基于fpga的自行车速度里程表设计(附件)【字数：8739】
摘 要 随着电子技术的发展和居民生活水平的不断提高，单车不再局限于普通的运输、代步的作用，人们拓展了它在休闲、娱乐、运动方面的应用。因此，人们对自行车的功能需求也相对更高，自行车的速度里程表的设计势在必行。 本文设计了一款基于FPGA的速度里程表的显示器。它主要由车速表和里程表两部分组成，采用的脉冲信号检测与转换，运用自行车车轮上的霍尔传感器测量自行车行驶的速度和路程，其结果最终由信号处理后显示在数码管上。本设计采用硬件描述语言Verilog为系统逻辑描述，采用自顶向下的设计方法，几大基本模块共同构建了一个基于FPGA的速度里程表的显示器。霍尔传感器与FPGA结合实现最简单的测速系统，该系统结构简单易操作，硬件选择上规避了环境带来的困扰，致力于实现该系统的抗干扰，稳定，高寿命等理想状态。系统主要实现的功能包括实时显示自行车行驶的总里程，采集自行车单位时间内的速度、并在数码管上显示出来。设计出可满足用户最基本的需求的里程表。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2发展现状及发展态势 1
1.3论文组织框架 1
第二章 总体方案设计 3
2.1任务分析与实现 3
2.2硬件方案设计 3
2.3软件方案设计 4
2.4显示电路设计 5
第三章 自行车速度里程表的具体设计 7
3.1概述 7
3.2里程表具体模块设计方案 7
3.2.1分频模块的设计 7
3.2.2脉冲模块的设计 8
3.2.3路程模块的设计 8
3.2.4速度模块的设计 9
3.2.5数码管显示模块的设计 9
3.3本章小结 10
第四章 系统仿真调试与验证分析 11
4.1概述 11
4.2仿真软件简介 11
4.3具体模块仿真及验证结果 11
4.3.1分频模块仿真结果 11
4.3.2脉冲模块仿真结果 12
4.3.3路程模块仿真结果 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.3.4速度模块仿真结果 13
4.3.5数码管显示模块仿真结果 14
4.4FPGA板级验证与调试 15
4.5调试过程分析 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
当今时代的自行车，已经不同往年，不再是传统上的代步、运输工具等，应时代需求又增添了锻炼身体、娱乐休闲等新的作用。虽然它在时代发展潮流趋势下渐渐落后，但由于它的阳光积极健康的形象所以并没有被时代淘汰。反而成为健身爱好者的不二之选，自行车速度里程表就是应时代衍生出来的辅助工具。
自行车运动是一种低强度、有节奏的有氧运动，他可以锻炼人的心肺，强化心脏，所以本次测速主要功能是能够测量骑手的脉搏频率、显示骑手卡路里消耗等诸多功能。
本设计是基于spartan3E FPGA开发板设计一款旨在使自行显示其行驶运行速度及路程的小型自行车速度里程表。以spartan3E FPGA开发板为基础平台，A44E 霍尔传感器为辅助测转速，最终通过数码管实时显示自行车的里程数及速度。测速主要功能是能够测量骑手的脉搏频率、显示骑手卡路里消耗等诸多功能。因此基于FPGA进行自行车速度里程表的设计是必要的，研究自行车速度里程表从而扩展它的应用领域，使其在日常生活中能够发挥作用。该研究有着非常现实的意义。
1.2发展现状及发展态势
目前，低碳生活已成为大家已成为大家的生活目标。在该大环境下，人们更希望使用绿色工具，而绿色出行的交通工具非自行车莫属。它在被时代的电动车，汽车发展潮流趋势下渐渐地落后，但因为它的阳光积极健康的优势没有被时代所淘汰，现阶段各个发达城市推出共享单车，各个健身房甚至会推出动感单车课程，自行车的有氧运动备受推崇，全民健身的战线被拉长，人民生活水平的提高使人们愿意在家里设置高档自行车。所以人们消费水平提升意味着要求也越来越完善，速度里程表的设计应运而生。
因为FPGA的高性能、低成本、灵活性、稳定性等特征使得FPGA在测量电机转速应用中较为常见。为了使测量精准，对测量工具以及方法都需要站在认真严谨的立场来选择。测速装置要求如下：测量时间段、较高的分辨清晰度、高精度。需要设计的脉冲信号采集装置，是基于霍尔传感元件设计出来的，具有性能稳定、成本低等优点。在生产生活的电磁环境经常被天气变化环境所影响，所以抗干扰能力一定要足够强大。
1.3论文组织框架
本论文总共分为五章，内容介绍如下：
第一章为绪论。本章讲述了我研究本次设计的背景、为什么要研究以及研究现阶段别人研究的形势概况，最后是论文的组织框架。
第二章为针对整体设计，进行系统性的介绍。包括实现功能和要求，设计的思路和软件硬件设计方案等等。
第三章为各个模块划分及模块的具体设计。详细介绍基于FPGA的速度里程表的各个子模块的设计原理和方法。
第四章为系统的仿真与验证。针对前一章对系统的各个子模块的设计进行功能仿真验证，使得仿真结果能够与设计相符，最后进行FPGA的板级验证。
第五章为总结与展望。本章对本论文进行总结，介绍了开发所得出的成果，并对整个过程做出总结，最后对进一步的研究方向做出展望。
第二章 总体方案设计
2.1任务分析与实现
本次设计需要实现的任务就是以spartan3E FPGA开发板为基础平台，用霍尔传感器将转轴的转数转换为电脉冲信号，再计算脉冲信号并换算数据进行处理。在晶振的时钟的单位时间之内，脉冲计数模块对脉冲进行计数，然后将结果显示在数码管上。具体思路如图21所示。
图21 系统设计思路
