【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，非常適合作為計(jì)程車的計(jì)價(jià)器系統(tǒng)的控制核心 。 方案的確定 從以上兩種方案的比較 可以看出基于 FPGA 的設(shè)計(jì)方案要優(yōu)于基于單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案基于 FPGA 的設(shè)計(jì) 方案穩(wěn)定性更強(qiáng)且相對(duì)于單 片機(jī)的設(shè)計(jì)方案來說它更易于將來進(jìn)行功能擴(kuò)展 。 因此 我確定采用基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)器 的設(shè)計(jì)方案 。 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 5 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 整體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 實(shí)現(xiàn)計(jì)程車的計(jì)價(jià)器功能 。 一方面實(shí)現(xiàn)基本功能時(shí)，包括在行程中滿足 3公里以內(nèi)計(jì)起步價(jià) 10 元，以后以 元 /公里計(jì)費(fèi) 。 處于等待的狀態(tài)下滿足 2 分鐘以內(nèi)計(jì) 2 元，以后以 元 /分計(jì)費(fèi) 。 另一方面多功能的實(shí)現(xiàn)，計(jì)價(jià)器可以根據(jù)要求顯示需要的內(nèi)容，可以根據(jù)選擇鍵選擇顯示總費(fèi)用，總行程數(shù)和總乘車時(shí)間等等 。 1) 計(jì) 價(jià)范圍： 0～ ； 計(jì)價(jià)分辨率： ； 2） 計(jì)程范圍： 0～ 99 公里； 計(jì)價(jià)分辨率： ； 3） 計(jì)時(shí)范圍： 59 分； 計(jì)時(shí)分辨率： 1 分鐘； 整體設(shè)計(jì)方案的實(shí)現(xiàn) 出租車計(jì)費(fèi)器的控制系統(tǒng)以 FPGA 為核心控制器 。 如圖 51所示，主要分為四個(gè)模塊 。分別為：秒分頻模塊、控制模塊、計(jì)量模塊和譯碼顯示模塊 。 秒分頻模塊使整個(gè)系統(tǒng)的同步工作，把系統(tǒng)提供的 32M 的晶振頻率進(jìn)行分頻，得到所需要的秒信號(hào)（便于在以后的 計(jì)時(shí)中用到） 。 控制模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，對(duì)各個(gè)部分起到了調(diào)控的作用 。 對(duì)計(jì)程車的工作狀態(tài)進(jìn)行具體的定義 。 計(jì)量模塊也是系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的模塊，它分為三個(gè)部分，分別為計(jì)價(jià)部分、計(jì)時(shí)部分和計(jì)程部分，是出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)多功能實(shí)現(xiàn)的保證 。 最后一個(gè)譯碼顯示模塊作用在于把計(jì)費(fèi)器的工作情況（價(jià)錢、行程數(shù)、行程時(shí)間）反饋給乘客 。 四個(gè)模塊有機(jī)地結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了基于 FPGA 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 華東交通大學(xué)畢設(shè)計(jì) 15 圖 51出租車計(jì)費(fèi)器組成方框圖 模塊的設(shè)計(jì) 秒分頻模塊 1） 秒分頻 的 對(duì)頻率為 100Hz 的輸入脈沖進(jìn)行分頻， 得到頻率為 1Hz 的頻率。分頻模塊的電路符號(hào)圖如下圖 5－ 2 所示。 從圖中可以看出分頻模塊有兩個(gè)輸入信號(hào)，一個(gè)是 clk 時(shí)鐘信號(hào)。另一個(gè)是 計(jì)費(fèi)器的使能信號(hào) start。 圖 5－ 2分頻模塊電路符號(hào)圖 分頻模塊的主要源代碼如下： if start=39。039。 then 此 IF語(yǔ)句中得到分頻器的使能信號(hào) 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 f_1=39。039。 Q_1=0。 else if Q_1=99 then 此 IF 語(yǔ)句是得到頻率為 1Hz 的頻率信號(hào)和 1公里脈沖 Q_1=0。 F_1=39。139。 else Q_1=Q_1+1。 F_1=39。039。 end if。 end if。 2）秒分頻模塊的波形仿真圖如下圖 5－ 3 所示： 從圖中可以看到當(dāng) Q_1 計(jì)數(shù)達(dá)到 99 的時(shí)候那么 f_1 就產(chǎn)生一個(gè) 1公里脈沖信號(hào)。 圖 53 分頻器仿真圖 控制模塊 1） 控制模塊對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制作用，支配系統(tǒng)的工作狀態(tài) 。 