畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘 要 本文介紹了一種采用單片 fpga 芯片進(jìn)行出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)方法，主要 闡述如何使用新興的 eda 器件取代傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)方法，利用 fpga 的可編 程性，簡(jiǎn)潔而又多變的設(shè)計(jì)方法，縮短了研發(fā)周期，同時(shí)使出租車計(jì)費(fèi)器體積 更小功能更強(qiáng)大。本設(shè)計(jì)不僅實(shí)現(xiàn)了出租車計(jì)費(fèi)器所需的一些基本功能，同時(shí) 考慮到出租車行業(yè)的一些特殊性，更注重了把一些新的思路加入到設(shè)計(jì)中。主 要包括采用了 fpga 芯片，使用 vhdl 語言進(jìn)行編程，使其具有了更強(qiáng)的移植 性，更加利于產(chǎn)品升級(jí)。 此外，vhdl 就是超高速集成電路硬件描述語言。覆蓋面廣，描述能力強(qiáng)， 是一個(gè)多層次的硬件描述語言。在 vhdl 語言中，設(shè)

2、計(jì)的原始描述可以非常簡(jiǎn) 練，經(jīng)過層層加強(qiáng)后，最終可成為直接付諸生產(chǎn)的電路或版圖參數(shù)描述。具有 良好的可讀性，即容易被計(jì)算機(jī)接受，也容易被讀者理解。使用期長(zhǎng)，不會(huì)因 工藝變化而使描述過時(shí)。因?yàn)?vhdl 的硬件描述與工藝無關(guān)，當(dāng)工藝改變時(shí)， 只需修改相應(yīng)程序中的屬性參數(shù)即可。支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再 利用。一個(gè)大規(guī)模的設(shè)計(jì)不可能由一個(gè)人獨(dú)立完成，必須由多人共同承擔(dān)， vhdl 為設(shè)計(jì)的分解和設(shè)計(jì)的再利用提供了有力的支持。 關(guān)鍵詞：出租車計(jì)費(fèi)器，fpga，vhdl 語言，多功能 abstract along with the development of taxi trade, coun

3、ting fees that the requirement of ware is also more and more higher to the taxi, user not only asks to count fees, and the ware function is stable, and it is accurate to count fees, and has guarding against the function cheated; at the same time still ask his to possess ticket material to print and

4、ic blocks paying fees and computer string capable communication function.the method that hardware and software each other combine is adopted in this design, and takes one piece machine as the nucleus, printting to doing business information all did the detailed introduction from the circle pulsing,t

5、o the content of 89c51 and max813l guarding the entrance the dog and the introduction that reduces the circuit to blame for focal point at the same time, this system still possesses to prevent to disturb and the function guarding against the dead machine, and special in the taxi design during power

6、supply of system, possessing fairly strong steady pressure effect, the system adopted ic block the memory, and can make things convenient for just the information of safe record customer and che owner. key words：the dog is guarded the entrance 89c51 circle pulse anti- jamming 目 錄 第一章第一章 引引 言言.1 1 第一

7、節(jié) 設(shè)計(jì)背景 .1 第二節(jié) 出租車記費(fèi)器設(shè)計(jì)要求 .1 第二章第二章 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想.2 2 第三章第三章 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn).4 4 第一節(jié) 出租車系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì) .4 第二節(jié) 計(jì)費(fèi)設(shè)定系統(tǒng)原理圖 .6 第四章第四章 系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì).7 7 第一節(jié) 啟動(dòng)停止按鍵模塊 .7 第二節(jié) 啟動(dòng)停止顯示模塊 .8 第三節(jié) 計(jì)時(shí)模塊 .8 第四節(jié) 計(jì)程模塊 .9 第五節(jié) 計(jì)程計(jì)時(shí)選通模塊 .9 第六節(jié) 計(jì)程計(jì)時(shí)顯示輸出模塊 .10 第七節(jié) 總額計(jì)算模塊 .10 結(jié)束語結(jié)束語.1212 謝謝 辭辭.1313 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).141

