基于FPGA停車場停車位顯示系統(tǒng)設(shè)計

1、基于FPGA停車場停車位顯示系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告撰寫2500字以上的文獻(xiàn)綜述,1.文獻(xiàn)綜述：結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況,根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，一文后應(yīng)列出所查閱的文獻(xiàn)資料文獻(xiàn)綜述1 .引言FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的縮寫，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在可編程陣列邏輯PAL（ProgrammableArrayLogic）、門陣列邏輯GAL(GateArrayLogic)、可編程邏輯器件PLD(ProgrammableLogicDevice)等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出(Applic

2、ationSpecificIntegratedCircuit現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA能完成任何數(shù)字器件的功能，上至高性能CPU下至簡單的74系列電路，都可以用FPG林實現(xiàn)。FPG做口同一張白紙或是一堆積木，工程師可以通過傳統(tǒng)的原理圖什么是輸入法，或是硬件描述語言自由設(shè)計一個數(shù)字系統(tǒng)。通過軟件仿真,我們可以事先驗證設(shè)計的正確性。在PCB完成以后，還可以利用FPGA勺在線修改能力，隨時修改設(shè)計而不必改動硬件電路。使用FPGA來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計時間，減少PCB0積，提高系統(tǒng)的可靠性。PLD的這些優(yōu)點使得PLDED技術(shù)在90年代以后

3、得到飛速的發(fā)展，同時也大大推動了電子設(shè)計自動化(ElectronicDesignAutomatic)軟件和硬件描述語言VHDL(Very-High-SpeecIntegratedCircuitHardwareDescription)的進(jìn)步。FPG/ft有體系結(jié)構(gòu)和邏輯單元靈活、集成度高以及適用范圍寬等特點。兼容了PLD和通用門陣列的優(yōu)點,可實現(xiàn)較大規(guī)模的電路，編程也很靈活。與門陣列等其它ASIC相比，它又具有設(shè)計開發(fā)周期短、設(shè)計制造成本低、開發(fā)工具先進(jìn)、標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品無需測試、質(zhì)量穩(wěn)定以及可實時在線檢驗等優(yōu)點。因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品的原型設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)（一般在10,000件以下）中。幾乎所有應(yīng)用門陣列

4、、PLD和中小規(guī)模通用數(shù)字集成電路的場合均可應(yīng)用FPGAFPG標(biāo)用了邏輯單元陣列LCA（LogicCellArray）這樣一個新概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（ConfigurableLogicBlock）、輸出輸入模塊IOB（InputOutputBlock）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。2 .傳感器在本次設(shè)計中要用到位置傳感器。（一）傳感器的定義傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。國際電工委員會（IEC:InternationalElectrotechnicalCommittee）的定義為:“傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成

5、可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理（模擬或數(shù)字）能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分，它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。傳感器把某種形式的能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量。有兩類：有源的和無源的。有源傳感器能將一種能量形式直接轉(zhuǎn)變成另一種，不需要外接的能源或激勵源。無源傳感器不能直接轉(zhuǎn)換能量形式，但它能控制從另一輸入端輸入的能量或激勵能，傳感器承擔(dān)將某個對象或過程的特定特性轉(zhuǎn)換成數(shù)量的工作。具“對象”可以是固體、液體或氣體，而它們的狀態(tài)可以是靜態(tài)的，也可以是動態(tài)（即過程）的。對象特性被轉(zhuǎn)換量化后可以通過多

6、種方式檢測。對象的特性可以是物理性質(zhì)的，也可以是化學(xué)性質(zhì)的。按照其工作原理，它將對象特性或狀態(tài)參數(shù)轉(zhuǎn)換成可測定的電學(xué)量，然后將此電信號分離出來，送入傳感器系統(tǒng)加以評測或標(biāo)示。傳感器原理結(jié)構(gòu)：在一段特制的彈性軸上粘貼上專用的測扭應(yīng)片并組成變橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器；在軸上固定著：（1）能源環(huán)形變壓器的次級線圈，（2）信號環(huán)形變壓器初級線圈，（3）軸上印刷電路板，電路板上包含整流穩(wěn)定電源、儀表放大電路、V/F變換電路及信號輸出電路。在傳感器的外殼上固定著：（1）激磁電路，（2）能源環(huán)形變壓器的初級線圈（輸入），（3）信號環(huán)形變壓器次級線圈（輸出），（4）信號處理電路。（二）傳感器的工作過程向傳感器提

