出租車計費系統(tǒng)的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 面，目前主要集中在美國。但各國也正在努力開發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國都有 ASIC 設(shè)計工 具，但不對外開放 。中國華大集成電路設(shè)計中心，也提供IC 設(shè)計軟件，但性能不是很強。相信在不久的將來會有更多更好的設(shè)計工具有各地開花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計顯示，中國和印度正在成為電子設(shè)計自動化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個市場，年復(fù)合增長率分別達(dá)到了 50%和 30%。 EDA 技術(shù)發(fā)展迅猛，完全可以用日新月異來描述 [4] EDA 技術(shù)的應(yīng)用廣泛，現(xiàn)在已涉及到各行各業(yè)。 EDA 水平不斷提高，設(shè)計工具趨于完美的地步。 EDA 市場日趨成熟，湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 4 但我國的研發(fā)水平 還 很有限，需迎頭趕上。 VHDL 主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。除 了含有許多具有 硬件特殊 的語句外， VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法十分類似于一般的計算機高級語言。 VHDL 程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件、一個電路模塊或一 個 系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分，即端口）和內(nèi)部（或稱不可視部分），即設(shè)計實體的部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實體定義了外部界面后，一旦內(nèi)部開發(fā)完成后，他的設(shè)計可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè) 技 的基本點。 隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展，使用硬件語言設(shè)計 FPGA 成為一種趨勢。借用軟件用 VHDL語言開 發(fā) FPGA 的完整流程為： （ 1）文本編輯：用任何文本編輯器都可以進行，也可以用專用的 HDL 編輯環(huán)境。 常 VHDL 文件保存為 .vhd 文件。 （ 2）功能仿真：將文件調(diào)入 HDL 仿真軟件進行功能仿真，檢查邏輯功能是否正確 也叫前仿真，對簡單的設(shè)計可以跳過這一步，只在布線完成以后，進行時序仿真）。 （ 3）邏輯綜合：將源文件調(diào)入邏輯綜合軟件進行綜合，即把語言綜合成最簡的布爾 達(dá)式和信號的連接關(guān)系。邏輯綜合軟件會生成 .edf（ edif）的 EDA 工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件。 （ 4）布局布線：將 .edf 文件調(diào)入 PLD 廠家提供的軟件中進行布 線，即把設(shè)計好的邏 安放到 PLD/FPGA 內(nèi)。 （ 5）時序仿真：需要利用在布局布線中獲得的精確參數(shù)，用仿真軟件驗證電路的時 （也叫后仿真）。 （ 6）編程下載：確認(rèn)仿真無誤后，將文件下載到芯片中。 .sof 文件用于直接下載到 片（掉電后會消失）， .pof 文件用于 rom 芯片下載（掉電后不消失） [6]。 出租車記費器設(shè)計要求 一個出租車計價器，該計價器的計費系統(tǒng)：行程 3 公里內(nèi)，且等待累計時間 2 分鐘內(nèi)，起步費為 8 元； 3 公里外以每公里 元計費，等待累計時間 2 分鐘外以每分鐘 元計費。并能顯示行駛公里數(shù)、等待 累計時間、總費用。、 計費及顯示 1）用二位數(shù)字顯示里程，顯示格式為 XX，單位為 km，計程精確到 1km。 湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5 2）計價范圍為 元，計價精確到 元，顯示格式為 ，單位為元。 3）計時范圍為 059 分，計時精確到 1 分鐘 湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 6 第二章 出租車計費系統(tǒng)的設(shè)計 出租車記費器的基本設(shè)計思想 。 出租車計費器現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)最近幾年出租車行業(yè)發(fā)展迅速，在全國有幾千家出租車公司，出租車計費器的市場非 常 龐大。目前市場上使用的出租車計費器主要采用的都是利用 MCU 如 89C51 單片機實現(xiàn)計費器設(shè)計，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)的出租車計費器 ， 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，但是隨著出租車價格市場化，我國加入 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的波動，都對傳統(tǒng)的出租車計費器提出了更高的要求。