8、4 第一章 引 言 第一節(jié) 設(shè)計(jì)背景 隨著出租車行業(yè)的發(fā)展，對(duì)出租車計(jì)費(fèi)器的要求也越來越高。最近幾年出 租車行業(yè)發(fā)展迅速，在全國(guó)有幾千家出租車公司，因此出租車計(jì)費(fèi)器的市場(chǎng)是 龐大的。由于受到油價(jià)影響，各大城市都推出了運(yùn)價(jià)油價(jià)聯(lián)動(dòng)機(jī)制，所以出租 車計(jì)費(fèi)器記價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的靈活設(shè)定成為未來計(jì)費(fèi)器不可缺少的一部分?，F(xiàn)在的計(jì)費(fèi) 器都沒有把靈活設(shè)定計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的功能加入其中，可靠統(tǒng)計(jì)每臺(tái)計(jì)費(fèi)器更換標(biāo)準(zhǔn) 以及調(diào)試所需時(shí)間為 1 小時(shí)。常用件描述語言有 abel,vhdl 語言等，其中 abel 是一種簡(jiǎn)單的硬件描述語言，其支持布爾方程、真值表、狀態(tài)機(jī)等邏輯描述， 適用于計(jì)數(shù)器、譯碼器、運(yùn)算電路、比較器等邏輯功能的描述

9、；vhdl 語言是一 種行為描述語言，其編程結(jié)構(gòu)類似于計(jì)算機(jī)中的 c 語言，在描述復(fù)雜邏輯設(shè)計(jì) 時(shí)，非常簡(jiǎn)潔，具有很強(qiáng)的邏輯描述和仿真能力，是未來硬件設(shè)計(jì)語言的主流。 第二節(jié) 出租車記費(fèi)器設(shè)計(jì)要求 一個(gè)出租車計(jì)價(jià)器，該計(jì)價(jià)器的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)：行程 3 公里內(nèi)，且等待累計(jì)時(shí) 間 2 分鐘內(nèi)，起步費(fèi)為 8 元；3 公里外以每公里 1.8 元計(jì)費(fèi)，等待累計(jì)時(shí)間 2 分鐘外以每分鐘 1.5 元計(jì)費(fèi)。并能顯示行駛公里數(shù)、等待累計(jì)時(shí)間、總費(fèi)用。 計(jì)費(fèi)及顯示 （1）用二位數(shù)字顯示里程，顯示格式為 xx，單位為 km，計(jì)程精確到 1km。 （2）計(jì)價(jià)范圍為 0-999.9 元，計(jì)價(jià)精確到 0.1 元，顯示格式為 x

10、xx.x，單 位為元。 （3）計(jì)時(shí)范圍為 0-59 分，計(jì)時(shí)精確到 1 分鐘。 第二章 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 出租車計(jì)費(fèi)器現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)最近幾年出租車行業(yè)發(fā)展迅速，在全國(guó)有幾千家 出租車公司，出租車計(jì)費(fèi)器的市場(chǎng)非常龐大。目前市場(chǎng)上使用的出租車計(jì)費(fèi)器 主要采用的都是利用 mcu 如 89c51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)器設(shè)計(jì)，顯示方式上主要采 用的是固定顯示內(nèi)容的 led 顯示傳統(tǒng)的出租車計(jì)費(fèi)器，由于發(fā)展使用了十幾年， 在穩(wěn)定性、成本、以及使用習(xí)慣上都具一些優(yōu)勢(shì)，但是隨著出租車價(jià)格市場(chǎng)化， 我國(guó)加入 wto 以來主導(dǎo)出租車行業(yè)成本的許多因素主要包括油價(jià)的波動(dòng)，都對(duì) 傳統(tǒng)的出租車計(jì)費(fèi)器提出了更高的要求。近一

11、年來，各城市都在對(duì)出租車價(jià)格 進(jìn)行調(diào)整，由于數(shù)量太多，很多城市的調(diào)價(jià)甚至需要一個(gè)月的時(shí)才能完成，經(jīng) 常會(huì)同一時(shí)間出現(xiàn)幾個(gè)價(jià)格，有的城市的出租車上還會(huì)出現(xiàn)司機(jī)人工計(jì)價(jià)尷尬 情形。這些都暴露了傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)器在靈活性和升級(jí)換代能力的天生不足。 一傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)器的不足可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)： （一）產(chǎn)品更新周期長(zhǎng) 傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)器利用 mcu 如 89c51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)汽車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)，大部分的功 能可以用片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。但是單片機(jī)程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令 集，因此設(shè)計(jì)研發(fā)較困難，周期長(zhǎng)。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不好，則系統(tǒng)不是很穩(wěn)定， 而且靈活度不夠，不易實(shí)現(xiàn)功能復(fù)雜的設(shè)計(jì)。 （二）計(jì)價(jià)方式的不靈活 每次計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的修

