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(shí)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(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(jià)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(jià)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(shí),，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(jià)模塊、BCD轉(zhuǎn)換模塊以及動(dòng)態(tài)譯碼掃描模塊組成,；外部輸入包括啟動(dòng)按鍵(start),、暫停按鍵(pause)、停止按鍵(stop即rst)以及兩個(gè)脈沖信號(hào)(分別是每20 m一個(gè)脈沖的路程脈沖信號(hào)pulse和32 MHz的工作脈沖信號(hào)clk32M),。顯示模塊用8個(gè)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(jià)模塊，BCD轉(zhuǎn)換模塊,，動(dòng)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(jià)模塊(jijia)
控制計(jì)價(jià)模塊由里程計(jì)費(fèi)模塊、等待計(jì)費(fèi)模塊,、總價(jià)模塊組成,。
里程計(jì)費(fèi)模塊，主要對傳感器公里脈沖信號(hào)pulse計(jì)數(shù)(20m一個(gè)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(gè)pulse為1 km，總路程由lucheng端輸出,。在3 km內(nèi)時(shí),，里程車費(fèi)cf1為9元不變，當(dāng)超過3 km時(shí),，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(shí)，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(shí),，則開始計(jì)時(shí),，當(dāng)秒脈沖數(shù)到180個(gè)時(shí)(即3分鐘)，此時(shí)等待車費(fèi)cf2加5,，表示車費(fèi)加0．5元,。
總價(jià)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(gè)，十,，百,，千位的數(shù)據(jù)。Aclk是工作脈沖,，即32MHz,。
3．3 動(dòng)態(tài)掃描模塊(dtxianshi)
該模塊由動(dòng)態(tài)掃描模塊以及譯碼模塊組成。動(dòng)態(tài)掃描模塊,，該模塊利用視覺暫留效應(yīng),，采用動(dòng)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(gè),，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(shí)輸出小數(shù)點(diǎn)的顯示控制信號(hào)(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(shí)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(hào)輸入端口,，當(dāng)出租車停止時(shí)，該模塊停止工作,，清零,。當(dāng)出租車行駛時(shí)對輸入的32 MHz脈沖信號(hào)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(gè)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(dòng)態(tài)掃描依次控制8個(gè)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(gè)子模塊及頂層原理圖進(jìn)行了時(shí)序仿真,，仿真波形如圖3所示。
控制計(jì)價(jià)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(shí),，表示出租車處于行駛狀態(tài)，此時(shí)路程開始遞增,，當(dāng)不超過3 km時(shí),，車費(fèi)為5A即90,，起步價(jià)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(shí),，出租車處于等待狀態(tài),，此時(shí)路程不再遞增，而時(shí)間遞增,，當(dāng)時(shí)間達(dá)到3分鐘時(shí),，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。