描述了出租車計(jì) 費(fèi)器整個(gè)工作過程的狀態(tài) 。 它是計(jì)費(fèi)器工作的核心 。 控制模塊的電路符號(hào)圖如下圖 5－ 4 所示： 從圖中可以看到控制模塊 有 3 個(gè)輸入端口 即 clk 時(shí)鐘信號(hào)， start 計(jì)價(jià)使能信號(hào)和 stop 等待信號(hào)。 圖 5－ 4 控制模塊的電路符號(hào)圖 控制模塊 的主要源代碼如下： if start=39。039。 then 華東交通大學(xué)畢設(shè)計(jì) 17 en0=39。039。 en1=39。039。 elsif stop=39。039。 then en1=39。039。 if k1amp。k000000011 then 此 IF 語(yǔ)句得到 en0 使能信號(hào) en0=39。139。 else en0=39。039。 end if。 elsif stop=39。139。 then en0=39。039。 if m1amp。m000000010 then 此 IF語(yǔ)句得到 en1 使能信號(hào) en1=39。139。 else en1=39。039。 end if。 end if。 2)控制模塊的波形仿真圖如下圖 5－ 5 所示： 從仿真圖中可以看出 輸出信號(hào) e0 和 e1 的為輸出信號(hào) （當(dāng) en0=1 時(shí)說明出租車行駛超過了 3公里，此時(shí)出租車按照每公里 元計(jì)費(fèi)，當(dāng) en1=1 時(shí)說明出租車等待超過了 2 分鐘此時(shí)出租車按每分鐘 元計(jì)費(fèi)）。 圖 55控制模塊 波形 仿真圖 計(jì)量模塊 計(jì)量模塊是本系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的部分 ,是計(jì)程車計(jì)價(jià)器系統(tǒng)多功能實(shí)現(xiàn)的保證 。 計(jì)量模塊其實(shí)在整個(gè)系統(tǒng)中就充當(dāng)一個(gè)計(jì)算器的功能 。 它是計(jì) 價(jià)、計(jì)時(shí)、計(jì)程功能的具體實(shí)現(xiàn) 。 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 1） 計(jì)價(jià)部分：由計(jì)程車的起步費(fèi) 6元加上等待過程中的計(jì)費(fèi) 元 /分，再加上行進(jìn)過程中的計(jì)費(fèi) 元 /公里，然后再把計(jì)算出來的數(shù)分別以百元，十元，元，角的單位表示出來，送去顯示譯碼模塊 。 （ 1） 計(jì)價(jià)部分電路符號(hào)圖如圖 5－ 7所示 ：圖中的輸出信號(hào) cha3,cha2,cha1,cha0分別表示的時(shí)計(jì)費(fèi)輸出部分的百元，十元，元，角 的輸出。 圖 57計(jì)價(jià)部分的電路符號(hào)圖 計(jì)價(jià)部分 的主要源代碼如下所示： if en0=39。139。then 說明超過了三公里； if(c191)then 加到 19 角就說明車子行駛了 1 公里； c19:=c19+1。 if(c19=1)then temp0=k0。 end if。 上面這幾句完成超過三公里的時(shí)的計(jì)費(fèi)功能 。 elsif(en1=39。139。)then if(c1515)then――此 IF 語(yǔ)句完成等待計(jì)費(fèi)功能 。 c15:=c15+1。 if(c15=1) then temp1=m0。 end if。 此部分代碼完成等待超過 2 分鐘時(shí)的計(jì)費(fèi)功能 。 （ 2）計(jì)價(jià)部分的波形仿真如圖 5－ 8所示： 從仿真圖可以看出 cha3,cha2,cha1,cha0在各個(gè)時(shí)間段的輸出數(shù)據(jù)。 華東交通大學(xué)畢設(shè)計(jì) 19 圖 5－ 8 計(jì)價(jià)部分的波形仿真圖 2） 計(jì)時(shí)部分： 是對(duì)乘客的乘車時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)（包括等待的時(shí)間和行進(jìn)的時(shí)間），分別以秒和分的形式送去顯示譯碼模塊，到 59 分時(shí)自動(dòng)歸零 。 （ 1） 計(jì)時(shí)部分電路符號(hào)圖如下圖 59 所示 ： 圖 59計(jì)時(shí)部分電路符號(hào)圖 完成計(jì)時(shí) 部分的主要源代碼如下： if w=59 then w=0。 ―― 此 IF語(yǔ)句完成等待計(jì)時(shí) if m0=1001 then m0=0000。――此 IF 語(yǔ)句完成分計(jì)數(shù) if m1=101 then m1=000。 else m1=m1+1。 end if。 else m0=m0+1。 end if。 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 else w=w+1。 end if。 （ 2）計(jì)時(shí)部分的波形仿真圖如圖 5－ 10所示： m0的計(jì)時(shí)輸出為 4 分鐘。 