開(kāi)題報(bào)告(模版)

**畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目于FPGA的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)院系名稱：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：電子信息工程09-2班學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名：開(kāi)題時(shí)間：2013年3月15號(hào)**一課題研究目的和意義在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展過(guò)程中，各大中小城市的出租車營(yíng)運(yùn)事業(yè)也迅速發(fā)展，出租車已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普遍的交通工具。出租車計(jì)價(jià)器是出租車營(yíng)運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表，是出租車市場(chǎng)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及減少司機(jī)與乘客之間發(fā)生糾紛的重要設(shè)備。為了保護(hù)營(yíng)運(yùn)者和乘客的經(jīng)濟(jì)利益，世界上的多數(shù)國(guó)家都對(duì)作為貿(mào)易結(jié)算用的出租汽車計(jì)價(jià)器進(jìn)行強(qiáng)制管理［1］。我國(guó)《計(jì)量法》也將出租汽車計(jì)價(jià)器列入強(qiáng)檢目錄,實(shí)行強(qiáng)制檢定。1999年，國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局又將出租汽車計(jì)價(jià)器列為六種重點(diǎn)管理的計(jì)量器具之一⑵。出租車行業(yè)以低價(jià)高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來(lái)了出行的享受。但是總存在著買糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計(jì)價(jià)器。汽車計(jì)價(jià)器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則它是出車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具租有良好性能的計(jì)價(jià)器無(wú)論是對(duì)廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來(lái)說(shuō)都是很必要的。因此汽車計(jì)價(jià)器的研究也是十分有應(yīng)用價(jià)值的［%。一種功能完備、簡(jiǎn)單易用、計(jì)量準(zhǔn)確的出租車計(jì)價(jià)器是加強(qiáng)出租車行業(yè)管理、提高服務(wù)質(zhì)量的必備品。當(dāng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)在各大、中城市出租車中使用越來(lái)越廣泛，用戶對(duì)計(jì)費(fèi)器的要求也越來(lái)越高。以出租車多功能計(jì)費(fèi)器為例，用戶不僅要求計(jì)費(fèi)器性能穩(wěn)定，計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確，有防作弊功能;同時(shí)還要求其具有車票打印、語(yǔ)音報(bào)話識(shí)別、電腦串行通信及稅控等功能;不同國(guó)家和地區(qū)的收費(fèi)方式存在差異，即使在同一地區(qū)，不同車型的出租車收費(fèi)方式也有差別，而且出租車還面臨幾年一次的調(diào)價(jià)或調(diào)整收費(fèi)方式等問(wèn)題［4］。采用模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器整體電路的規(guī)模較大用到的器件多造成故障率高難調(diào)試對(duì)于模式的切換需要用到機(jī)械開(kāi)關(guān)機(jī)械開(kāi)關(guān)時(shí)間久了會(huì)造成接觸不良功能不易實(shí)現(xiàn)。采用單片機(jī)設(shè)計(jì)相對(duì)來(lái)說(shuō)功能強(qiáng)大用，較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求且靈活性強(qiáng)，可以通過(guò)軟件編程來(lái)完成更多的附加功能，然而傳統(tǒng)的基于單片機(jī)設(shè)計(jì)的出租車多功能計(jì)費(fèi)器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這種變化，功能升級(jí)很繁瑣，需要硬件重組和軟件更新同步進(jìn)行，成本高，并且每次升級(jí)都可能出現(xiàn)新的不穩(wěn)定因素;而基于現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯陣列(FPGA)的出租車多功能計(jì)費(fèi)器，采用硬件描述語(yǔ)言VerilogHDL和邏輯綜合為基礎(chǔ)的自頂向下的電路設(shè)計(jì)方法，開(kāi)發(fā)成本低，周期短，可靠性高，功能升級(jí)方便，滿足了用戶的要求。