7、供土15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA203功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，通過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳遞至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源通過軸上的整流濾波電路得到±5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822勺工作電源；由基準(zhǔn)電源AD58與雙運放AD822&成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生土4.5V的精密直流電源，該電源既作為電橋電源，又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的工作電源。當(dāng)彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號通過儀表放大器AD62CM大成1.5v土1v的強(qiáng)信號，再通過V/F轉(zhuǎn)換器LM13使換成頻率信號，通過信號環(huán)形變壓器T2A

8、旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳遞至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處理電路濾波、整形即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平，既可提供給專用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機(jī)處理。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動-靜環(huán)之間只有零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，形成有效的屏蔽，因此具有很強(qiáng)的抗干擾能力。（三）傳感器分類傾角傳感器傾角傳感器在軍事、航天航空、工業(yè)自動化、工程機(jī)械、鐵路機(jī)車、消費電子、海洋船舶等領(lǐng)域得到廣泛運用。輝格公司為國內(nèi)用戶提供全球最全面、最專業(yè)的產(chǎn)品方案和服務(wù)。提供超過500種規(guī)格的伺服型、電解質(zhì)型、電容型、電感型、光纖型等原理的傾角傳感器。加速度傳感器（

9、線和角加速度）分低頻高精度力平衡伺服型、低頻低成本熱對流型和中高頻電容式加速度位移傳感器。總頻響范圍從DC至3000H4應(yīng)用領(lǐng)域包括汽車運動控制、汽車測試、家電、游戲產(chǎn)品、辦公自動化、GPSPDA手機(jī)、震動檢測、建筑儀器以及實驗設(shè)備等。紅外溫度傳感器廣泛應(yīng)用于家用電器（微波爐、空調(diào)、油煙機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、烤面包機(jī)、電磁爐、炒鍋、暖風(fēng)機(jī)等）、醫(yī)用/家用體溫計、辦公自動化、便攜式非接觸紅外溫度傳感器、工業(yè)現(xiàn)場溫度測量儀器以及電力自動化等。不僅能提供傳感器、模塊或完整的測溫儀器，還能根據(jù)用戶需要提供包括光學(xué)透鏡、ASIC、算法等一攬子解決方案。傳感器的應(yīng)用傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)械制造、工業(yè)過程控制、汽車電

10、子產(chǎn)品、通信電子產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和專用設(shè)備等。3 .MAX+PLUSI簡介隨著計算機(jī)的出現(xiàn)，我們的日常學(xué)習(xí)、生活和工作從根本上發(fā)生了改變，電子/微電子技術(shù)的發(fā)展，使電子產(chǎn)品的設(shè)計活動與計算機(jī)設(shè)計系統(tǒng)密不可分。MAXPLUS!可編程邏冷?開發(fā)軟件，該軟件是Altera公司推出的第三代PLD開發(fā)系統(tǒng)。它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計環(huán)境，使AlteraCPLD設(shè)計者能方便地進(jìn)行設(shè)計輸入、快速處理和器件編程。MA舟PLUS1提供了全面的邏輯設(shè)計能力，包括電路圖、文本和波形的設(shè)計輸入以及編譯、邏輯綜合、仿真和定時分析以及器件編程等諸多功能。特別是在原理圖輸入等方面，MA)什PLUS1被公認(rèn)為是最易使用、

11、人機(jī)界面最友好的PLD開發(fā)軟件。MAPLUS!可以開發(fā)除APEX20©外的任何CPLD/FPGAMAX-PLUS1由設(shè)計輸入、設(shè)計處理、設(shè)計校驗和器件編程等四部分組成，用它開發(fā)AlteraCPLD器件的具體過程如下：1、圖形輸入利用MAX-PLUS!軟件進(jìn)行邏輯設(shè)計的輸入方法有原理圖輸入、文本輸入和其它EDAtool生成的EDIF網(wǎng)表輸入，其中原理圖設(shè)計輸入最為直接，且容易實現(xiàn)仿真、便于電路調(diào)整，是一種常用的方式。其步驟為：(1)指定設(shè)計項目名稱。啟動MA舟PLUSI后，在File菜單中選ProjectName,鍵入設(shè)計項目名，點OK按鈕后MAX-PLUS1的標(biāo)題條將顯示新的項目名字

