摘 ?要
汽車是現(xiàn)代交通工具。車速是一項(xiàng)至關(guān)重要的指標(biāo)。既影響著汽車運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)率,又關(guān)乎著汽車行駛有沒有超速違章，還影響著汽車行駛時(shí)人們的人身安全。而伴隨著我國國民的安全防范意識的逐步增強(qiáng)，人們也開始越來越關(guān)心因?yàn)槠嚨某俣鴰淼臉O其嚴(yán)重的危害，對于汽車的測速系統(tǒng)的精準(zhǔn)度也更為嚴(yán)格。因此，與汽車測速相關(guān)的研究和開發(fā)領(lǐng)域也應(yīng)運(yùn)而生，新的技術(shù)和新的產(chǎn)品層見疊出。
本設(shè)計(jì)將采用EDA技術(shù)來完成設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)采用了“自頂向下”的設(shè)計(jì)思想，將極其復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)劃分成一系列的層次分明的相對來說比較小的比較細(xì)致的模塊，以此來完成系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。論文采用了硬件描述語言VHDL，逐一逐個(gè)地編寫各個(gè)子模塊的相應(yīng)的程序。然后由Quartus Ⅱ軟件平臺，完成編譯，簡化，分割，合成，布局布線，接線和仿真。直到目標(biāo)芯片的自適應(yīng)編譯，邏輯映射和編程下載。通過Quartus Ⅱ平臺，對于各個(gè)子模塊進(jìn)行波形的仿真，并且通過觀察波形來確認(rèn)和保證電路設(shè)計(jì)的正確性。
本文設(shè)計(jì)一種基于VHDL語言的汽車測速系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)包括了時(shí)序產(chǎn)生和測頻時(shí)序控制電路、待測信號脈沖計(jì)數(shù)電路和實(shí)時(shí)速度計(jì)算模塊。在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，我們記錄了汽車車輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)，然后計(jì)算得出了汽車的速度。

關(guān)鍵詞：汽車測速系統(tǒng);VHDL;自頂向下?
Abstract
The automobile is a modern vehicle of transportation. Speed is a vital indicator. It not only affects the productivity of automobile transportation, but also affects the safety of people while driving. And accompanied by improvement of China's national security awareness, people began to more and more concerned about because car speeding the extremely serious harm, for the car's speed measuring precision of the system is also more strict. Therefore, the research and development fields related to automobile speed measurement are also emerging, with new technologies and new products emerging in layers.
The design adopted EDA technology to complete the design ，and the design uses "top-down" idea, the extremely complex number system is divided into a series of distinct is relatively small compared detailed module, in order to complete the structural design of the system as a whole. The hardware description language VHDL is adopted in this paper. Then the Quartus Ⅱ software platform, complete compilation, simplify, segmentation, synthesis, layout, wiring and simulation. Until the target chip's adaptive compilation, logical mapping and programming download. Through the Quartus Ⅱ platform, the arrangement of the waveform of simulation modules, and by observing the waveform to confirm and ensure the correctness of the circuit design.?
This paper designs a vehicle speed measurement system based on VHDL language. The whole system includes timing generation and frequency measurement timing control circuit, pulse counting circuit of signal to be measured and real-time speed calculation module. In the designed system, we recorded the number of car wheels per second and calculated the speed of the car accordingly.

Key words: vehicle speed measurement system;VHFL; top-down?
目錄

摘 ?要
Abstract
1 緒論
1.1 目的意義
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
1.3 本文的研究內(nèi)容
2 技術(shù)背景6
2.1 EDA技術(shù)
2.1.1 ?EDA技術(shù)的簡介
2.1.2 ?EDA技術(shù)的工具軟件
2.1.3 ?EDA技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢
2.2 FPGA/CPLD
2.2.1 ?FPGA/CPLD概述
2.2.2 ?FPGA/CPLD系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程
2.3 VHDL語言
2.3.1 ?VHDL語言簡介
2.3.2 ?VHDL語言的基本結(jié)構(gòu)
3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路圖
3.2各個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)
3.2.1 ?時(shí)基產(chǎn)生和測頻時(shí)序控制電路模塊
3.2.2 ?待測信號脈沖計(jì)數(shù)電路模塊
3.2.3 ?實(shí)時(shí)速度計(jì)算模塊
4 硬件系統(tǒng)仿真
4.1 QUARTUS Ⅱ軟件
4.1.1 ?QUARTUS Ⅱ簡介
4.1.2 ?QUARTUS Ⅱ設(shè)計(jì)流程
4.2 模塊仿真波形圖
4.2.1 ?時(shí)基產(chǎn)生和測頻時(shí)序控制電路模塊
4.2.2 ?待測信號脈沖計(jì)數(shù)電路模塊
4.2.3 ?實(shí)時(shí)速度計(jì)算模塊
5 結(jié)論
參考文獻(xiàn)
謝辭
附錄
?