圖 5－ 10 計(jì)時(shí)部分的波形仿真圖 3） 計(jì)程部分：對(duì)當(dāng)前行進(jìn)過程中所走的公里數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最大范圍為 99 公里 。同樣也送入譯碼顯示模塊 。 由于計(jì)程部分和計(jì)時(shí)部分的原理基本相同，不同的只是計(jì)時(shí)是是當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)到 59 時(shí)發(fā)生跳變 ，而計(jì)程時(shí)則是當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到 99 時(shí) 才產(chǎn)生一個(gè) 跳變。 （ 1） 計(jì)程部分的電路符號(hào)圖 如下圖示 5－ 11所示 ： 完成計(jì)程部分的主 要源代碼如下如所： if start=39。039。 then k1=0000。 k0=0000。 elsif stop=39。039。then if k0=1001 then k0=0000。 if k1=1001 then k1=0000。 else 華東交通大學(xué)畢設(shè)計(jì) 21 k1=k1+1。 end if。 else k0=k0+1。 end if。 end if。 （ 2） 計(jì)程部分的波形仿真圖如圖 可以用圖 5－ 12 所示：當(dāng) k0 計(jì)數(shù)達(dá)到 9 時(shí) k1（即里程的十位數(shù)變?yōu)?1） 圖 5－ 12計(jì)程部分波形仿真圖 譯碼顯示 輸出 模塊 譯碼顯示 輸出 模塊是建立在內(nèi)部系統(tǒng)和觀測(cè)人之間的橋梁 。 通過譯碼顯示模塊，人們才能得到想要的信息 。 可見，它也是系統(tǒng)中一個(gè)必不可少的部分 。 1） 這里的譯碼顯示模塊包括四個(gè)譯碼器和四個(gè)七段顯示數(shù)碼管 。 它可以根據(jù)需要在價(jià)格、時(shí)間、路程三者之間互相轉(zhuǎn)換 。 通過對(duì)輸入模塊的選擇信號(hào)判斷，而顯示計(jì)程車運(yùn)行的狀態(tài)，比如說計(jì)價(jià)多少、走了多長(zhǎng)時(shí)間、走了多少路程等 。 由數(shù)碼管進(jìn)行顯示 。 七段顯示數(shù)碼管 （ 1） 七段數(shù)碼顯示管的電路圖符號(hào)圖如下圖 5－ 13 所示 . 圖 5－ 13七段數(shù)碼顯示管電路符號(hào)圖 （ 2） 七段數(shù)碼顯示管的波形仿真圖如下圖 5－ 14所示： 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 圖 514 七段數(shù) 譯碼顯示 仿真圖 2） 譯碼顯示輸出部分 （ 1） 的電路符號(hào)圖如下圖 5－ 15所示： 圖 515 譯碼顯示輸出部分 電路符號(hào)圖 譯碼顯示輸出部分的主要代碼如下： if f_139。event and f_1=39。139。 then if start=39。039。 then min1=0000。min0=0000。 km1=0000。km0=0000。 cha3=0000。cha2=0000。cha1=0000。cha0=0000。 else min1=39。039。amp。m1。min0=m0。 km1=k1。km0=k0。 cha3=c3。cha2=c2。cha1=c1。cha0=c0。 end if。 end if。 （ 2）譯碼顯示部分 的仿真圖如下圖 5－ 16 所示 ： 華東交通大學(xué)畢設(shè)計(jì) 23 圖 516譯碼輸出部分仿真圖 整體 原理與仿真 1) 出租車計(jì)費(fèi)器 首先 通過傳感器測(cè)出 輪子是否有運(yùn)動(dòng)，如果沒有 開 動(dòng)，則自動(dòng)開始記錄時(shí)間，達(dá)到一定時(shí)間要加收時(shí)間等待費(fèi)用，如果在一定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)了，則記錄輪子的轉(zhuǎn)圈數(shù) ,從而自動(dòng)計(jì)算出輪子 轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù) 的長(zhǎng)度 由此計(jì)算出出租車行駛的距離 。 出租車計(jì)費(fèi)器的電路圖符號(hào)如下圖所示 515 所示： 圖 515出租車計(jì)費(fèi)器的電路圖符號(hào) 基于 FPGA 的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 2)整體 仿真 圖如下 圖 415所示 ： 圖 415 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng) 的 仿真圖 結(jié)果分析 從仿真圖中我們可以看出此出租車計(jì)費(fèi)器總共行使了 6 公里，在中途停車等待累計(jì)時(shí)間為 4分鐘，因此可以得出：總費(fèi)用 =10+*6+*4= 公里 。 結(jié)論 本課題實(shí)現(xiàn)現(xiàn)在已經(jīng)存在一出租車計(jì)費(fèi)器的一般功能 ，如計(jì)費(fèi)， 等待 計(jì)時(shí)， 里程計(jì)算，以及費(fèi)用，時(shí)間和里程的顯示功能 。 該設(shè)計(jì)的前期工作是 圍繞 現(xiàn)有的出租車計(jì)費(fèi)器 ， 從它的