該系統(tǒng)在不改變硬件電路的前提下，具有可以重構(gòu)系統(tǒng)的功能；采用完全相同電路結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)各地區(qū)的要求在VerilogHDL程序中設(shè)置各參數(shù)，就可以適應(yīng)各地區(qū)出租車不同計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的需要，還可以根據(jù)各地區(qū)需求增加其他功能⑸。二文獻(xiàn)綜述計(jì)價(jià)器是出租汽車的經(jīng)營(yíng)者和乘坐出租汽車的消費(fèi)者之間用于公平貿(mào)易結(jié)算的工具，因而計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到經(jīng)營(yíng)者和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益。依據(jù)國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)，出租汽車計(jì)價(jià)器是列入國(guó)家首批強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具之一，也是近年來(lái)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)化管理的六類重點(diǎn)計(jì)量器具之一。在出租車是城市交通的重要組成部分，行業(yè)健康和發(fā)展也獲得越來(lái)越多的關(guān)注。汽車計(jì)價(jià)器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計(jì)價(jià)器無(wú)論是對(duì)廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來(lái)說(shuō)都是很必要的［6］。我國(guó)的第一家生產(chǎn)計(jì)價(jià)器企業(yè)是重慶市起重機(jī)廠，最早的計(jì)價(jià)器全部采用機(jī)械齒輪結(jié)構(gòu)，只能完成簡(jiǎn)單的計(jì)程功能，可以說(shuō)早期的計(jì)價(jià)器就是一個(gè)里程表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計(jì)價(jià)器。它采用了手搖計(jì)算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械半電子化。此時(shí)它在計(jì)程的同時(shí)還可以完成計(jì)價(jià)的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn)生了第三代計(jì)價(jià)器，也就是全電子化的計(jì)價(jià)器。它的功能也在不斷完善當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)并應(yīng)用于計(jì)價(jià)器后，現(xiàn)代出租車計(jì)價(jià)器的模型也就基本具備了，它可以完成計(jì)程，計(jì)價(jià)，顯示等基本工作。單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了計(jì)價(jià)器的發(fā)展⑺。從國(guó)內(nèi)外的各種研究方法來(lái)看，實(shí)現(xiàn)出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)總共有三種方案。利用大規(guī)模的數(shù)字邏輯器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，利用89C51實(shí)現(xiàn)，利用CPLD/FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)。二十世紀(jì)后半期，數(shù)字系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，同時(shí)為了提高系統(tǒng)的可靠性與通用性，微處理器和專業(yè)集成電路逐漸取代了通用全硬件電路。目前，業(yè)界大量可編程邏輯器件，尤其是現(xiàn)場(chǎng)可編程器件被大量地應(yīng)用在集成電路的制作當(dāng)中㈤。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)的計(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［9］。如圖1所示。圖1傳統(tǒng)LED顯示的計(jì)費(fèi)器以AT89S51單片機(jī)為核心器件，附加A44E霍爾傳感器測(cè)距,實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車的計(jì)價(jià)統(tǒng)計(jì).采用AT24C02實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電時(shí)保存單價(jià)和系統(tǒng)時(shí)間等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管.用該電路設(shè)計(jì)的計(jì)價(jià)器不但能實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)價(jià)，而且還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來(lái)調(diào)節(jié)單價(jià),同時(shí)在不計(jì)價(jià)的時(shí)候還能作為時(shí)鐘為司機(jī)提供方便［1。