近一年來，各城市都在對出租車價格進行調(diào)整，由于數(shù)量太多，很多城市的調(diào)價甚至需要一個月的時才能完成，經(jīng)常會同一時間出現(xiàn)幾個價格，有的城市的出租車上還會出現(xiàn)司機人工計價尷尬情形。這些都暴露了傳統(tǒng)計費器在靈活性和升級換代能力的天生不足。 一． 傳統(tǒng)計費器的不足可以體現(xiàn)在以下幾點： 1．產(chǎn)品更新周期長 傳統(tǒng)計費器利用 MCU 如 89C51 單片機實現(xiàn)汽車計費器的設(shè)計，大部分的功能可以用片機來實現(xiàn)。但是單片機程序是不通用的，不同的芯片有不同的指令集，因此設(shè)計研發(fā)較困難，周期長。如果系統(tǒng)設(shè)計的不好，則系統(tǒng)不是很穩(wěn)定，而且靈活度不夠，不易實 現(xiàn) 功能復(fù)雜的設(shè)計。 2．計價方式的不靈活 每次計價標(biāo)準(zhǔn)的修改都需要將芯片從新燒錄，使得每次調(diào)價都需要耗費大量的人力物 力 ，很難達(dá)到目前油價聯(lián)動的需求。 ，如果需要改變顯示內(nèi)容，甚至需要整個設(shè)備的更換，不利于產(chǎn)品的理想升級。這些都體現(xiàn)了目前對出租車計費器市場更新?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)展的趨勢以及對計費器更高的靈活性要求，本設(shè)計希望嘗 試一些新的方法來予以解決。 1． 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)計不能完成的任務(wù)，利用湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 7 FPGA 實現(xiàn)出租車計費器。可行性很高，而且電路簡單，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)計一些復(fù)雜的系統(tǒng)，而且編好的系統(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)計時間，減少 PCB 面積，提高系統(tǒng)的可靠性。同時由于 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。 [11] 2． 增加計價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定功能 通過設(shè)計此功能模塊可以使得計價標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計更加靈活，體現(xiàn)目前出租車行業(yè)發(fā)展的需 要 ，使運價、油價聯(lián)動成為可能 湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 第三章 出租車計費系統(tǒng)的實現(xiàn) 出租車系統(tǒng)的總體框圖設(shè)計 系統(tǒng)流程介紹：系統(tǒng)主要由電動機驅(qū)動模塊、 LED 顯示模塊、計費標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定模塊、 自動計費模塊、統(tǒng)計模塊和時鐘模塊等組成。 首先由電動機驅(qū)動模塊控制步進電機運轉(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 則進入計時狀態(tài)（依照預(yù)設(shè)值每 5 分鐘計為1km），車速在 12 到 180km/h 之間的則進入計程狀態(tài)，根據(jù)車輪的大小不同每 km 計的次數(shù)也不同，計程和計時通過選通模塊自動選擇輸出到自動計費模塊，計程和計時同一時刻只會有一個處于運行狀態(tài)。自動計費模塊會按照不同的計費標(biāo)準(zhǔn)自動調(diào)節(jié)計費。 [6]計費標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定模塊包掛 起步費、單位里程費、低速行駛等待時間設(shè)定部分。設(shè)定好的數(shù)值分別送到自動計費模塊、計時模塊和計程模塊。按下計費啟動鍵后利用電容的瞬間充電過程來清零上一次的計費數(shù) 值，此后開始自動計費，按下計費停止鍵后計費終止，統(tǒng)計模塊自動執(zhí)行保存記錄。 統(tǒng)計模塊 統(tǒng)計的各項 數(shù)據(jù)將通過 LED 顯示模塊 ，在最終界面上顯示時鐘、車速、等待時間和 行駛路程和總費用 .開始計費和停止、參數(shù)設(shè)定菜單等。 湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 9 圖 出租車系統(tǒng)的總體框圖 湖南人 文科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 10 計費設(shè)定系統(tǒng) 原理圖 圖 計費設(shè)定 系統(tǒng) 原理 圖 計費 控制顯示 模塊