veriloghdl的fpga的设计出租车计价器和自动售货机
摘 要近些年来，作为一种可编程逻辑器件，FPGA在帮助缩短集成电路设计周期、增强实验室改版灵活性方面，受到了系统设计者们的青睐。本文描述了一种基于Verilog HDL语言，利用FPGA器件对出租车自动计价器和自动售货机的设计方法。本设计利用FPGA在设计电路系统方面的优势，针对市面上的出租车自动计价系统和自动售货机的不足，进行设计改造，达到多功能性、高可靠性和高灵活性的要求。本设计采用层次化设计方法设计系统电路，用仿真的方法验证各模块功能实现状态。采用Verilog HDL语言编写出租车计价系统和自动售货系统的程序，在ISE软件中进行仿真，最后在Digilent公司的basys2 开发板上进行硬件电路的调试和实现。本设计成功地完成了利用FPGA设计有多功能、高可靠性和高灵活性的出租车自动计价器和自动售货机的系统设计的任务。本次是一个成功的、典型的案例，初学FPGA设计的人可以通过这次设计迅速地了解和掌握FPGA设计的基本知识。同时，在本次设计中，也存在一些不足，比如系统功能还有进一步完善的空间，程序编写语言还可以进一步精简，等等。
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究目的和意义 1
1.2 课题研究现状 2
1.3 课题研究方法和内容 3
1.4 论文组织结构 4
第2章 开发工具介绍 5
2.1 Verilog HDL语言 5
2.2 ISE硬件设计工具 5
2.3 Basys2开发板 8
第3章 出租车自动计价器的设计 10
3.1 总体设计方案 10
3.1.1 设计思路 10
3.1.2 系统框图 10
3.2 模块设计与实现 11
3.2.1 计数分频模块 11
3.2.2 数码管分频模块 12
3.2.3 计程模块 13
3.2.4 计时模块 15
3.2.5 控制模块 17
3.2.6 计费模块 19
3.2.7 数码管显示模块 20
第4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
章 自动售货机的设计 22
4.1 总设计方案 22
4.1.1 设计原理 22
4.1.2 工作框图 22
4.2 模块设计与实现 23
4.2.1 数码管分频模块 23
4.2.2 投币模块 25
4.2.3 控制模块 28
4.2.4 数码管显示模块 30
第5章 总结展望 32
5.1 总结 32
5.2 展望 32
致 谢 33
参考文献 34
附 录 36
1 程序源代码 36
1.1 出租车自动计价器 36
1.2 自动售货机 42
2 实物图 48
2.1 出租车自动计价器 48
2.2 自动动售货机 49
3 科技文献翻译 50
绪论
课题研究目的和意义
近年来，随着微电子技术的不断进步和计算机技术的高速发展，电子电路的设计方法也取得巨大进步。EDA技术即以计算机为工作平台，应用计算机技术、新生电子技术，软件信息处理及智能化技术的电子自动设计。设计者使用EDA软件平台，用硬件描述语言进行设计逻辑电路设计，由电脑辅助完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，实现对目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
当前的电子设计领域，传统的由门级电路到模块再到整个系统的设计方法已经因可编程逻辑器件出现而改变，实现了从顶层到底层的设计，为电子电路的设计带来极大的方便。
自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑阵列(FPGA)至今，FPGA己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。然而在这个各类电子设计器件百花齐放的时代，广大消费者需要对林林总总的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。
本文是在前人研究成果的基础上，面向实际应用的需求，从FPGA的结构、原理、性能等角度对FPGA这一新兴可编程器件进行应用研究。本文在查阅了大量的文献资料后，首先对FPGA的结构和性能进行了分析，包括主流FPGA产品之间的分析比较和FPGA与其他逻辑器件的对比分析。然后在出租车计费系统及自动售货机两个方面论述了FPGA的具体实现，并分析了用FPGA实现的优势所在。通过本文的分析研究，完成了FPGA器件在出租车自动计价器和自动售货机上的实际应用。借助于FPGA的两个具体应用，可以看到FPGA器件在实现算法、控制和简单逻辑应用这三方面都有很出色的表现，十分适合推广应用。
课题研究现状
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路[1]而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。受金融危机的影响，半导体行业一度亏损严重，但FPGA却一枝独秀，在行业整体低迷中迅速崛起。在市场占有上，昔日的主宰者ASIC和ASSP正在渐渐被FPGA取代。作为一种可编程逻辑器件，近些年来半导体工艺技术不断突破瓶颈向前发展，使得FPGA器件的设计技术有了突飞猛进的发展，并从原来的外围设计逐渐成为数字电路系统的核心部分。
1984年FPGA刚刚诞生时，它还仅仅是一个简单的逻辑芯片[2]的存在，强大的ASIC和处理器早已控制世界集成电路设计市场。然而如今在信号处理和控制应用方面，ASIC和处理器几乎要被FPGA所取代。
广义上，FPGA是一块可进行重新编程的硅芯片。电路试验板或烙铁已经不再是必要的了,只要有可重新编程布线资源和预建逻辑块[3]，FPGA芯片就可以被用户重新和多次配置，来实现自定义硬件的功能。过去，能够使用FPGA技术的人很少，因为那时的设计方法相比较今日十分复杂，只有那些熟知数字硬件设计的工程师更够驾驭。但是，随着高层次设计工具逐渐诞生和被人们使用， FPGA的编程方式也在慢慢改变，变得越来越简单易学，能够被更多的人驾驭。