］。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)慣上都具有一些優(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(lái)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［11］。近一年來(lái)，各大城市都在對(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)間才能完成，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)的尷尬情形。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"I。傳統(tǒng)計(jì)費(fèi)器的不足可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：產(chǎn)品更新周期長(zhǎng)計(jì)價(jià)方式的不靈活顯示方式的不靈活在生活出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)較多的是利用單片機(jī)進(jìn)行控制，但較易被私自改裝，且故障率相對(duì)較高【⑶；FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式;主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對(duì)其編程°FPGA具有高密度、可編程及有強(qiáng)大的軟件支持等特點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有功能強(qiáng)、可靠性高、靈活性好等特點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中針對(duì)目前常用的這兩種設(shè)計(jì)方案（單片機(jī)設(shè)計(jì)方案和FPGA設(shè)計(jì)方案）進(jìn)行了優(yōu)劣比較，使用FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)預(yù)定的設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了功能設(shè)計(jì)US三基本內(nèi)容和預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)基本內(nèi)容：設(shè)計(jì)一款基于FPGA的出租車計(jì)價(jià)器，無(wú)人乘車時(shí)正常顯示空車指示牌，LED顯示器顯示當(dāng)?shù)貢r(shí)間；乘客上車時(shí)，司機(jī)按電鈕開(kāi)始計(jì)費(fèi)，扳倒空車指示牌并熄滅空車指示牌里的指示燈，并提示此時(shí)已開(kāi)始計(jì)費(fèi)。當(dāng)乘客中途下車時(shí)，出租車減速停車，計(jì)價(jià)器開(kāi)始計(jì)時(shí)。當(dāng)乘客回來(lái)時(shí)，出租車開(kāi)車，計(jì)價(jià)器結(jié)束計(jì)時(shí)，并回到計(jì)程階段繼續(xù)計(jì)程（如果出租車再次啟動(dòng)后，乘客還需要離開(kāi)，則計(jì)價(jià)器回到計(jì)時(shí)階段，繼續(xù)計(jì)時(shí)）。到達(dá)目的地時(shí)停車，司機(jī)按電鈕結(jié)束計(jì)價(jià)空車指示牌被扶起，點(diǎn)亮空車指示牌的指示燈，并語(yǔ)音提示結(jié)束計(jì)費(fèi)，此時(shí)顯示器顯示為此次乘客乘車的總費(fèi)用，等待5分鐘后，回到時(shí)鐘顯示界面。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：計(jì)費(fèi)及顯示里程用四位數(shù)字顯示，單位為km，精確到0.1km。單價(jià)用三位數(shù)字顯示，單價(jià)為元/km，根據(jù)每天不同的時(shí)間段有兩種情況：當(dāng)時(shí)間段為06:00?23:00時(shí)單價(jià)為3元/km，其他時(shí)間段內(nèi)單價(jià)為2元/km。等候時(shí)間，用四位數(shù)字顯示分鐘和秒。等候單價(jià)，等候單價(jià)有兩種情況：在等候時(shí)間小于1小時(shí)的情況下，等候單價(jià)為1元每5分鐘；在等候時(shí)間大于1小時(shí)的情況下，等候單價(jià)為20元每小時(shí)。費(fèi)用的計(jì)算，出租車的起價(jià)為8.00元，當(dāng)里程小于3km時(shí)，按起價(jià)計(jì)算費(fèi)用；當(dāng)里程大于3km時(shí)按下式計(jì)算費(fèi)用： 費(fèi)用=里程X里程單價(jià)+等候時(shí)間X等候單價(jià)費(fèi)用的顯示，用五位數(shù)字顯示，顯示方式為“XXX.XX”，單價(jià)為元。時(shí)鐘及顯示當(dāng)出租車在常運(yùn)狀態(tài)下，應(yīng)能顯示當(dāng)前的時(shí)間。計(jì)費(fèi)開(kāi)始提示當(dāng)出租車載上乘客并起步后，將空車指示牌扳倒時(shí)，空車指示牌里的指示燈熄滅，并有語(yǔ)音或燈光提示信號(hào)。