1 緒論
1.1 目的意義
汽車是一種現(xiàn)代化交通工具。它在大街之上隨處可見，在人們的日常生活中很常見，人們的日常出行基本上都會(huì)用到它。伴隨著人們生活水平的提高，汽車被人們的要求越來越高。汽車在其行駛的過程之中，車輛的速度作為一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)，既影響著汽車運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)率,又影響著汽車的行駛安全，還關(guān)乎著汽車的行駛是否超速違章[1]。而且伴隨著我國國民的安全防范意識的逐步增強(qiáng)，人們也開始越來越關(guān)心因?yàn)槠嚨某俣鴰淼臉O其嚴(yán)重的危害，對于汽車的測速系統(tǒng)的精準(zhǔn)度也更為嚴(yán)格。因此，與汽車的測速相關(guān)的研究和鉆研的開發(fā)領(lǐng)域因此而應(yīng)運(yùn)而生，新的技術(shù)和新的產(chǎn)品層見疊出[2]。
電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展可以說得上是日新月異，伴隨著電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(即EDA，Electronics Design Automation)技術(shù)的快速迅猛地發(fā)展，大型的可編程邏輯器件FPGA/CPLD（Field Programmable Gate Array/Complex Programmable Logic Device）的發(fā)展正在逐步的取代越來越多的國內(nèi)外的ASIC的市場[3]。世界上有越來越多的設(shè)計(jì)工程師們在設(shè)計(jì)的時(shí)候會(huì)首選大型可編程邏輯器件，因?yàn)樗信亢苄?，投入很低，但是它的密度卻很高，性能很高，開發(fā)的周期十分的短暫并且能夠重復(fù)地使用等諸多優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，使用硬件描述語言 VHDL （Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言來設(shè)計(jì)專門的芯片ASIC和特定的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)成為了一種必然的發(fā)展的趨勢[4]。VHDL語言與其他的硬件描述語言相比擬，它的功能十分的強(qiáng)大，設(shè)計(jì)靈活多變，支持的領(lǐng)域十分的廣泛，非常容易隨時(shí)修正，有很是強(qiáng)大的系統(tǒng)體系的硬件描述的能力和很強(qiáng)的移植的本領(lǐng)，容易共享和重復(fù)的使用，并且與它的工藝毫不相關(guān)，只獨(dú)立于它的目標(biāo)器件的設(shè)計(jì)，是以VHDL語言已經(jīng)成為EDA技術(shù)的一個(gè)至關(guān)重要的組成部分,已經(jīng)成為了電子信息工程的領(lǐng)域里的通用的最優(yōu)秀的硬件描述語言[5]。本篇文章是設(shè)計(jì)一種基于VHDL語言的汽車測速系統(tǒng)[6]。在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)中，我們記錄了汽車車輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)，然后計(jì)算了汽車的速度。我們可以通過在車輪上輸入相應(yīng)的傳感器，以脈沖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的形式輸入到車輪上，從而得到車輪的旋轉(zhuǎn)圈，然后直接由所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)獲得汽車的速度。
1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
汽車作為現(xiàn)代人日常生活中極為常見的交通工具，承載著其工業(yè)發(fā)展程度在一定程度上反映了一個(gè)國家的現(xiàn)代化水平，是一個(gè)重要的標(biāo)志之一。截至2014年底，全國31個(gè)城市的汽車數(shù)量超過了100萬輛。而北京市的汽車數(shù)量在這31個(gè)城市里獨(dú)占鰲頭，超過了500萬輛，有點(diǎn)兒猛。我國國內(nèi)的汽車的保有總量從2004年的2400萬輛極其迅速地增長到了1.37億輛。
汽車在其行駛的過程之中，車輛的速度作為一項(xiàng)極其重要的指標(biāo),既影響著汽車運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)率,又影響著汽車的行駛安全,還關(guān)乎著汽車的行駛是否超速違章。伴隨著世界上各個(gè)國家的的汽車的數(shù)目的迅猛增加，人們的出行變得愈發(fā)的危險(xiǎn)，交通安全成為了一個(gè)愈來愈緊張且引人注目的問題。
