摘要：出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)大多利用單片機(jī)進(jìn)行控制,，較易被改裝,，且故障率較高。針對這一問題,，設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng),，可模擬汽車行駛、暫停等待,，停止等過程,，并可同時顯示金額、乘車總路程,。設(shè)計(jì)采用層次化設(shè)計(jì)方法,，用VHDL語言進(jìn)行編程，開發(fā)軟件為MAX+plusⅡ,。經(jīng)測試,，波形與仿真結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)要求。
關(guān)鍵詞：出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng),；VHDL語言,；MAX+PLUSⅡ；FPGA
隨著城市化水平的提高和人民生活水平的改善,，出租車的服務(wù)顯得越來越重要,。因此出租車計(jì)費(fèi)器也就應(yīng)運(yùn)而生了。出租車計(jì)費(fèi)器是一種專用的計(jì)量儀器,，它安裝在出租車上,，指示出載客路程數(shù)，以及乘客應(yīng)付費(fèi)用的總數(shù),。
出租車計(jì)價系統(tǒng)較多的是利用單片機(jī)進(jìn)行控制,，但較易被私自改裝，且故障率相對較高,，且不易升級,；而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、易于修改等特點(diǎn),。
本文正是基于FPGA,，設(shè)計(jì)了一種出租車的計(jì)費(fèi)系統(tǒng),，它可以直觀地顯示出租車行駛的里程和乘客應(yīng)付的費(fèi)用。
1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
所設(shè)計(jì)的計(jì)價器的計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)為：車在行駛3 km以內(nèi),，只收起步價9．0元,；車行駛超過3 km后，按每公里2元計(jì)費(fèi),。行駛路程達(dá)到或超過9 km后,，車費(fèi)按每公里3．0元開始計(jì)費(fèi)。車遇紅燈或中途暫停時,，每3分鐘計(jì)0．5元,。若停止(rst)則車費(fèi)清零，等待下一次計(jì)費(fèi)的開始,。要求能夠顯示里程數(shù)和乘客應(yīng)付的費(fèi)用,，其中里程數(shù)精確到0．01 km，乘客應(yīng)付的費(fèi)用精確到0．1元,，顯示范圍為：里程為0～99．99公里,，費(fèi)用為0～999.9元。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
基于FPGA的出租車計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的組成如圖1所示,。由外部輸入,、FPGA控制部分以及數(shù)碼顯示三部分組成。其中FPGA部分又由分頻模塊,、計(jì)價模塊,、BCD轉(zhuǎn)換模塊以及動態(tài)譯碼掃描模塊組成；外部輸入包括啟動按鍵(start),、暫停按鍵(pause),、停止按鍵(stop即rst)以及兩個脈沖信號(分別是每20 m一個脈沖的路程脈沖信號pulse和32 MHz的工作脈沖信號clk32M)。顯示模塊用8個LED數(shù)碼管分別顯示行駛里程和車費(fèi),，行駛里程顯示2位整數(shù)和2位小數(shù),，車費(fèi)顯示3位整數(shù)和1位小數(shù)。
3 各模塊設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)FPGA控制部分,，包括控制計(jì)價模塊,，BCD轉(zhuǎn)換模塊，動態(tài)掃描譯碼模塊以及分頻模塊,。采用混合設(shè)計(jì)的方法,，各子部分用VHDL編程，頂層部分用原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì),。
3．1 控制計(jì)價模塊(jijia)
控制計(jì)價模塊由里程計(jì)費(fèi)模塊,、等待計(jì)費(fèi)模塊、總價模塊組成,。