12、改都需要將芯片從新燒錄，使得每次調(diào)價(jià)都需要耗費(fèi)大 量的人力物力，很難達(dá)到目前油價(jià)聯(lián)動(dòng)的需求。 （三）固定化，如果需要改變顯示內(nèi)容，甚至需要整個(gè)設(shè)備的更換，不利 于產(chǎn)品的理想升級(jí)。這些都體現(xiàn)了目前對(duì)出租車計(jì)費(fèi)器市場(chǎng)更新?lián)Q代的需求。 二解決方案 考慮到目前出租車行業(yè)迅猛發(fā)展的趨勢(shì)以及對(duì)計(jì)費(fèi)器更高的靈活性要求， 本設(shè)計(jì)希望嘗試一些新的方法來予以解決。 （一）利用 fpga 取代 mcu 隨著 fpga 等數(shù)字可編程器件的出現(xiàn)解決傳統(tǒng)電子設(shè)計(jì)不能完成的任務(wù)，利 用 fpga 實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)器?？尚行院芨?，而且電路簡(jiǎn)單，大大減少外圍器件， 可以用軟件完全仿真，靈活度高，可以設(shè)計(jì)一些復(fù)雜的系統(tǒng)，而且編好的

13、系統(tǒng) 可以在不同的 fpga 或 cpld 片上通用。fpga 能完成任何數(shù)字器件的功能，使用 fpga 來開發(fā)數(shù)字電路，可以大大縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，減少 pcb 面積，提高系統(tǒng)的可 靠性。同時(shí)由于 fpga 的功能完全取決于 vhdl 語言編寫的程序，不拘泥于某種 芯片的特殊指令，更加提高了產(chǎn)品的更新?lián)Q代能力。 （二）增加計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定功能 通過設(shè)計(jì)此功能模塊可以使得計(jì)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)更加靈活，體現(xiàn)目前出租車行 業(yè)發(fā)展的需要，使運(yùn)價(jià)、油價(jià)聯(lián)動(dòng)成為可能。 第三章 出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 第一節(jié) 出租車系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計(jì) 系統(tǒng)流程介紹：系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、led 顯示模塊、計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè) 定模塊、自動(dòng)計(jì)費(fèi)模塊

14、、統(tǒng)計(jì)模塊和時(shí)鐘模塊等組成。 首先由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來模擬出租車車輪，速度值通過 車速比較器判斷是否低于 12km/h,如低于 12 km/h 則進(jìn)入計(jì)時(shí)狀態(tài)（依照預(yù)設(shè) 值每 5 分鐘計(jì)為 1km） ，車速在 12 到 180km/h 之間的則進(jìn)入計(jì)程狀態(tài)，根據(jù)車 輪的大小不同每 km 計(jì)的次數(shù)也不同，計(jì)程和計(jì)時(shí)通過選通模塊自動(dòng)選擇輸出到 自動(dòng)計(jì)費(fèi)模塊，計(jì)程和計(jì)時(shí)同一時(shí)刻只會(huì)有一個(gè)處于運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)計(jì)費(fèi)模塊 會(huì)按照不同的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)費(fèi)。計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定模塊包掛起步費(fèi)、單位里 程費(fèi)、低速行駛等待時(shí)間設(shè)定部分。設(shè)定好的數(shù)值分別送到自動(dòng)計(jì)費(fèi)模塊、計(jì) 時(shí)模塊和計(jì)程模塊。按下計(jì)費(fèi)啟動(dòng)鍵后