汽車駕駛員一般會(huì)通過兩種方法來獲知汽車的當(dāng)前行車的車速:第一種是依據(jù)汽車駕駛員自己的主觀的判斷,但是這種依據(jù)自己的主觀的判斷的方法誤差的非常之大,特別容易造成安全隱患，威脅汽車駕駛員和乘客們的人身安全;第二種是汽車駕駛員們直接從汽車的車速表上讀取汽車的行駛速度,這種方法就要求汽車的車速表必須具有很高的精準(zhǔn)度。出于對于人們的人身安全考慮，設(shè)計(jì)出來一種簡易而有效的測速裝置就很重要了。
下面有幾種測速的方式[7]：
（1）機(jī)械式里程表測速。
世界上的傳統(tǒng)的汽車測速系統(tǒng)是機(jī)械式的[8]。一個(gè)傳統(tǒng)的機(jī)械式里程表附著在一個(gè)軟軸上，中間有一根電線。而一個(gè)變速器上面的的某一個(gè)齒輪的上面就承包了這一根軟軸的另外一端。當(dāng)齒輪開始旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩可以被驅(qū)動(dòng)，然后開始旋轉(zhuǎn)，隨著節(jié)拍覆蓋在鋼絲繩驅(qū)動(dòng)下的圓中的一個(gè)里程表磁鐵開始旋轉(zhuǎn)跳躍。指針連接到里程表蓋的內(nèi)部，如果指針在零位置，它只能通過導(dǎo)線。由于磁鐵在鋼絲纜的帶動(dòng)下的旋轉(zhuǎn)跳躍的速度的快慢有所不同，從而引起了磁力線的大小也是變化多端，因此這個(gè)存于系統(tǒng)之間均衡就被打破了，所以這個(gè)指針就被帶動(dòng)了起來。這樣一種汽車的測速系統(tǒng)雖然簡單但是非常實(shí)用，因此被世界各國廣泛地應(yīng)用在了各種各樣的類型的汽車的測速上面。在最早期的汽車測速中最常用的就是這樣一種機(jī)械結(jié)構(gòu)式的傳感器, 它的特點(diǎn)是原理十分的簡單，外面的表皮結(jié)實(shí)且非常耐用。但是，這樣的一種機(jī)械結(jié)構(gòu)式十分地復(fù)雜的傳感器，它測量速度的準(zhǔn)確性非常的撈。伴隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展的日新月異，電子式的傳感器取代了這種過去十分常見機(jī)械結(jié)構(gòu)式的傳感器的高不可攀的地位，從而使得在汽車的測速系統(tǒng)中越來越少地使用機(jī)械式的傳感器了。
（2）霍爾傳感器測量速度。
科學(xué)家們結(jié)合了集成電路技術(shù)與霍爾效應(yīng)，然后一種叫做霍爾傳感器的熱傳感器就被創(chuàng)造了[9]。這類的傳感器或許可以感知到任何與磁信息有關(guān)的物理量。在這里，霍爾效應(yīng)被科學(xué)家們使用了。控制電流I在兩端的金屬或半導(dǎo)體薄片。并施加一個(gè)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度B在垂直于金屬或半導(dǎo)體薄片的方向。因此，系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)電動(dòng)勢(霍爾電壓)是一個(gè)UH= KHIB。它的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B和直接成比例控制電流的乘積函數(shù)。它的方向垂直于電流和磁場的方向。KH是霍爾元素的靈敏度?；魻栯娢皇请姎馐袌觯魻栐墙饘倩虬雽?dǎo)體的對應(yīng)板。典雅隨著磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化而變化。它有特征對于磁場十分的敏感，它有著結(jié)構(gòu)非常的簡單，體積特別的小，頻率響應(yīng)尤其的寬，而且它輸出電壓變化多端，能夠使用的周期也十分的長等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此在測量記錄、電子計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化和信息技術(shù)等一系列的范疇得到了極其普遍的應(yīng)用?；魻杺鞲衅鳎欠糯箅娦盘?，是將各種可變信號測量轉(zhuǎn)化而成的相應(yīng)的。然后分析被進(jìn)行，對其輸入信號進(jìn)行處理，通過的過程是由單片機(jī)進(jìn)行的。然后進(jìn)行計(jì)算。如果在通過分析處理以及計(jì)算的過程之后，行進(jìn)中汽車的車輪在單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)被得出，那么輸入車輪的外徑，乘以圈數(shù)，就能得到速度。
（3）激光測量速度。
