基于CPLDFPGA的出租車計費器

1、基于CPLDFPGA的出租車計費器摘要： 介紹了出租車計費器系統(tǒng)的組成及工作原理，簡述了在EDA平臺上用單片CPLD器件構(gòu)成該數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計思想和實現(xiàn)過程。論述了車型調(diào)整模塊、計程模塊、計費模塊、譯碼動態(tài)掃描模塊等的設(shè)計方法與技巧。 關(guān)鍵詞： CPLDPPGA 硬件描述語言 出租車計費器 MAX+PLUS軟件 數(shù)字系統(tǒng) 隨著EDA技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)和工具發(fā)生了深刻的變化，大規(guī)模可編程邏輯器件CPLDFPGA的出現(xiàn)，給設(shè)計人員帶來了諸多方便。利用它進行產(chǎn)品開發(fā)，不僅成本低、周期短、可靠性高，而且具有完全的知識產(chǎn)權(quán)。本文介紹了一個以Altera公司可編程邏輯芯片EPM7128SLC

2、84-15為控制核心、附加一定外圍電路組成的出租車計費器系統(tǒng)。 1 系統(tǒng)組成 基于CPLDFPGA的出租車計費器的組成如圖1所示。各部分主要功能如下：(1)A計數(shù)器對車輪傳感器送來的脈沖信號進行計數(shù)(每轉(zhuǎn)一圈送一個脈沖)。不同車型的車輪直徑可能不一樣，通過“設(shè)置1”對車型做出選擇，以實現(xiàn)對不同車輪直徑的車進行調(diào)整。(2)B計數(shù)器對百米脈沖進行累加，并輸出實際公里數(shù)的BCD碼給譯碼動態(tài)掃描模塊。每計滿500送出一個脈沖給C計數(shù)器。“設(shè)置2”實現(xiàn)起步公里數(shù)預(yù)制。(3)C計數(shù)器實現(xiàn)步長可變(即單價可調(diào))的累加計數(shù)，每500米計費一次。“設(shè)置3”用來完成超價加費、起步價預(yù)制等。(4)譯碼動態(tài)掃描將路程

3、與費用的數(shù)值譯碼后用動態(tài)掃描的方式驅(qū)動數(shù)碼管。(5)數(shù)碼管顯示將公里數(shù)和計費金額均用四位LED數(shù)碼管顯示(三位整數(shù)，1位小數(shù))。 2 功能模塊設(shè)計 出租車計費器由車型調(diào)整模塊、計程模塊、計費模塊、譯碼動態(tài)及掃描等模塊組成，整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，首先用VHDL編寫功能模塊，然后用頂層原理圖將各功能模塊連接起來。 21 車型調(diào)整模塊 出租車車型并非單一，各個車型的輪胎直徑亦有所不同。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，現(xiàn)行出租車輪胎直徑大致有四種，直徑分別為520mm、540mm、560mm和580mm。若要使不同車型的出租車每行駛一百米均送出一個脈沖，可通過設(shè)置“可預(yù)制分頻器”的系數(shù)來完成。根據(jù)上述車輪直徑計算出的分

4、頻系數(shù)分別為61、59、57和55。預(yù)制數(shù)據(jù)受兩個車型設(shè)置開關(guān)控制，DIP開關(guān)狀態(tài)與車輪直徑對應(yīng)關(guān)系如表1所示(表中“1”為高電平，“0”為低電平)。 表1 車型設(shè)置 車輪直徑（mm） 520 540 560 580 DIP開關(guān)（兩位） 00 01 10 11 在參數(shù)預(yù)制中，使用With_Select語句(查表法)做分頻選擇： with cartype select typecounter9 or datal(4)1then datal(3 downto 0)：datal(3 downto 0)“0110”； datal(8 downto 5)：datal(8 downto 5)1； end

5、if； 其中，data(4)為半進位標志?！捌鸩絻r格”和“超價加費”設(shè)置參數(shù)分別如表3和表4所示。計費模塊(以下簡稱MONEY)封裝見圖4。 表3 起步價格設(shè)置 起步價格（元） 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 DIP開關(guān)（3位） 001 010 011 100 101 110 111 表4 超價加費設(shè)置 超價加費（元） 10.0 15.0 20.0 25.0 DIP開關(guān)（2位） 00 01 10 11 24 顯示模塊 顯示模塊由七段LED數(shù)碼管譯碼和動態(tài)掃描顯示兩部分組成。 241 七段LED數(shù)碼管譯碼 本次設(shè)計采用的是共陰極七段數(shù)碼管，根據(jù)16進制數(shù)和七段顯示段碼表的