15、利用電容的瞬間充電過程來清零上一次 的計(jì)費(fèi)數(shù)值，此后開始自動(dòng)計(jì)費(fèi)，按下計(jì)費(fèi)停止鍵后計(jì)費(fèi)終止，統(tǒng)計(jì)模塊自動(dòng) 執(zhí)行保存記錄。統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)將通過 led 顯示模塊，在最終界面上 顯示時(shí)鐘、車速、等待時(shí)間和行駛路程和總費(fèi)用.開始計(jì)費(fèi)和停止、參數(shù)設(shè)定菜 單等。 圖 3-1 出租車系統(tǒng)的總體框圖 第二節(jié) 計(jì)費(fèi)設(shè)定系統(tǒng)原理圖 圖 3-2 計(jì)費(fèi)設(shè)定系統(tǒng)原理圖 第四章 系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì) 第一節(jié) 啟動(dòng)停止按鍵模塊 一、啟動(dòng)停止部分 采用雙刀雙路開關(guān)，一路開關(guān)用于清零部分，另外兩路開關(guān)外一路用于啟 動(dòng)指示和啟動(dòng)/停止輸出信號(hào)給 fpga 芯片的分和啟動(dòng)計(jì)費(fèi)部分同時(shí)進(jìn)行，但清 零只是瞬間的，計(jì)費(fèi)指關(guān)換到另外的

16、兩路，空車指示燈黃燈亮起。 模塊啟動(dòng)/停止按鍵部分的電路原理圖如圖： 圖 4-1 模塊啟動(dòng)/停止按鍵部分的電路原理圖 二、自動(dòng)清零部分 由于顯示部分的特殊要求，即計(jì)費(fèi)停止后屏幕上仍然要保次計(jì)費(fèi)啟動(dòng)時(shí)才 清零從新開始計(jì)費(fèi)。vhdl 語言的特殊性，量同時(shí)用兩個(gè)不同的動(dòng)作使其賦值。 所以必須要有一個(gè)瞬間清零 i/o 端口為“1”時(shí)就自動(dòng)清零。使用電容的充放電 功能來端為接地，按鍵閉合時(shí)電容充電清零輸出端為高電平，充完電按鍵斷開 后，通過一個(gè) 2k 歐姆的電阻放電，為下次充電做好電平的時(shí)間大約為 80ms,有 足夠的時(shí)間使 fpga 實(shí)現(xiàn)清零了。 自動(dòng)清零部分的電路原理圖，如圖所示。 圖 4-2 自動(dòng)

17、清零部分的電路原理圖 第二節(jié) 啟動(dòng)停止顯示模塊 啟動(dòng)停止顯示模塊當(dāng)處于停止計(jì)費(fèi)狀態(tài)的話，屏幕上會(huì)屏幕上會(huì)顯示“ ” 且箭頭向右做 0.5 秒一次的滾動(dòng)。2hz 給 clk 端，每一個(gè) clk 使 mp 輸出為“ ” “ ”來呈現(xiàn)箭頭滾動(dòng)狀態(tài)。 如下圖所示： 圖 4-3 啟動(dòng)停止顯示模塊 第三節(jié) 計(jì)時(shí)模塊 當(dāng)速度低于 12km/h 時(shí)計(jì)時(shí)模塊啟動(dòng)。輸入端 clk 為 1hz，clr 為清零端 （計(jì)費(fèi)停止后動(dòng)清零） ，time 為時(shí)間設(shè)定輸入端（默認(rèn)為每 5 分鐘計(jì)為 1km，可 設(shè)為其它值） 。輸出 js60 送到顯示部分計(jì)數(shù)，每 1 分鐘一個(gè)上升沿，js 端送到 計(jì)程計(jì)時(shí)選通模塊，默認(rèn)為 5

18、分鐘計(jì)為 1km 送出一個(gè)高電平。 如下圖所示： 圖 4-4 計(jì)時(shí)模塊 . 第四節(jié) 計(jì)程模塊 計(jì)程模塊，計(jì)算出租車行駛路程，每行駛一公里輸出端 jc 就發(fā)出一個(gè)上升 沿給計(jì)程時(shí)選通模塊。輸入端 p 為車輪大小的設(shè)定值，根據(jù)車輪直徑的不同， 每轉(zhuǎn)一圈行進(jìn)路也不同，因此每公里計(jì)的 clk 次數(shù)也會(huì)不同，車輪越大計(jì)的 clk 數(shù)越少。clr 是清零，每次計(jì)費(fèi)結(jié)束后自動(dòng)清零，保證下次計(jì)費(fèi)的準(zhǔn)確性。 如下圖所示： 圖 4-5 計(jì)程模塊 第五節(jié) 計(jì)程計(jì)時(shí)選通模塊 通過速度比較器的輸出信號(hào)給計(jì)程計(jì)時(shí)選通模塊的選通端 sel 就可以識(shí)別 現(xiàn)在是應(yīng)該把計(jì)程的信號(hào)輸出給自動(dòng)計(jì)費(fèi)模塊還是把計(jì)時(shí)的信號(hào)輸出給自動(dòng)計(jì) 費(fèi)