12、；(2)建立新文件。在File菜單中選New選GraphicEditor,然后按下OK按鈕,會出現(xiàn)一個圖形編輯窗口；(3)輸入圖元、74系列符號和宏功能符號。在圖形編輯窗口的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，選EnterSymbol,在SymbolLibraries框中選，maxplus2max2libprim路徑，再找到所需的圖元(如兩輸入與門and2),雙擊后圖元會出現(xiàn)在圖形編輯窗中；同理在，、maxplus2max2libmf路徑中可輸入所需的74系列符號(如74373);在,、maxplus2max2libmega_lpmB§徑中可輸入所需的LPMW號如lpm_mult);(4)連線。將鼠

13、標(biāo)移至一個端口處，此時鼠標(biāo)指示符自動變?yōu)椤?”形狀，然后按住鼠標(biāo)拖至待連的另一個端口，放開左鍵即畫好一條線；(5)放置輸入輸出引腳。在圖形編輯窗口的空白處單擊鼠標(biāo)右鍵,選EnterSymbol,在SymbolNamei1中鍵入input或output,則輸入或輸出符號會出現(xiàn)在圖形編輯窗中。(6)為引腳和引線命名。在INPUT或OUTPUT腳的PIN_NAM處雙擊鼠標(biāo)左鍵,然后輸入指定的名字即可；選中需命名的引線(單擊后引線變高亮)，可為引線命名；(7)保存文件。在File菜單中選Save(或SaveAs重新命名)可保存文件。2、項目編譯MA舟PLUS1編譯器可以檢查項目中的錯誤并進(jìn)行邏輯綜合，

14、將項目最終設(shè)計結(jié)果加載到Altera器件中去，并為模擬和編程產(chǎn)生輸出文件。主要工作有：(1)選擇器件。在Assign菜單內(nèi)選Device項，出現(xiàn)Device對話框，在DeviceFamily框選某一器件，比如要選MAX7000系歹U84腳PLCC封裝6ns的7128s器件,可在Device框選EPM7128SLC846;(2)分配引腳。通常編譯器可自動對項目進(jìn)行引腳分配，但也可以人為分配引腳，方法是在AssignMenu菜單中選Pin/Location/Chip,然后在NodeNamei內(nèi)輸入引腳名，在ChipResource框內(nèi)選引腳號，按下Add按鈕，按下O儂鈕即可。(3)打開編譯器窗口。

15、在MAX"PLUS!菜單中選Compiler,會出現(xiàn)編譯器窗口；(4)運行編譯器。在編譯器窗口中點擊Start按鈕，就開始對所要的編譯項目進(jìn)行處理。如有錯誤信息，可用鼠標(biāo)選中該錯誤，并按下Locate按鈕，從而找到錯誤位置并改正。3、閱讀報告文件編譯完成后，可雙擊編譯器窗口中的報告文件(*.rpt)圖標(biāo)，打開文本編輯器，可看到器件一覽表、項目編譯信息、文本層次結(jié)構(gòu)以及資源使用、邏輯單元互連等情況。4、觀察試配結(jié)果在MAX"PLUS!菜單中選FloorplanEditor,會出現(xiàn)底層圖編輯器窗口，在這里可觀察到器件封裝的所有引腳以及它們的功能(器件視圖)，同時可觀察到所有LA

16、B及其單個邏輯單元(邏輯陣列塊視圖)，如有必要，還可編輯修改當(dāng)前的分5、在線編程一個項目在設(shè)計輸入和編譯完成后，就可對器件編程了。這里選用并口下載電纜ByteBlaster的JTAG奠式進(jìn)行在線編程。ByteBlaster下載電纜包括與PC機(jī)并口相連的25針陽性插座頭、與PCB®相連的10#插頭和25針到10#的變換電路。采用MA4PLUSI軟件開發(fā)CPLD設(shè)計速度是很快的，對于一個幾千門的電路，從設(shè)計輸入到器件編程完畢、用戶拿到設(shè)計好的邏輯電路，大約只需幾小時而設(shè)計處理一般在數(shù)分鐘內(nèi)可完成。止匕外，使用MA曲PLUSI的設(shè)計者無需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，利用并口下載電纜ByteBl

