FPGA在出租车计费系统设计中的应用

"这篇文档是南京大学金陵学院电子信息科学与技术专业的一篇本科毕业论文，主要探讨了基于FPGA的出租车计费系统的设计。作者利用Verilog HDL硬件描述语言，结合ALTERA公司的Quartus II 9.0软件进行了系统设计、仿真和实现。论文涵盖了计费模块、时钟模块、动态显示模块、计费形式判断模块和控制模块等多个关键部分的设计细节和技术技巧。" 在现代电子设计自动化（EDA）领域，FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其灵活性和高性能而被广泛应用于各种数字系统设计中。本文档详细阐述了一个基于FPGA的出租车计费系统设计，旨在展示如何使用硬件描述语言来构建复杂逻辑电路。Verilog HDL是一种强大的设计工具，它允许工程师以抽象的方式描述硬件行为，从而简化了复杂系统的建模和验证。 1. Verilog HDL语言特点与基本结构： - Verilog HDL语言具有结构化和并行处理能力，支持数据类型多样化，可以描述数字逻辑的各种操作。 - 基本结构包括模块（Module）、端口（Port）、变量（Variable）、操作符（Operator）等，通过这些元素构建逻辑电路模型。 2. CPLD/FPGA设计流程： - 需求分析：明确系统功能需求，确定设计方案。 - 设计输入：使用Verilog HDL编写源代码，描述系统逻辑。 - 逻辑综合：将Verilog代码转换为门级网表，优化逻辑资源。 - 时序分析：评估设计性能，如延迟、时钟周期等。 - 布局布线：自动分配物理资源，连接逻辑单元。 - 仿真验证：通过软件仿真检查设计功能的正确性。 - 下载与测试：将完成的设计编程到FPGA设备中，进行实际硬件测试。 3. Quartus II 9.0软件的应用： ALTERA的Quartus II是一款强大的FPGA开发工具，提供集成的环境进行设计输入、仿真、综合、布局布线和编程。在本文档中，Quartus II用于实现以下功能： - 设计输入：导入Verilog HDL代码，建立工程。 - 逻辑仿真：验证设计在不同条件下的行为。 - 综合优化：对Verilog代码进行逻辑优化，生成高效门级网表。 - 物理实现：分配FPGA内部资源，完成布局布线。 - 编程下载：将最终设计烧录到FPGA芯片上。 4. 系统模块设计： - 计费模块：负责根据行驶距离、等待时间等因素计算车费。 - 时钟模块：提供系统所需的精确时钟信号。 - 动态显示模块：显示计费信息，通常采用七段数码管或液晶显示屏。 - 计费形式判断模块：识别不同的计费规则，如白天、夜间、高峰时段等。 - 控制模块：协调各个子模块，处理外部输入和输出。 这篇论文不仅为读者提供了FPGA设计的基础知识，还深入探讨了在出租车计费系统这一具体应用场景中的设计实践，对于学习FPGA设计和Verilog HDL语言的初学者来说是一份宝贵的参考资料。