19、模塊。輸出端 p 每個(gè)上升沿都代表計(jì)了 1km。 如下圖所示： 圖 4-6 計(jì)程計(jì)時(shí)選通模塊 第六節(jié) 計(jì)程計(jì)時(shí)顯示輸出模塊 lcd 顯示屏上會(huì)顯示 0 到 999km 的路程和 0 到 99min 的時(shí)間。計(jì)程端有三 位數(shù)字的 cd 碼輸出，通過譯碼器成為 lcd 模塊可以識(shí)別的 8 位數(shù)字編碼。計(jì)時(shí) 端則有兩位數(shù)字 bcd 碼輸出，最大計(jì)時(shí) 99 分鐘。清零端 clr 則通過下次按下計(jì) 費(fèi)啟動(dòng)鍵的瞬間清零， 為計(jì)費(fèi)停止后還要保持顯示輸出，讓顧客和司機(jī)可以清楚地看到所有計(jì)費(fèi) 信息。 如下圖所示： 圖 4-7 計(jì)程計(jì)時(shí)顯示輸出模塊 第七節(jié) 總額計(jì)算模塊 總額計(jì)算模塊的輸入端 cf 和 lf 代表

20、車費(fèi)和橋路費(fèi)，st 為計(jì)算信號(hào)輸入端， 當(dāng)按下停止計(jì)費(fèi)鍵時(shí)就自動(dòng)計(jì)算結(jié)帳，ze 把計(jì)算數(shù)值輸出到同級(jí)模塊和顯示模 塊，clr 清零端只啟動(dòng)的瞬間清零。 如下圖所示： 圖 4-8 總額計(jì)算模塊 結(jié)束語 經(jīng)過這一個(gè)多月的努力，我終于把這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)寫好了，通過這次做畢 業(yè)設(shè)計(jì)讓我懂得了很多的東西，同時(shí)也讓我學(xué)到了很多我平時(shí)沒有學(xué)到過的， 讓我受益很多。 通過對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果分析符合預(yù)期結(jié)果，滿足題目要求?；?fpga 所設(shè) 計(jì)的多功能計(jì)程車計(jì)價(jià)器趨于簡(jiǎn)單、開發(fā)時(shí)間短；整個(gè)控制系統(tǒng)的所需元器件 少、集成度較高、所占的空間小且可靠性也很高。不僅僅實(shí)現(xiàn)了計(jì)程車計(jì)費(fèi)的 功能，其多功能表現(xiàn)在它可以通過選擇

21、鍵來選擇顯示計(jì)程車?yán)塾?jì)走的總路程和 乘客乘載的時(shí)間。應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，比較有實(shí)用價(jià)值，可行性也較高，是個(gè)不 錯(cuò)的創(chuàng)意。此外，如果實(shí)現(xiàn)軟、硬件的相互結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)很多功能比如可以 集成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、ic 卡、語音報(bào)價(jià)、自動(dòng)打印等新技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理 和稅費(fèi)計(jì)算控制。實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)器的計(jì)費(fèi)顯示、自動(dòng)打印發(fā)票、語音報(bào)價(jià)等功能一 體化，有待進(jìn)一步擴(kuò)展。 在完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我覺得最不能缺少的是團(tuán)隊(duì)精神，而且沒有田老 師的教導(dǎo)和同學(xué)間的幫助，我的這份設(shè)計(jì)很難完成。同時(shí)最讓我感覺到的一點(diǎn) 是，團(tuán)結(jié)合作是很重要的一步。 從這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程來看，我覺得我自己在處理事情上有了一定的提 高，也為以后的工作生涯樹立了一定的信心。雖然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)到了點(diǎn)東西， 但是要學(xué)的東西還有很多，以后我還會(huì)虛心學(xué)習(xí)，借用一句老話來說，那就是 “活到老，學(xué)到老” 。 謝 辭 首先，衷心感謝