须要有一个瞬间清零I/O端口为“1”时就自动清零。
使用电容的充放电功能来端为接地,按键闭合时电容充电清零输出端为高电平,充完电按键断开后,通过一个2k欧姆的电阻放电,为下次充电做好电平的时间大约为80ms,有足够的时间使FPGA实现清零了。
启动停止显示模块
启动停止显示模块当处于停止计费状态的话,屏幕上会屏幕上会显示“〉”。
2Hz给clk端,每一个clk使MP输出为“〉”“〉来呈现箭头滚动状态。
[7]
计时模块
当速度低于12km/h时计时模块启动。
输入端clk为1Hz,clr为清零端(计费停止后
动清零),time为时间设定输入端(默认为每5分钟计为1km,可设为其它值)。
输出
js60送到显示部分计数,每1分钟一个上升沿,js端送到计程计时选通模块,默认为
5分钟计为1km送出一个高电平。
.IBRARYieee;
SE;
NTITYjishiIS
PORT
(
clk:
INSTD_LOGIC;
clr:
time:
INstd_logic_vector(2downto0);
//等待
js:
OUTSTD_LOGIC//输出);
NDjishi;
RCHITECTUREaOFjishiIS
signalq:
STD_LOGIC_vector(8downto0);
signalp:
EGIN
_process:
process
begin
casetimeis
when"
000"
=>
p<
="
000000000"
;
001"
000111100"
010"
001111000"
011"
010110100"
100"
011110000"
101"
100101100"
110"
101101000"
whenothers=>
110100100"
endcase;
endprocess;
k_PROCESS:
process(clk,clr)
BEGIN
IFclr='
1'
then
q<
ELSIF(clk'
EVENTANDclk='
)THEN
ifq=pthen//累计
js<
='
else
=q+1;
0'
endif;
ENDIF;
NDPROCESS;
计程模块
计程模块,计算出租车行驶路程,每行驶一公里输出端jc就发出一个上升沿给计程
时选通模块。
输入端P为车轮大小的设定值,根据车轮直径的不同,每转一圈行进路
也不同,因此每公里计的CLK次数也会不同,车轮越大计的CLK数越少。
clr是清零
,每次计费结束后自动清零,保证下次计费的准确性。
[8]
BRARYieee;
NTITYjichenIS
(p:
instd_logic_vector(14downto0);
//
jc:
OUTSTD_LOGIC
);
NDjichen;
RCHITECTUREaOFjichenIS
STD_LOGIC_vector(14downto0);
ROCESS(clk,clr)
000000000000000"
ifq=pthen
jc<
NDa;
计程计时选通模块
通过速度比较器的输出信号给计程计时选通模块的选通端sel就可以识别现在是应该
把计程的信号输出给自动计费模块还是把计时的信号输出给自动计费模块。
输出端p
每个上升沿都代表计了1km。
.
计程计时显示输出模块
LCD显示屏上会显示0到999km的路程和0到99min的时间。
计程端有三位数字的
CD码输出,通过译码器成为LCD模块可以识别的8位数字编码。
计时端则有两位数字
BCD码输出,最大计时99分钟。
清零端clr则通过下次按下计费启动键的瞬间清零,
为计费停止后还要保持显示输出,让顾客和司机可以清楚地看到所有计费信息。
IBRARYieee;
NTITYjcjsoutIS
chen,shi:
ca,cb,cc:
bufferstd_logic_vector(3downto0);
sa,sb:
bufferstd_logic_vector(3downto0)
NDjcjsout;
RCHITECTUREaOFjcjsoutIS
_PROCESS:
process(shi,clr)//计时
sa<
0000"
sb<
ELSIF(shi'
EVENTANDshi='
ifsa=9then
ifsb=9then
=sb+1;
=sa+1;
dprocess;
process(chen,clr)
ca<
cb<
cc<
ELSIF(chen'
EVENTANDchen='
ifca=9then
ifcb=9then
ifcc=9then
=cc+1;
=cb+1;
=ca+1;
[13]
总额计算模块
总额计算模块的输入端CF和LF代表车费和桥路费,ST为计算信号输入端,当按下
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 出租车 计费 系统 设计 毕业设计 管理 资料