17、aster的JTAG模式又可進(jìn)行在系統(tǒng)編程,這給電路設(shè)計人員提供了一種快速高效的電路設(shè)計方法和花費極低的編程手段，因而帶來極大方便。4.結(jié)束結(jié)通過閱讀大量的文獻(xiàn)資料，強(qiáng)化了關(guān)于硬件描述語言方面的理論知識，也更進(jìn)一步加強(qiáng)了對MA）。PLUSI軟件的掌握和應(yīng)用。在整個學(xué)習(xí)和揣摩的過程中會有很多小麻煩，但是我都努力爭取去攻克，從而慢慢學(xué)到了很多東西。逐漸對課題設(shè)計有了大概的思路框架。例如在設(shè)計中要注意布線和層數(shù)的確定，首先應(yīng)對元器件分組，同組的放在一起，以便在空間上保證各組的元器件不至于相互干擾。在FPGAg計中，分組時一般以FPGA5片為“核心”。不相容的器件要分開布置，例如發(fā)熱元件遠(yuǎn)離關(guān)鍵集成電

18、路，磁性元件要屏蔽，敏感器件則應(yīng)遠(yuǎn)離CPCM鐘發(fā)生器等等。連接器及其引腳應(yīng)根據(jù)元器件在板上的位置確定。所有連接器最好放在印制板的一側(cè)，盡量避免從兩側(cè)引出電纜，以便減小共模電流輻射，如本設(shè)計中的PCI連接卡。高速器件（頻率大于10MHz或上升時間小于2ns的器件）盡可能遠(yuǎn)離連接器等。5.參考文獻(xiàn)1) 黃正瑾.在系統(tǒng)編程技術(shù)及其應(yīng)用.南京：東南大學(xué)出版社，19972) 彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).北京：高等教育出版社，19973) 李國麗，朱維勇.電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書.合肥：中國科技大學(xué)出版社，20004) 潘松，黃繼業(yè).EDA技術(shù)實用教程.北京：科學(xué)出版社，20025) 鄭家龍，王小海，章安元.

19、集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程.北京：高等教育出版社，20026) 宋萬杰，羅豐，吳順君.CPLD技術(shù)及其應(yīng)用.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，19997) 張昌凡，龍永紅，彭濤.可編程邏輯器件及VHD改計技術(shù).廣州：華南工學(xué)院出版社，20018) 盧杰，賴毅.VHDL與數(shù)字電路設(shè)計.北京：科學(xué)出版社，20019) 王金明，楊吉斌.數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與VerilogHDL.北京：電子工業(yè)出版社，200210)張明.VerilogHDL實用教程.成都：電子科技大學(xué)出版社，199911)欒銘，高明倫.工業(yè)控制芯片中狀態(tài)機(jī)的描述方法.合肥：第三屆全球智能與自動化大會，200012)J.Bhasker著，徐振林等譯.V

20、erilogHDL硬件描述語言.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200013)劉明業(yè)，將敬旗，刁嵐松等譯.硬件描述語言Verilog.北京：清華大學(xué)出版社，200114)侯伯亨，顧新.VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1999畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告2.開題報告：一、課題的目的與意義；二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望；三、課題主要內(nèi)容和要求；四、研究方法、步驟和措施開題報告本課題是要設(shè)計一個100個停車位的停車場車位顯示系統(tǒng)，設(shè)計要求用10*10點陣表示停車場的100個車位，燈亮表示該車位為空，燈熄滅表示該車位有車。用傳感器檢測某個停車位上有無車輛，設(shè)計其測量轉(zhuǎn)換電路。整個

21、設(shè)計中用硬件描述語言來完成，并用MAXPLUS!進(jìn)行仿真，仿真過程中參數(shù)設(shè)置比較關(guān)鍵。最后要對仿真結(jié)果認(rèn)真系統(tǒng)分析。二、課題發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望隨著城市化建設(shè)的加快城市框架逐步加大，以及制造業(yè)的快速發(fā)展汽車價格的快速下降，轎車已逐步成為百姓日常生活中不可或缺的交通工具。近年來，各類車輛特別是私家車的快速增長已是一個不爭的事實，為此，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與城市整體規(guī)劃爭土地的問題就成了日益突出的一個急需完成的重要課題。傳統(tǒng)的人工管理的停車場已經(jīng)不能滿足使用者和管理者對停車場效率、安全、性能和管理上的需要。因此，智能化停車場已經(jīng)成為智能建筑技術(shù)中的研究熱點。近幾年，我國停車場管理技術(shù)不斷成熟，停車場管理

