基于FPGA的出租车计费器设计设计

摘要随着我国市场经济的发展，交通也越来越便利，特别是计程车，以快捷、方便的特点早已盛行各个城市，成为城市交通的重要工具。计程车市场从90年代初的起步阶段到现在已经进入了高峰期。随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善，计程车的服务也就显得越来越重要。因此计程车计价器也就应运而生了。本文分析了当前国内外出租车计费系统的基本组成和工作原理及主要的两种设计方式:基于单片机的设计方式和基于FPGA的设计方式；并对这两种实现方式的优点和缺点进行分析，比较后确定本系统的方案：基于FPGA的出租车计费系统的设计。在本设计中主要是通过VHDL语言来编程实现计费系统的四个功能块：分频模块，控制模块，计量模块和译码显示模块，最后使用MAX+PLUSII软件来对程序进行仿真，以模拟实现出租车的启动，停止以及等待等过程中的计时，计程和计费功能。并将各功能模块的结果通过动态译码扫描模块输出到显示模块进行显示。即通过显示模块显示出租车所行驶的路程，出租车等待的时间和出租车分别在等待过程中的费用和行驶过程中的费用。关键字:CPLD/FPGA；VHDL语言；MAXPLUSII；出租车；计费器DesignoftaximeterBasedonFPGAAbstractAsChina'smarketeconomydevelops，moreandmoreconvenienttransport，particularlytaxis,tofast,convenientfeatureshavelongbeenpopularinvariouscitiesandbecomeanimportanttoolforurbantraffic.Taximarketintheearly1990s,theinitialstageuptonowhasenteredapeakperiod.Withthelevelofurbanizationandtheimprovementofpeople'slivingstandardsimprove,taxiserviceswillbecomeincreasinglyimportant.Taximeterthereforeithasemerged.Thispaperanalysesthecurrentdomesticandforeigntaxibillingsystemandthebasicworkingprincipleandthetwomaindesign。BasedonthedesignofmicrocontrollerandFPGA-baseddesign。andboththestrengthsandthewaysShortcomingsoftheanalysis，comparisonofthesystemestablishedaftertheprogramme:FPGA-basedbillingsystemfortaxis.InthisdesignmainlythroughtheVHDLlanguageprogrammingbillingsystemsofthefourfunctionblocks：thefrequencymodules,controlmodule,themeasurementmodulesanddecodingmodules,thefinaluseofMAX+PLUSIIsoftwaretosimulatetheprocedurestoSimulationoftherealizationofataxistart,stopandwaitinthecourseoftime,andsoon,including-andbillingfunctions。Andtheresultsofthefunctionalmodulesthroughdynamicdecodingscanningmoduleoutputtodisplaymoduletodisplayit.ThroughthedisplaymoduleTaxisBythetravellingdistance,ataxiwaitingforthetimeandwerewaitingforataxiintheprocessofmovingcostsandfeesintheprocess.Keywords：CPLD/FPGA。VHDL。MAX+PLUSSII。Taxi；Meters目录1绪论...........................................................51.1研究的意义................................................51.2当前国内外的研究现状......................................51.3本课题的目的..............................................51.4本论文的章节安排..........................................62VHDL和FPGA的简介.............................................72.1VHDL的介绍...............................................72.2FPGA的介绍...............................................73Max+plusII平台简介............................................93.1概述......................................................93.2Max+plusII的特点.........................................94设计方案的简介及比较..........................................114.1基于单片机出租车计费器设计方案...........................114.1.1硬件各模块的功能...................................114.1.2程序设计模块.......................................124.2基于FPGA的出租车计费器的设计方案........................134.3两种方案的比较...........................................134.4方案的确定...............................................145出租车计费系统的设计..........................................145.1整体方案设计.............................................145.1.1设计的主要技术指标.................................145.1.2整体设计方案的实现.................................145.2模块的设计...............................................155.2.1秒分频模块.........................................155.2.2控制模块...........................................165.2.3计量模块...........................................185.2.4译码显示输出模块...................................215.2.5整体原理与仿真.....................................235.2.6结果分析...........................................245.2.7结论...............................................24结束语..........................................................25谢辞............................................................26参考文献........................................................27附录A..........................................................28附录B..........................................................33附录C..........................................................371绪论1.1研究的意义随着我国市场经济的发展，交通也越来越便利，特别是计程车，以快捷、方便的特点早已盛行各个城市，成为城市交通的重要工具。计程车市场从90年代初的起步阶段到现在已经进入了高峰期。随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善，计程车的服务也就显得越来越重要。因此计程车计价器也就应运而生了。1.2当前国内外的研究现状目前市场上使用的出租车计费器主要采用的都是利用MCU如89C51单片机实现的计费器设计，显示方式上主要采用的是固定显示内容的LED显示。传统的出租车计费器由于发展使用了十几年，在稳定性、成本、以及使用习惯上都具有一些优势，但是随着出租车价格市场化，我国加入WTO以来主导出租车行业成本的许多因素主要包括油价的波动，都对传统的出租车计费器提出了更高的要求。近一年来，各大城市都在对出租车价格进行调整，由于数量太多，很多城市的调价甚至需要一个月的时间才能完成，经常会同一时间出现几个价格，有的城市的出租车上还会出现司机人工计价的尴尬情形。这些都暴露了传统计费器在灵活性和升级换代能力的不足。传统计费器的不足可以体现在以下几点：1）品更新周期长传统计费器利用MCU如89C51单片机实现汽车计费器的设计，大部分的功能可以用单片机来实现。但是单片机程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令集，因此设计研发比较困难，周期长，如果系统设计的不好，则系统不是很稳定，而且灵活度不够，不易实现功能复杂的设计。2）计价方式的不灵活每次计价标准的修改都需要将芯片从新烧录，使得每次调价都需要耗费大量的人力物力，很难达到目前油价联动的需求。1.3本课题的目的考虑到目前出租车行业迅猛发展的趋势以及对计费器更高的灵活性要求，本设计希望尝试一些新的方法来予以解决以上问题。1）利用FPGA取代MCU随着FPGA等数字可编程器件的出现解决传统电子设计不能完成的任务，利用FPGA来实现出租车计费器。可行性很高，而且电路简单，大大减少外围器件，可以用软件完全仿真，灵活度高，可以设计一些复杂的系统，而且编好的系统可以在不同的FPGA或CPLD芯片上通用。FPGA能完成任何数字器件的功能，使用FPGA来开发数字电路，可以大大缩短设计时间，减少PCB面积，提高系统的可靠性。同时由于FPGA的功能完全取决于VHDL语言编写的程序，不拘泥于某种芯片的特殊指令，更加提高了产品的更新换代能力。2）增加计价标准设定功能通过设计此功能模块可以使得计价标准设计更加灵活，体现目前出租车行业发展的需要，使运价、油价联动成为可能。1.4本论文的章节安排本文在第2章介绍了VHDL语言的特点和FPGA的基本原理。第3章主要是对MAX+PLUSII进行了简要的介绍。第4章介绍了当前两种主要出租车设计方案和这两种方案