基于FPGA的出租车计价器的设计论文.doc

目 录摘要31 前言42 研究内容42.1按照计费标准能实现计费功能.42.2实现预置功能：能预置起步费、每公里收费、行车加费里程42.3实现模拟功能：能模拟汽车启动、停止、暂停等状态.43主要技术指标43.1计价范围：0999.9元 计价分辨率： 0.1元.43.2计价范围：099.9公里 计价分辨率： 0.1公里 54设计要求54.1设计一个出租车计价器54.2该计价器的计费系统54.3能以十进制显示行驶公里数、等待累计时间、总费用55文献综述56关键问题66.1采用了白天和深夜不同的分时计费方式，因此要选用合适的计时芯片对计费模块进行控制66.2计时、计程与计费的精度设定66.3控制模块对各个子模块的协调控67研究思路和方法67.1系统组成67.2模块设计68结束语7参考文献7致谢7基于FPGA的出租车计价器的设计摘要：FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)是一种高密度可编程逻辑器件，它支持系统可编程，通过写入不同的配置数据就可以实现不同的逻辑功能。使用FPGA来设计电子系统，具有设计周期短、易于修改等明显特点，特别适合于进行科学实验、样机研制和电子产品的小批量生产。设计出租车计价系统，运用自顶向下的设计思想，以芯片CycloneEP2C8T144C8为设计核心，采用Quart us仿真软件，对设计电路的各模块及整个系统进行了EDA仿真验证。结果表明，该计价系统具有计时、计费、计程和动态显示的功能，符合设计要求，修改VHDL语言源程序，可完成更多的出租车计价系统的扩展功能。关键词：出租车计价；自顶向下；VHDL；FPGA1前言随着电子技术的发展，出租车计价器的设计也从传统的全部由机械元器件组成的机械式设计到半电子式(即用电子线路代替部分机械器件的出租车计价器)，再从集成电路式到目前基于FGPA芯片为核心的系统的设计共经历了四个阶段，利用FPGA芯片，用较少的外部硬件和适当的软件相互配合，可以通过软件编程来完成更多的附加功能，设计比较灵活，并且还具有功耗小，体积小、低成本、安全可靠、使用方便等优点。因此，使用FPGA来设计出租车计价系统已受到人们的关注，也能更好地发挥其优点。本文以FPGA为设计载体，通过VHDL语言编程，采用Quart us仿真软件，设计了一种能动态显示出租车计时、计费、计程的系统，具有一定的实际应用价值。2 研究内容2.1按照计费标准能实现计费功能2.2实现预置功能：能预置起步费、每公里收费、行车加费里程车起步开始计费，首先显示起步价(本次设计为80元)，行程在3 km以内，按起步价收费；当行驶超过3 km，16元km，车暂时停车(如遇红绿灯或中途暂时停车)，当等待时间超过3 min，按1元min收费。2.3实现模拟功能：能模拟汽车启动、停止、暂停等状态能动态显示出租车行驶的里程，范围为0099 km(考虑到出租车就在市区或近郊附近活动)，同时显示等待时间，范围为0059 min，显示总计价值，范围为009999元，计价分辨率为01元。3 主要技术指标3.1计价范围：0999.9元 计价分辨率： 0.1元3.2计价范围：099.9公里 计价分辨率： 0.1公里4 设计要求4.1设计一个出租车计价器4.2该计价器的计费系统白天（5:00-23:00）：行程3公里内，起步费为10元；3公里外以每公里2元计费，10公里外以每公里3元计费。深夜（23:00-5:00）：行程3公里内，起步费为14元；3公里外以每公里2.5元计费，10公里外以每公里3.8元计费。无论白天深夜当车速低于12Kmh每五分钟一公里。4.3能以十进制显示行驶公里数、等待累计时间、总费用。5 文献综述我国在70年代出现出租车，但是那时的计费系统大都是国外进口不但不够准确，价格还十分昂贵。随着改革开放日益深入，出租车行业的发展势头已十分突出，国内各机械厂家纷纷推出国产计价器。出租车计价器的功能从刚开始的只显示路程（需要司机自己定价，计算后四舍五入），到能够自主计费。随着城市旅游业的发展，出租车行业已成为城市的窗口，象征着一个城市的文明程度。现在各大中城市出租车行业都已普及自动计价器，所以计价器技术的发展已成定局。而部分小城市尚未普及，但随着城市建设日益加快，象征着城市面貌的出租车行业也将加速发展，计价器的普及也是毫无疑问的，所以未来汽车计价器的市场还是十分的有潜力。 我国的第一家生产计价器企业是重庆市起重机厂，最早的计价器全部采用机械齿轮结构，只能完成简单的计程功能，可以说早期的计价器就是一个里程表。 随着科学技术的发展，产生了第二代计价器。它采用了手摇计算机与机械结构相结合的方式，实现了半机械化半电子化。此时它在计程的同时还可以完成计价的工作。 大规模计程电路的发展又产生了第三代计价器，也就是全电子化的计价器。它的功能也在不断完善。当单片机出现并应用于计价器后，现代出租车计价器的模型也就基本具备了，它可以完成计程，计价，显示等基本工作。单片机以及外围芯片的不断发展促进了计价器的反战。出租车计价器在最初使用时具备的主要功能是根据行驶里程计价，要求精度高，可靠性好。6 关键问题6.1采用了白天和深夜不同的分时计费方式，因此要选用合适的计时芯片对计费模块进行控制6.2计时、计程与计费的精度设定6.3控制模块对各个子模块的协调控7 研究思路和方法 7.1系统组成时钟信号等待信号公里脉冲计费复位分频器控制器计费计时计程译码显示7.2模块设计 整个设计由分频模块，控制模块，计量模块，译码模块和显示模块五个部分组成。1、 分频模块对频率50HZ的输入脉冲进行分频。2、 控制模块是系统的核心部分，对计价器的状态进行控制。3、 计价模块就是计价4、 译码模块：（1） 计费数据送入显示译码模块进行译码，最后送至百元、十元、元、角为单位对应的数码管上显示。（2） 计时数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以分为单位对应的数码管上显示。（3） 计程数据送入显示译码模块进行译码，最后送至以公里为单位的数码管上显示。5、 显示模块（1） 计价数据在以百元、十元、元、角、为单位对应的数码管上显示。（2） 计时数据在以分为单位对应的数码管上显示。（3） 计程数据在以公里为单位的数码管上显示。8 结束语 通过仿真验证表明，本文所设计的出租车计价器能够正常地显示行驶的里程数和乘客应付的费用，符合预定的计费标准和功能要求。基于FPGA的设计，集成度高、设计周期短。尤其是当计费标准发生变化时，容易通过改写Verilog HDL源程序来完成新的设计。参考文献1求是科技.FPGA数字电子系统设计与开发实例导航. J.北京：人民邮电出版社，2005,115-126.2亿特科技.应用系统设计与基础篇M.北京：人民邮电出版社，2005,931023洪传文.出租车计价器的原理及应用J.技术监督与服务，1997,17-184郭强.液晶显示应用技术M.北京：电子工业出版社，2003,2116杨建潮.出租车计价器的设计原理J.检定与规程，2001.44-4致 谢这篇论文的完成，首先我要感谢老师的指导，还有就是我的好友给我提供的文献和资料。