论文总字数：23508字

摘 要

本文介绍了一种基于FPGA的出租车计价的设计方法，描述了研究背景以及研究目的；说明了FPGA的现状及工作原理，简单介绍了Altera公司的FPGA芯片的特点，论述了出租车计价器的系统原理和功能，主要阐述了如何使用新兴的EDA技术代替传统单片机设计，利用FPGA的可编程性，大大缩短了程序设计的研发周期，同时使计价器的体积更小，更方便。

本文采用了自顶向下的设计方法，首先从整体上设计整个电路系统，然后将整个系统划分为各个模块，分布实现各模块的功能。论文详细介绍了出租车计价器设计各模块实现的原理，利用Quartus II对所设计的出租车计价器的代码进行仿真，并成功下载到实验板上，模拟了汽车启动、停止等状态，实现了出租车行驶按里程收费。

关键词： FPGA 自顶向下 出租车计价器

Design of taxi meter based on FPGA

Abstract

This essay introduces a design method of taxi pricing using FPGA chip.it describes the background of research and the purpose of the study.Then,it describes the present situation and working principle of FPGA.The characteristics of FPGA chip of Altera company are briefly introduced.This paper discusses the principle and function of the taxi billing system.This paper mainly expounds how to use the new EDA technology instead of the traditional single chip microcomputer.The use of FPGA programming, greatly shorten the development cycle of the program design, while the smaller the size of the meter is more convenient.

In this paper, the top-down design method is used.First,it describes the overall design of the whole circuit system, and divides then the whole system into various modules to achieve the function of each module.Taximeter design of each module to achieve the principle are introduced in details in the paper , using Quartus II of the taxi valuation is code simulation, and successfully downloaded to the experiment board, the simulation of vehicle starting and stopping state, realize the taxi driving charge for mileage.

Key Words :FPGA; top-down; The taxi meter

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1课题研究背景及目的 1

1.2出租车计价器现状及发展趋势 1

1.3 本文主要工作 2

第二章 FPGA介绍 3

2.1 FPGA 现状 3

2.2 FPGA工作原理 3

2.3 硬件描述语言的介绍 4

2.4 Altera公司芯片特点 4

第三章 出租车计价器的设计 5

3.1 设计方案选择 5

3.1.1 出租车计价器的设计要求 5

3.1.2总体方案设计 5

3.1.3 设计思路 7

3.2出租车计价器设计 7

3.2.1出租车总方案设计 7

3.2.2 时钟分频模块 8

3.2.3按键消抖模块 8

3.2.4 矩阵键盘模块 10

3.2.5 矩阵键盘解析模块 12

3.2.6 控制模块 13

3.2.7计价模块 14

3.2.8 BCD码转换模块 15

3.2.9 数码管显示模块 16

3.2.10 总体设计 17

第四章 硬件电路仿真调试 20

4.1 Quartus II软件简介 20

4.2 开发板介绍 20

4.3功能仿真 21

4.3.1 分频模块仿真 21

4.3.2 计程模块仿真 21

4.3.3 计价模块仿真 22

4.3.4 整体模块仿真 22

4.4下载调试 22

第五章 总结与展望 26

5.1 总结 26

5.2 FPGA展望 26

参考文献 27

附录 28

致 谢 38

第一章 绪 论

1.1课题研究背景及目的

改革开放以来，随着城市化建设的不断发展，兴起了一种新兴的交通工具--出租车。伴随着人们生活水平的提高，出门打车成为一种趋势，出租车也成为城市交通的一份子。方便快捷是出租车的代名词，出租车未来会面向网络，面向手机发展，更好地服务群众。

同时随着uber、滴滴打车等软件的兴起，出租车行业受到了重创，面临着巨大危机。出租车相比快车而言，他们统一管理更安全。虽说如此，但如果想留住客源，就必须要有个好的口碑，务必保证出租车计价器的公平公正性，不能出现作弊行为。出租车计价器作为出租车不可或缺的组件，它是负责出租车日常计价的专用仪表。随着生活水平的提高，人们对计价器的要求也越来越高，准确度与稳定性是首要考虑的亮点。

国外，出租车更加趋于现代化。国外的出租车除安装基本的计价器外，还配有卫星定位、地图、集群呼叫、车内电视等先进设备。国外的出租车计价器相较于国内，功能更多，准确度更高。同时国外出租车部分配备有GPS全球定位系统，可以随时确定出租车所在的位置。随着车载GPS终端技术的成熟和价格的降低，相信国内也会出现这种具有定位功能的计价器。

1.2出租车计价器现状及发展趋势

出租车计价器使用非常广泛，市面上有多种方法的计价器，比如FPGA、单片机、ARM等等。传统的计价器发展至今已有几十年，在成本、稳定性上都有其优势，但是在运行过程中系统容易发生死机现象。而且不同地区，不同时间段的收费都不一样，有的地方有夜间收费和郊区收费等。对此，为满足特殊的价格需求，传统计价器有时必须修改软件，这就造成了很大的不方便。今年来随着滴滴、快的等专车软件的兴起，出租车行业面临着前所未有的挑战，如何提高用户体验成为出租车车主必须要面对的问题，而首当其冲的就是出租车计费器。与传统的出租车计价相比，采用EDA技术能够很好的避免硬件的不可靠性，调整计费价格相当方便，大大缩短了开发成本与开发时间。

1.3 本文主要工作

考虑到如今出租车行业飞速发展及对出租车计价器更高的要求，本设计旨在设计一款基于FPGA的出租车计价器，能够实现出租车的计价要求，同时司机能够手动进行白天/黑夜、单程/往返选择，自主设置起步价、单价、加费里程，准确显示里程、单价总价。

本论文共分为五章，第一章为绪论，介绍了本课题研究的背景，出租车计价器的现状及其发展趋势。第二章主要介绍了FPGA以及FPGA的工作原理，硬件描述语言和本次设计用到的开发板，Altera公司开发板的芯片特点。第三章描述了本次设计，确定方案后，分模块设计计价器，介绍了各模块的功能及原理。第四章主要进行各模块的功能仿真及硬件调试，调试完下载到开发板上验证实验的准确性。第五章进行总结和归纳，表述本次设计中的不足之处，以及对出租车计价和FPGA未来的展望。

第二章 FPGA介绍

2.1 FPGA 现状

半导体市场一直为ASIC和ASSP所统治，近几年，随着FPGA的发展，大有与之争锋，三分天下之势。随着可编程逻辑器件的发展，FPGA成为最赤手可热的存在，同时还处于飞速上升阶段，大有取而代之之意。

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