FPGA吸收了ASIC和基于处理器的系统的优点，因此可以被各行各业纷纷采用。ASIC多具有的硬件定时[4]的速度和稳定性的优点，是完全可由FPGA提供的。但是，FPGA不会有巨额前期费用的投入，因此避免了可定制ASIC的局限。与基于处理器的系统相比较，FPGA上硅芯片的灵活性是与之相当的，这是FPGA的可重新编程的特性决定的，但可用处理器内核数量的限制并不是FPGA会去担心的。 FPGA可以实现多任务同时运行[5]，因此同一资源不会因为多处理操作同时需要而产生竞争，这是与处理器最大的不同所在。任何一个处理任务都能够单独运作，而不受到别的处理任务的干扰，因为每个处理任务所在的单元都有专属的芯片。所以，当有别的处理任务要执行时，别的模块的运行不会被干扰。
目录
摘 要 I
Abstract II
目录 III
第1章 绪论 1
1.1 课题研究目的和意义 1
1.2 课题研究现状 2
1.3 课题研究方法和内容 3
1.4 论文组织结构 4
第2章 开发工具介绍 5
2.1 Verilog HDL语言 5
2.2 ISE硬件设计工具 5
2.3 Basys2开发板 8
第3章 出租车自动计价器的设计 10
3.1 总体设计方案 10
3.1.1 设计思路 10
3.1.2 系统框图 10
3.2 模块设计与实现 11
3.2.1 计数分频模块 11
3.2.2 数码管分频模块 12
3.2.3 计程模块 13
3.2.4 计时模块 15
3.2.5 控制模块 17
3.2.6 计费模块 19
3.2.7 数码管显示模块 20
第4
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
章 自动售货机的设计 22
4.1 总设计方案 22
4.1.1 设计原理 22
4.1.2 工作框图 22
4.2 模块设计与实现 23
4.2.1 数码管分频模块 23
4.2.2 投币模块 25
4.2.3 控制模块 28
4.2.4 数码管显示模块 30
第5章 总结展望 32
5.1 总结 32
5.2 展望 32
致 谢 33
参考文献 34
附 录 36
1 程序源代码 36
1.1 出租车自动计价器 36
1.2 自动售货机 42
2 实物图 48
2.1 出租车自动计价器 48
2.2 自动动售货机 49
3 科技文献翻译 50
绪论
课题研究目的和意义
近年来，随着微电子技术的不断进步和计算机技术的高速发展，电子电路的设计方法也取得巨大进步。EDA技术即以计算机为工作平台，应用计算机技术、新生电子技术，软件信息处理及智能化技术的电子自动设计。设计者使用EDA软件平台，用硬件描述语言进行设计逻辑电路设计，由电脑辅助完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，实现对目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
当前的电子设计领域，传统的由门级电路到模块再到整个系统的设计方法已经因可编程逻辑器件出现而改变，实现了从顶层到底层的设计，为电子电路的设计带来极大的方便。
自1985年Xilinx公司推出第一片现场可编程逻辑阵列(FPGA)至今，FPGA己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。然而在这个各类电子设计器件百花齐放的时代，广大消费者需要对林林总总的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。
本文是在前人研究成果的基础上，面向实际应用的需求，从FPGA的结构、原理、性能等角度对FPGA这一新兴可编程器件进行应用研究。本文在查阅了大量的文献资料后，首先对FPGA的结构和性能进行了分析，包括主流FPGA产品之间的分析比较和FPGA与其他逻辑器件的对比分析。然后在出租车计费系统及自动售货机两个方面论述了FPGA的具体实现，并分析了用FPGA实现的优势所在。通过本文的分析研究，完成了FPGA器件在出租车自动计价器和自动售货机上的实际应用。借助于FPGA的两个具体应用，可以看到FPGA器件在实现算法、控制和简单逻辑应用这三方面都有很出色的表现，十分适合推广应用。
课题研究现状
FPGA（Field－Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路[1]而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。受金融危机的影响，半导体行业一度亏损严重，但FPGA却一枝独秀，在行业整体低迷中迅速崛起。在市场占有上，昔日的主宰者ASIC和ASSP正在渐渐被FPGA取代。作为一种可编程逻辑器件，近些年来半导体工艺技术不断突破瓶颈向前发展，使得FPGA器件的设计技术有了突飞猛进的发展，并从原来的外围设计逐渐成为数字电路系统的核心部分。
1984年FPGA刚刚诞生时，它还仅仅是一个简单的逻辑芯片[2]的存在，强大的ASIC和处理器早已控制世界集成电路设计市场。然而如今在信号处理和控制应用方面，ASIC和处理器几乎要被FPGA所取代。
广义上，FPGA是一块可进行重新编程的硅芯片。电路试验板或烙铁已经不再是必要的了,只要有可重新编程布线资源和预建逻辑块[3]，FPGA芯片就可以被用户重新和多次配置，来实现自定义硬件的功能。过去，能够使用FPGA技术的人很少，因为那时的设计方法相比较今日十分复杂，只有那些熟知数字硬件设计的工程师更够驾驭。但是，随着高层次设计工具逐渐诞生和被人们使用， FPGA的编程方式也在慢慢改变，变得越来越简单易学，能够被更多的人驾驭。
FPGA吸收了ASIC和基于处理器的系统的优点，因此可以被各行各业纷纷采用。ASIC多具有的硬件定时[4]的速度和稳定性的优点，是完全可由FPGA提供的。但是，FPGA不会有巨额前期费用的投入，因此避免了可定制ASIC的局限。与基于处理器的系统相比较，FPGA上硅芯片的灵活性是与之相当的，这是FPGA的可重新编程的特性决定的，但可用处理器内核数量的限制并不是FPGA会去担心的。 FPGA可以实现多任务同时运行[5]，因此同一资源不会因为多处理操作同时需要而产生竞争，这是与处理器最大的不同所在。任何一个处理任务都能够单独运作，而不受到别的处理任务的干扰，因为每个处理任务所在的单元都有专属的芯片。所以，当有别的处理任务要执行时，别的模块的运行不会被干扰。
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