论文总字数：23084字

摘 要

随着国家经济水平的不断飞跃，居民对自己的生活品质要求也越来越高。自行车是一种普通的交通工具，但是现在对其的要求也越来越高，精美的外形，独特的功能等等。自行车的速度里程表也随之诞生，它能够满足人们的运动需求，让人们能清楚地知道当前行驶的速度和路程值。

本设计介绍了一个基于Spartan-3E FPGA开发板的自行车速度里程测量系统，它能够实时采集自行车的速度和里程信息并在数码管上进行显示。该系统采用无接触式测量的霍尔传感器模块对车轮转动信息进行采集，并将该信号送给车速运算电路和路程运算电路进行处理，最后将运算得到的数据在数码管上进行实时显示。本设计采用verilog硬件描述语言进行设计，结构简单，可移植性强，设计过程中充分体现了模块化的设计思想。通过对设计的电路进行测试，该系统可以方便实现速度里程的采集和显示，具有精度高，体积小，功耗低，抗干扰能力强等优点，具有广泛的应用前景。

关键词：速度里程表，霍尔传感器，模块化

Abstract

With the continuous improvement of national economic level, residents’own living requirements are getting higher and higher. Bicycle is an ordinary means of transport, but now its requirements are getting higher and higher, beautiful shape, unique features and so on. The speed odometer of the bike is also made because of it, it can meet people's needs, so that people can clearly know the current speed and distance travel.

This design introduces a speed and distance measurement system of bike based on the Spartan-3E FPGA development board, which captures the speed and distance information of the bike in real time and displays it on the digital tube. The system uses the contactless measurement of the Hall sensor module to capture the wheel rotation information, and the signal is sent to the speed calculation circuit and the route operation circuit for processing, and finally the data is real-time displayed on the digital tube. The design uses verilog hardware description language, it has simple structure and great portability.The design process fully embodies the modular design ideas. Through the test of the circuit design, the system can facilitate the realization of speed and distance acquisition and display, with high precision, small size, low power consumption, anti-interference ability and so on.It will have a wide range of applications prospects.

KEY WORDS: speed odometer, hall sensor, number of pulses

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题的背景和意义 1

1.2研究的发展概况 1

1.3论文组织结构 2

第二章 设计软硬件基础介绍 3

2.1软件基础 3

2.1.1硬件描述语言的介绍 3

2.1.2 ISE软件介绍 3

2.1.3 modelsim介绍 4

2.2硬件基础 4

2.2.1 FPGA开发板介绍 4

2.2.2 霍尔传感器介绍 5

2.3 本章小结 8

第三章 系统的设计方案 9

3.1设计的任务要求 9

3.2设计的方法思路 9

3.3总体方案 9

3.4本章小结 11

第四章 电动自行车速度里程表的功能设计 12

4.1 概述 12

4.2 速度里程表的各个模块划分和设计 12

图7 系统构成框图 12

4.2.1分频模块 12

4.2.2 脉冲计数模块 13

4.2.3 路程累加模块 13

4.2.4 速度计算模块 14

4.2.6 顶层模块 15

4.3显示电路的设计 17

4.4车轮模型的代替 18

4.5本章小结 18

第五章 系统仿真与验证 20

5.1 概述 20

5.2 模块电路验证 20

5.2.1分频模块仿真验证 20

5.2.2脉冲计数模块验证 20

5.2.3路程累加模块验证 21

5.2.4速度计算模块验证 21

5.2.5数码管显示模块验证 22

5.2.6顶层模块验证 23

5.3版图绘制 23

5.4实物验证 25

5.5 调试故障及原因分析 26

5.6本章小结 26

第六章 总结与展望 27

6.1 总结 27

6.2设计不足与反思 27

6.3 展望 27

致 谢 28

参考文献 29

绪论

1.1课题的背景和意义

自行车已经有超过两百年的历史，从它的发明，使用到普及。 这两百年间不断地有人对其进行新的尝试与开发，笨重的玩具式的木车，可以运载很多人的马车，变换成如今颜色多样，功能齐全的运动自行车，自行车发展的用途也从一开始用来作为简单的运输、代步的工具转换成休闲娱乐和锻炼的用途。

随着国家经济水平的不断飞跃，民众的生活品质要求也有了巨大的改变。自行车作为普通的运输、代步的工具已经不能满足居民的基本需求了，渐渐地它转变成人们休闲锻炼的青睐目标。因此，人们希望电动自行车的功能花样更加丰富，能给居民们带来更多的便利。电动自行车速度里程表作为自行车的一大重要的辅助工具也正是随着人们的期望而发生了巨大的蜕变，它的功能也慢慢从简单的里程显示提升到速度、时间双重显示，甚至有的还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。让骑车的人能够更加方便地看到骑车时的速度和里程行驶情况。如国内的顺东SD-548C自行车里程表，能即时地显示当前行驶的路程速度值和骑车时间等，有的速度里程表还有夜间显示能力和中英文自动切换的功能。

综合考虑的因素有很多，诸如环境保护和经济条件，从这两方面来看，未来电动自行车速度里程表的发展潜力巨大。当前市场上各类速度里程表显示都不够清晰，大部分都是基于机械设计的方法，远远不够便利。如果通过LED即时显示出来里程值和速度值就能够大大节省骑手的时间，可以另外处理自行车行驶过程中的突发情况。本设计以 spartan3E FPGA开发板为基础平台开发一种体积小巧、操作便捷的便携式电动自行车的速度里程表，它能自动地显示当前电动自行车行走的距离和运行的速度大小。

1.2研究的发展概况

目前全国都在积极推进生态化建设，控制温室效应，落实节能减排，加强生态文明建设。居民们也都纷纷响应号召，过低碳生活绿色出行也得到越来越多人的支持。 自行车作为一种绿色的交通工具，在绿色健康的低碳生活的影响下重新得到消费者的认可，从过去老、破、旧的代名词转变为阳光、积极、绿色的形象。尤其是发达城市，随着消费者生活水平的提升、中高档自行车也越来越被大家所认可，购买量也大大提升。

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