22、系統(tǒng)逐步向大型化、復(fù)雜化和高科技化方向發(fā)展。智能停車場管理系統(tǒng)提供了一種高效率的管理方式，為用戶提供更方便、更有效的服務(wù)。停車場管理系統(tǒng)可分為半自動化和自動化兩種。所謂半自動化停車場管理系統(tǒng)，只是收費需要人工操作，其它所有功能都是自動化；而全自動化停車場管理系統(tǒng)，設(shè)立自動收費站，無需操作員即可完成收費管理工作。按其所在環(huán)境不同，可分為內(nèi)部車場自動管理系統(tǒng)、公用停車場自動管理系統(tǒng)和兩種性能兼有的綜合停車場管理系統(tǒng)三大類。現(xiàn)代停車場技術(shù)發(fā)展趨勢是多功能化、自動化?，F(xiàn)代停車場未來向大型化、復(fù)雜化、智能化、高技術(shù)方向發(fā)展，系統(tǒng)管理更開放、更靈活，整個管理系統(tǒng)實現(xiàn)控制與管理一體化，系統(tǒng)操作簡便，功能強(qiáng)大

23、。車輛管理系統(tǒng)向更開放與更靈活的方向發(fā)展。目前許多大型建筑智能化信息網(wǎng)絡(luò)，使遠(yuǎn)化發(fā)展，車庫系統(tǒng)經(jīng)常作為樓宇自控系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)納入建筑自動化距離的管理人員可以監(jiān)視與控制車庫情況。本課題基于FPGA停車場停車車位顯示系統(tǒng)的設(shè)計可以讓有限的土地發(fā)揮最大的效能。充分利用城市內(nèi)現(xiàn)有停車場，用盡可能少的停車位發(fā)揮最大停車效果。三、課題主要內(nèi)容和要求1、主要內(nèi)容設(shè)計一個100個停車位的停車場車位顯示系統(tǒng)：(1)用10*10點陣表示彳¥車場的100個車位，燈亮表示該車位為空，燈熄滅表示該車位有車。(2)用傳感器檢測某個停車位上有無車輛，設(shè)計其測量轉(zhuǎn)換電路。(3)對單元電路進(jìn)行仿真分析。2、課題要求

24、(1)繪制與設(shè)計相關(guān)的原理圖，框圖；(2)繪制底層電路和頂層電路的原理圖，框圖，仿真波形；(3)對仿真結(jié)果進(jìn)行分析。四、研究方法、步驟和措施FPGAF發(fā)流程主要分為以下幾個部分：1、設(shè)計輸入，利用HDL輸入工具、原理圖輸入工具或狀態(tài)機(jī)輸入工具等把所要設(shè)計的電路描述出來。2、功能驗證，也就是前仿真，利用仿真工具對設(shè)計進(jìn)行仿真，檢驗設(shè)計的功能是否正確。仿真過程能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的錯誤，加快了設(shè)計進(jìn)度，提高了設(shè)計的可靠性。3、綜合，綜合優(yōu)化是把HDL語言翻譯成最基本的與或非門的連接關(guān)系(網(wǎng)表)，并根據(jù)要求(約束條件)優(yōu)化所生成的門級邏輯連接，輸出edf和edn等文件，導(dǎo)給CPLD/FPG內(nèi)家的軟件進(jìn)行實現(xiàn)和布局布線。4、布局布線，綜合的結(jié)果只是通用的門級網(wǎng)表，只是一些門與或非的邏輯關(guān)系，與芯片實際的配置情況還有差距。此時應(yīng)該使用FPGA/CPL"商提供的實現(xiàn)與布局布線工具，根據(jù)所選芯片的型號，進(jìn)行芯片內(nèi)部功能單元的實際連接與映射。這種實現(xiàn)與布局布線工具一般要選用所選器件的生產(chǎn)商開發(fā)的工具，因為只有生產(chǎn)者最了解器件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，如在ISE的集成環(huán)境中完成實現(xiàn)與布局布線的工具是FlowEngine。5、時序驗證，其目