6、對應(yīng)關(guān)系，用VHDL的With_Select或When_Else語句可方便實現(xiàn)它們的譯碼。 242 動態(tài)掃描顯示 動態(tài)掃描是利用人眼的視覺暫留原理，只要掃描頻率不小于24Hz，人眼就感覺不到顯示器的閃爍。本系統(tǒng)24Hz的掃描脈沖由相應(yīng)的外圍電路提供。動態(tài)掃描電路設(shè)計的關(guān)鍵在于位選信號要與顯示的數(shù)據(jù)在時序上一一對應(yīng)，因此電路中必須提供同步脈沖信號。這里采用八進制計數(shù)器提供同步脈沖，VHDL程序段如下： cIkl_label：PROCESS(scp) BEGIN IF scpvent and scp=1THEN count=count+1； END IF； END PROCESS clkl_lab

7、el； 顯示數(shù)據(jù)的選擇由計數(shù)器控制，VHDL程序段如下： temp=counterl when count=“000”else counter4 when count=“011”else milel when count=“100”else mile4 when count=“111”； 位選信號時序仿真如圖3所示。從時序仿真圖和上述程序可以看出，位選信號和要顯示的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了同步。 動態(tài)掃描電路中小數(shù)點的顯示無法在譯碼電路中完成。由于小數(shù)點的位置是固定的，因此可由計數(shù)器提供的同步信號產(chǎn)生另一信號控制DP。VHDL程序?qū)崿F(xiàn)如下： if (count：“101”or count=“001”)the

8、n data(0)1； else data(0)0； end if； 顯示模塊(以下簡稱SHOW)封裝見圖4。此模塊中應(yīng)用了兩個過程，在過程內(nèi)程序順序執(zhí)行，其中第一個過程觸發(fā)第二個過程。 3 系統(tǒng)綜合 31 模塊聯(lián)調(diào) 各個功能子模塊設(shè)計完成后，利用MAXPLUS的圖形編輯器(Graphic Editor)將各功能子模塊(sym)進行連接。由于MILE模塊中存在毛刺，故不能直接與后級相連，通過對輸出脈沖信號加門電路延時，再與原始信號相“與”的方法即可消除毛刺。系統(tǒng)頂層原理圖如圖4所示。 芯片管腳定義可以直接用編輯pin文件或在FloorPlan Editor下進行。完成管腳定義后選擇器件(EPM

9、7128SIC8415)，編譯后生成sof、pof及報告文件rpt。查看報告文件可得到器件管腳的利用情況及器件內(nèi)部資源的使用情況。通過更換適當(dāng)?shù)钠骷蛊滟Y源配置達到最優(yōu)。選擇器件的一般原則是系統(tǒng)所使用的資源不要超過器件資源的80，若超過90，系統(tǒng)功耗將增大，工作不穩(wěn)定。從本次設(shè)計器件部分報告中得知：輸入、輸出管腳各用16只，芯片資源利用率僅為51，具有較大的擴展空間。 32 硬件設(shè)計說明 本次設(shè)計的出租車計費器計數(shù)脈沖CP來自車輪轉(zhuǎn)速傳感器(干簧管)，脈沖經(jīng)器件內(nèi)部整形后送計數(shù)器；動態(tài)掃描脈沖由外圍電路給出；系統(tǒng)使用整流、濾波、降壓后的出租車電源供電；由于CPLDFPGA的驅(qū)動能力有限，為了增強數(shù)碼管的亮度，提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計中在LED驅(qū)動和位驅(qū)動上分別增加了電流驅(qū)動器件ULN2803和2SCl015。 現(xiàn)場實驗表明：該計費器實現(xiàn)了按預(yù)制參數(shù)自動計費(最大計費金額為9999元)、自動計程(最大計程公里數(shù)為9999公里)等功能；能夠?qū)崿F(xiàn)起步價、每公里收費、車型及加費里程的參數(shù)預(yù)制(如：起步價500元；3公里后，120元公里；計費超過1500元，每公里加收50的車費等)，且預(yù)置參數(shù)可調(diào)范圍大。由于采用了CPLDFPGA大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，整機功耗小、抗干擾能力強