根据任务要求课题内容设计分成三大模块：一个是主控制器即FPGA硬件平台，一个是数字模块即软件设计，还有一个就是显示电路设计。将软硬件相结合，先熟悉软件基础，再硬件搭建进行实践操作，最终软件实现调试设计。将具体需要显示的参数值在显示电路上进行实时显示。
最终实现目标：采用FPGA控制，使得自行车速度里程表可以通过传感器然后在LED数码管显示里程、速度值等参数即可。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1选题背景及意义 1
1.2发展现状及发展态势 1
1.3论文组织框架 1
第二章 总体方案设计 3
2.1任务分析与实现 3
2.2硬件方案设计 3
2.3软件方案设计 4
2.4显示电路设计 5
第三章 自行车速度里程表的具体设计 7
3.1概述 7
3.2里程表具体模块设计方案 7
3.2.1分频模块的设计 7
3.2.2脉冲模块的设计 8
3.2.3路程模块的设计 8
3.2.4速度模块的设计 9
3.2.5数码管显示模块的设计 9
3.3本章小结 10
第四章 系统仿真调试与验证分析 11
4.1概述 11
4.2仿真软件简介 11
4.3具体模块仿真及验证结果 11
4.3.1分频模块仿真结果 11
4.3.2脉冲模块仿真结果 12
4.3.3路程模块仿真结果 13 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
4.3.4速度模块仿真结果 13
4.3.5数码管显示模块仿真结果 14
4.4FPGA板级验证与调试 15
4.5调试过程分析 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
第一章 绪论
1.1选题背景及意义
当今时代的自行车，已经不同往年，不再是传统上的代步、运输工具等，应时代需求又增添了锻炼身体、娱乐休闲等新的作用。虽然它在时代发展潮流趋势下渐渐落后，但由于它的阳光积极健康的形象所以并没有被时代淘汰。反而成为健身爱好者的不二之选，自行车速度里程表就是应时代衍生出来的辅助工具。
自行车运动是一种低强度、有节奏的有氧运动，他可以锻炼人的心肺，强化心脏，所以本次测速主要功能是能够测量骑手的脉搏频率、显示骑手卡路里消耗等诸多功能。
本设计是基于spartan3E FPGA开发板设计一款旨在使自行显示其行驶运行速度及路程的小型自行车速度里程表。以spartan3E FPGA开发板为基础平台，A44E 霍尔传感器为辅助测转速，最终通过数码管实时显示自行车的里程数及速度。测速主要功能是能够测量骑手的脉搏频率、显示骑手卡路里消耗等诸多功能。因此基于FPGA进行自行车速度里程表的设计是必要的，研究自行车速度里程表从而扩展它的应用领域，使其在日常生活中能够发挥作用。该研究有着非常现实的意义。
1.2发展现状及发展态势
目前，低碳生活已成为大家已成为大家的生活目标。在该大环境下，人们更希望使用绿色工具，而绿色出行的交通工具非自行车莫属。它在被时代的电动车，汽车发展潮流趋势下渐渐地落后，但因为它的阳光积极健康的优势没有被时代所淘汰，现阶段各个发达城市推出共享单车，各个健身房甚至会推出动感单车课程，自行车的有氧运动备受推崇，全民健身的战线被拉长，人民生活水平的提高使人们愿意在家里设置高档自行车。所以人们消费水平提升意味着要求也越来越完善，速度里程表的设计应运而生。
因为FPGA的高性能、低成本、灵活性、稳定性等特征使得FPGA在测量电机转速应用中较为常见。为了使测量精准，对测量工具以及方法都需要站在认真严谨的立场来选择。测速装置要求如下：测量时间段、较高的分辨清晰度、高精度。需要设计的脉冲信号采集装置，是基于霍尔传感元件设计出来的，具有性能稳定、成本低等优点。在生产生活的电磁环境经常被天气变化环境所影响，所以抗干扰能力一定要足够强大。
1.3论文组织框架
本论文总共分为五章，内容介绍如下：
第一章为绪论。本章讲述了我研究本次设计的背景、为什么要研究以及研究现阶段别人研究的形势概况，最后是论文的组织框架。
第二章为针对整体设计，进行系统性的介绍。包括实现功能和要求，设计的思路和软件硬件设计方案等等。
第三章为各个模块划分及模块的具体设计。详细介绍基于FPGA的速度里程表的各个子模块的设计原理和方法。
第四章为系统的仿真与验证。针对前一章对系统的各个子模块的设计进行功能仿真验证，使得仿真结果能够与设计相符，最后进行FPGA的板级验证。
第五章为总结与展望。本章对本论文进行总结，介绍了开发所得出的成果，并对整个过程做出总结，最后对进一步的研究方向做出展望。
第二章 总体方案设计
2.1任务分析与实现
本次设计需要实现的任务就是以spartan3E FPGA开发板为基础平台，用霍尔传感器将转轴的转数转换为电脉冲信号，再计算脉冲信号并换算数据进行处理。在晶振的时钟的单位时间之内，脉冲计数模块对脉冲进行计数，然后将结果显示在数码管上。具体思路如图21所示。
图21 系统设计思路
根据任务要求课题内容设计分成三大模块：一个是主控制器即FPGA硬件平台，一个是数字模块即软件设计，还有一个就是显示电路设计。将软硬件相结合，先熟悉软件基础，再硬件搭建进行实践操作，最终软件实现调试设计。将具体需要显示的参数值在显示电路上进行实时显示。
最终实现目标：采用FPGA控制，使得自行车速度里程表可以通过传感器然后在LED数码管显示里程、速度值等参数即可。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/dzkxyjs/41.html