激光測速（measurement of velocity by laser）實(shí)際上丈量被測的移動(dòng)中的物體上面反射回來的光的頻率，也就是因?yàn)槎嗥绽眨―oppler）效應(yīng)而產(chǎn)生的一定的偏離，它是對被測量的物體使用了兩次有特定的時(shí)間的間隔的激光測距，然后在此時(shí)間內(nèi)，得到被測物體運(yùn)動(dòng)的間隔，從而得到被測物體的速度。激光測速是一種特別優(yōu)秀的新版本的測速的技術(shù)[10]。伴隨著電子科技技術(shù)的迅猛飛速的成長，激光測速傳感器已經(jīng)被世界上的數(shù)不勝數(shù)國家普遍采用，在不計(jì)其數(shù)的測量領(lǐng)域中有著舉足輕重的關(guān)鍵作用，它可以應(yīng)用在出產(chǎn)設(shè)備，特種機(jī)車，風(fēng)力發(fā)電等方面。若要把激光測速傳感器與指定的計(jì)算機(jī)相接連，是以可以對被測量的物進(jìn)行自動(dòng)化和智能化的控制測量，這也是現(xiàn)在的測量的技術(shù)與電子計(jì)算機(jī)技術(shù)相互結(jié)合的產(chǎn)物。它的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)非常簡單，精確度十分高，響應(yīng)速度特別快，尤其遠(yuǎn)測量距離。而它的缺點(diǎn)：特別容易受氣候的影響，尤其是強(qiáng)烈的光線給它帶來的影響。
（4）超聲波測速。
因?yàn)槌暡▊鞲衅魉约罕旧淼拈L處，所以它在測量距離和測量速度的技術(shù)之中獲得了極其普遍的使用[11]。超聲波的傳播方向性十分的優(yōu)秀，并且具有十分強(qiáng)大的穿透物體的能力。可以用來測量距離、測量速度、測量厚度、探究傷口和超聲波成像等廣泛的范疇之中。超聲波可以在空氣中傳播。會(huì)被彈回來在遇到了障礙物之后。測量那個(gè)時(shí)間之間時(shí)間差，這個(gè)時(shí)間差指得是系統(tǒng)發(fā)射超聲波的時(shí)間，和超聲波遇到物體之后反射回來被接手的時(shí)間之間的間隔。與上述提到的激光測距的設(shè)備相比較, 超聲波由于它比較方便、簡單、成本低等優(yōu)秀的因素而被極其廣泛的應(yīng)用于短距離的測量中。它的優(yōu)點(diǎn)：超聲波低low能耗、有強(qiáng)大的指向性并且還能夠傳輸較遠(yuǎn)的距離在某些介質(zhì)中。它的缺點(diǎn)：超聲波的響應(yīng)時(shí)間會(huì)很長，因?yàn)槁曇舻膫鞑ニ俣缺裙獾膫鞑ニ俣嚷?；在有效的測量的距離上要相比上述提到的激光測距要短很多；測量的誤差相對來說比較的大，分辨率十分之低；并且不能在運(yùn)動(dòng)中測量，只能測量靜止的物；測量的過程十分的復(fù)雜，需要對準(zhǔn)目標(biāo)；十分容易受到其他物體影響，特別容易受到外部的環(huán)境的干擾。
（5）雷達(dá)速度測量。
多普勒效應(yīng)理論應(yīng)用于雷達(dá)測速[12]。奧地利物理學(xué)家多普勒首次發(fā)現(xiàn)了多普勒效應(yīng)。當(dāng)發(fā)射體和接受體之間有相對的徑向的運(yùn)動(dòng)時(shí)候，接受到的信號就會(huì)發(fā)生一系列的轉(zhuǎn)變。當(dāng)被測目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá)天線時(shí)，反射信號的頻率將低于發(fā)射信號的頻率；相比之下，當(dāng)被測目標(biāo)接近雷達(dá)天線時(shí)，反射信號的頻率將高于發(fā)射信號。因此，工程師可以通過改變頻率來計(jì)算雷達(dá)和被測目標(biāo)之間的相對速度。它可以被安排在交警車上面，在運(yùn)動(dòng)中操作一波車速檢測。可以滿足交警大哥的需求。它的優(yōu)點(diǎn)：體積特別的小，攜帶的時(shí)候很方便，造價(jià)特別的低，因此應(yīng)用廣泛。
1.3 本文的研究內(nèi)容
本設(shè)計(jì)采用EDA技術(shù)來完成。 “自頂向下”的設(shè)計(jì)思想在設(shè)計(jì)中被發(fā)揚(yáng)光大。將整個(gè)系統(tǒng)用時(shí)序產(chǎn)生和測頻時(shí)序控制電路（CTRL）、待測信號脈沖計(jì)數(shù)電路（CB16、WORD2）和實(shí)時(shí)速度計(jì)算模塊（MULTI8X8）。然后使用了硬件描述語言VHDL[5]，逐一逐個(gè)地編寫這些個(gè)子模塊的相應(yīng)的程序，設(shè)計(jì)出一種汽車測速系統(tǒng)。

?文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-484950.html

到了這里，關(guān)于基于VHDL語言的汽車測速系統(tǒng)設(shè)計(jì)_kaic的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！