四整體方案系統(tǒng)的整體方框圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)的整體方框圖本系統(tǒng)中FPGA應(yīng)該完成的功能分解為7個(gè)功能模塊，它們分別是分頻器模塊FPQ、等待判別模塊DDPB、里程計(jì)算模塊LCJS、里程計(jì)費(fèi)模塊LCJF、等待計(jì)時(shí)模塊DDJS，等待計(jì)費(fèi)模塊DDJF、輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ。分頻器模塊FPQ,產(chǎn)生1Hz系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)C,供系統(tǒng)中其他相關(guān)模塊使用。等待判別模塊DDPB根據(jù)速度傳感器脈沖時(shí)鐘信號(hào)WCLK和基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CLK1HZ，計(jì)算出單位時(shí)間里WCLK的脈沖個(gè)數(shù)（假定每公里產(chǎn)生1000個(gè)脈沖信號(hào)，即每米一個(gè)脈沖），即出租車行駛速度，從而判斷出租車是否處于等待狀態(tài)，產(chǎn)生等待標(biāo)志。里程計(jì)算模塊LCJS根據(jù)速度傳感器脈沖信號(hào)WCLK和等待標(biāo)志DDBZ，對(duì)出租車行駛的里程XSLC進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)產(chǎn)生里程標(biāo)志信號(hào)LCBZ和里程計(jì)費(fèi)標(biāo)志信號(hào)JFBZ。里程計(jì)費(fèi)模塊LCJF在計(jì)費(fèi)標(biāo)志信號(hào)JFBZ、等待標(biāo)志DDBZ、里程標(biāo)志信號(hào)LCBZ和時(shí)段標(biāo)志信號(hào)SDBZ等信號(hào)的控制下，計(jì)算行駛里程超過(guò)3km以上的里程費(fèi)用LCFY。等待計(jì)時(shí)模塊DDJs在等待標(biāo)志信號(hào)DDBZ和基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)CLKlHZ的控制下，進(jìn)行等待時(shí)間計(jì)算。等待計(jì)費(fèi)模塊DDJF在等待標(biāo)志信號(hào)DDBZ和熄燈標(biāo)志信號(hào)XDBZ的控制下，進(jìn)行等待計(jì)費(fèi)操作。輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸選擇控制信號(hào)SEL，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算處理結(jié)果傳輸給單片機(jī)。五技術(shù)路線或研究方法了解開(kāi)發(fā)流程對(duì)使用QuartusII軟件、優(yōu)化設(shè)計(jì)項(xiàng)目、提高設(shè)計(jì)效率十分有益。其次最主要的是對(duì)QuartusII軟件的使用，了解其基本設(shè)計(jì)流程和軟件操作與設(shè)置。熟悉VHDL語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)與規(guī)范，根據(jù)文獻(xiàn)中的例子進(jìn)行編寫。利用VHDL語(yǔ)言對(duì)各個(gè)功能單元進(jìn)行系統(tǒng)論證，并展開(kāi)設(shè)計(jì)。完成頂層實(shí)體的原理圖設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)方案分別設(shè)計(jì)FPGA系統(tǒng)CZJFXT的七個(gè)模塊：分頻器模塊FPQ，等待判別模塊DDPB，里程計(jì)算模塊LCJS，里程計(jì)費(fèi)模塊LCJF，等待計(jì)時(shí)模塊DDJS，等待計(jì)費(fèi)模塊DDJF，輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ。根據(jù)總體方案框圖，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的連接，將軟件下載到FPGA中，并對(duì)各個(gè)部分進(jìn)行仿真。根據(jù)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案搭建時(shí)鐘電路，數(shù)碼顯示電路等。編寫FPGA軟件模塊VHDL程序，下載到硬件電路中進(jìn)行調(diào)試。搭建信號(hào)整形電路，并與FPGA相連，校驗(yàn)電路。六進(jìn)度安排1-2周：查閱資料，完成設(shè)計(jì)的開(kāi)題報(bào)告。3-4周：完成基于FPGA的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。5-7周：完成頂層實(shí)體的原理圖設(shè)計(jì)。8-10周：完成分模塊硬件描述語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)。11-13周：代碼調(diào)試，并進(jìn)行編譯、綜合得出仿真結(jié)果。14-15周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。16周：上交畢業(yè)論文、完成PPT講稿、準(zhǔn)備答辯。17周：答辯。參考文獻(xiàn)［I］ 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