里程計(jì)費(fèi)模塊,，主要對傳感器公里脈沖信號pulse計(jì)數(shù)(20m一個脈沖),，計(jì)算出租車本次交易行駛的路程以及里程費(fèi)用,。每數(shù)到50個pulse為1 km,，總路程由lucheng端輸出。在3 km內(nèi)時,，里程車費(fèi)cf1為9元不變,，當(dāng)超過3 km時，p=1,，開始里程費(fèi)用計(jì)數(shù),，當(dāng)計(jì)費(fèi)停止，即start端口置“0”或出租車停止行駛,，即rst端口置“0”時,，相關(guān)數(shù)據(jù)復(fù)位，清零,。
等待計(jì)費(fèi)模塊,，在3 km之后(p=1)，每當(dāng)pause=1時,，則開始計(jì)時,，當(dāng)秒脈沖數(shù)到180個時(即3分鐘)，此時等待車費(fèi)cf2加5,，表示車費(fèi)加0．5元,。
總價模塊是將里程計(jì)費(fèi)和等待計(jì)費(fèi)相加，計(jì)算出總費(fèi)用,，從chefei端輸出,。
3．2 BCD轉(zhuǎn)換模塊(zhuanhuan)
該模塊將計(jì)費(fèi)模塊的車費(fèi)和路程轉(zhuǎn)換成4位十進(jìn)制數(shù)，便于數(shù)碼管顯示,。輸入口acf,，bcf分別為總路程數(shù)的輸入口和總費(fèi)用的輸入口，兩者都是二進(jìn)制碼進(jìn)行十進(jìn)制編碼計(jì)數(shù),，通過該編碼器生成BCD碼,，輸出口分別以BCD碼表示個，十,，百,，千位的數(shù)據(jù)。Aclk是工作脈沖,，即32MHz,。
3．3 動態(tài)掃描模塊(dtxianshi)
該模塊由動態(tài)掃描模塊以及譯碼模塊組成。動態(tài)掃描模塊,，該模塊利用視覺暫留效應(yīng),，采用動態(tài)掃描電路,，將8進(jìn)制轉(zhuǎn)換后的路程數(shù)和車費(fèi)的4位十進(jìn)制數(shù)顯示在數(shù)碼管上，節(jié)約了硬件資源和能源,。該模塊經(jīng)過8進(jìn)制掃描模塊將路程和車費(fèi)輪流顯示出來,。端口d是選通地址碼的輸入端口，A1,，A2,，A3，A4,，B1,，B2，B3,，B4分別是個,，十，百,，千位的數(shù)值輸入端口,。根據(jù)輸入的地址碼，模塊每次只有一位數(shù)字向后傳輸?shù)捷敵隹趒,，同時輸出小數(shù)點(diǎn)的顯示控制信號(dp),，使路程顯示為00．00公里，費(fèi)用顯示為000．0元,。
譯碼模塊,，該模塊把0-9的BCD碼譯成數(shù)碼管顯示碼，輸入端口q輸入掃描模塊選出要顯示的BCD碼,，譯成數(shù)碼管的顯示碼由g[6．．0]輸出,。本設(shè)計(jì)中數(shù)碼管是共陰數(shù)碼管。
3．4 分頻模塊(fenp)
本設(shè)計(jì)中輸入的系統(tǒng)時鐘為32 MHz,，進(jìn)行分頻,，再對數(shù)碼管的地址進(jìn)行掃描。輸入端口rse為出租車停運(yùn)信號輸入端口,，當(dāng)出租車停止時,，該模塊停止工作，清零,。當(dāng)出租車行駛時對輸入的32 MHz脈沖信號進(jìn)行分頻,，分別從輸出端口cp1得到秒脈沖，cp32得到32 Hz工作脈沖,。
3．5 整體電路
將各個模塊按照輸入輸出關(guān)系連接,，頂層電路原理圖如圖2所示。g[6…0]為七段顯示碼輸出,，通過動態(tài)掃描依次控制8個數(shù)碼管的顯示,，dp為小數(shù)點(diǎn)位,。
4 系統(tǒng)仿真驗(yàn)證
用MAX+plusⅡ軟件對各個子模塊及頂層原理圖進(jìn)行了時序仿真，仿真波形如圖3所示,。
控制計(jì)價模塊仿真圖如圖3所示,。由圖3(a)可得，當(dāng)reset=1,，start=1,，且pause=0時,，表示出租車處于行駛狀態(tài),，此時路程開始遞增，當(dāng)不超過3 km時,，車費(fèi)為5A即90,，起步價9．0元。由圖3(b)可得,，當(dāng)超過3 km后,，車費(fèi)每行駛1 km加20(即2元)。由圖3(c)可得,，當(dāng)reset= 1,，start=1，且pause=1時,，出租車處于等待狀態(tài),，此時路程不再遞增，而時間遞增,，當(dāng)時間達(dá)到3分鐘時,，車費(fèi)加5(即0．5元)。
頂層電路的仿真圖如圖4所示,。從圖中可以看出,，隨著輸入的變化，從g[6…0]輸出了共陰的數(shù)碼管顯示編碼,，dp也在對應(yīng)的數(shù)碼管處,，輸出高電平點(diǎn)亮小數(shù)點(diǎn)。
綜上分析,，本設(shè)計(jì)的軟件仿真結(jié)果正確,，與設(shè)計(jì)要求相符。