基于FPGA的出租车计价器设计

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计一、项目背景出租车计程计费器是出租车行业的重要设备，它可以根据行驶里程和时间自动计算乘客的费用。

传统的计程计费器通常是基于单片机或嵌入式系统来实现的，但是随着FPGA技术的发展，利用FPGA来实现计程计费器也成为一种新的选择。

FPGA具有运算速度快、可编程性强的特点，可以有效地提高计程计费器的性能和灵活性。

本项目将设计基于FPGA的出租车计程计费器，并将其作为教学实践项目，以帮助学生掌握FPGA的应用技术和计程计费器的工作原理。

二、项目目标1. 理解出租车计程计费器的工作原理和需求；2. 掌握FPGA的基本原理和应用方法；3. 设计并实现基于FPGA的出租车计程计费器原型。

三、项目内容1. 出租车计程计费器的工作原理出租车计程计费器通常需要实现以下功能：- 实时采集车辆的行驶里程和行驶时间；- 根据里程和时间计算乘客的费用；- 显示乘客的费用信息。

2. FPGA的基本原理和应用方法FPGA是一种可编程的逻辑器件，它由大量的可编程逻辑单元和存储单元组成，可以根据用户的需要编程实现各种数字逻辑功能。

FPGA的设计通常包括以下几个步骤：- 确定设计功能和性能需求；- 采用硬件描述语言（如Verilog、VHDL）进行逻辑设计；- 进行逻辑综合和布局布线；- 下载到FPGA芯片中进行验证和调试。

基于以上内容，学生将分为以下几个阶段进行项目设计和实现：第一阶段：学习出租车计程计费器的工作原理和需求，了解FPGA的基本原理和应用方法。

第二阶段：进行计程计费器的逻辑设计，包括行驶里程和行驶时间的实时采集、费用的计算和显示。

第三阶段：进行计程计费器的逻辑综合和布局布线，生成FPGA的配置文件。

第四阶段：将配置文件下载到FPGA芯片中进行验证和调试，完成基于FPGA的出租车计程计费器原型的设计和实现。

四、教学方案为了帮助学生顺利完成基于FPGA的出租车计程计费器项目，可以采取以下教学方案：1. 确定项目的实践环境和硬件平台，提供FPGA开发板和相关的软件工具；2. 组织相关理论课程和实验课程，介绍出租车计程计费器的工作原理和需求，讲解FPGA的基本原理和应用方法；3. 指导学生进行项目的逻辑设计、综合布局和验证调试，提供必要的技术支持和指导；4. 完成项目的设计和实现后，组织学生进行成果展示和总结，评选出优秀的作品并给予奖励。

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计一、项目背景介绍随着出租车的普及，计程计费器作为出租车必备的设备，主要用于计算乘客的乘车距离和费用，是一个重要的应用。

基于Field-Programmable Gate Array (FPGA)的出租车计程计费器项目，可以帮助学生在实际项目中掌握FPGA系统设计、数字电子技术、计费算法等知识，提高学生的实践能力和创新能力。

二、项目教学目标1. 了解FPGA的基本原理和应用；2. 掌握FPGA系统设计的基本流程；3. 学习数字电子技术在出租车计程计费器中的应用；4. 熟悉计费算法的设计和实现；5. 提高学生的实践能力和创新能力。

三、项目教学内容及步骤1. FPGA基础知识介绍1.1 FPGA的基本原理和结构；1.2 FPGA在数字电子系统中的应用；1.3 FPGA开发环境及工具介绍。

2. 出租车计程计费器功能设计2.1 乘车距离和时间测量模块设计；2.2 价格计算模块设计；2.3 显示模块设计。

3. FPGA系统设计3.1 硬件描述语言（Verilog/VHDL）基础知识介绍；3.2 FPGA系统设计流程；3.3 乘车距离和时间测量模块的Verilog/VHDL实现；3.4 价格计算模块的Verilog/VHDL实现；3.5 显示模块的Verilog/VHDL实现。

4. 计费算法设计与实现4.1 基于乘车距离和时间的计费算法设计；4.2 算法在FPGA系统中的实现。

5. 系统集成与测试5.1 FPGA系统集成；5.2 系统功能测试；5.3 项目演示与验收。

四、项目教学方法1. 理论讲解：介绍FPGA基础知识、出租车计程计费器功能设计、FPGA系统设计流程等内容；2. 设计实践：学生通过指导练习，完成乘车距离和时间测量模块、价格计算模块、显示模块的Verilog/VHDL实现；3. 计费算法设计与实现实践：学生在指导下设计基于乘车距离和时间的计费算法，并在FPGA系统中实现。

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计本设计基于FPGA实现了一款出租车计程计费器，可以实时计算出乘客的车费并显示在数码管上。

该项目主要包括FPGA硬件设计，计算方式设计及电路实现。

一、FPGA硬件设计1. 系统组成本设计采用Xilinx公司的FPGA器件，主要由FPGA、时钟电路、驱动电路和接口电路组成。

其中，时钟电路采用quartz晶振，驱动电路为大功率数码管驱动芯片，接口电路为调节电路和键盘接口电路。

2. 系统流程图本设计的系统流程图如下：（说明：CLK为FPGA的时钟输入，K1和K2分别为计程和计费的按键接口，D为数码管显示接口，R1和R2分别为计程和计费所需的电阻，C为电容器）二、计算方式设计1. 计程计算方式计程计费是根据司机开始行驶时车上的里程表显示的公里数为起点，乘客下车时里程表上显示的公里数为终点，两者之差即为乘客所乘路程。

因此，计程计算方式为：路程（公里） = 终点里程 - 起点里程计费规则为：起步价M元（默认起步价为8元），每公里N元（默认每公里2元）。

因此，计费方式为：车费 = M + 路程× N计费计算方式为：每分钟X元（默认每分钟0.5元），因此，计费方式为：车费 = 当前时间× 每分钟单价X三、电路实现1. 时钟电路本设计采用quartz晶振作为时钟电路，其参数为30MHz。

在FPGA中设置一个50MHz 的时钟输入，通过分频电路将其分频至需要的30MHz。

2. 数码管驱动电路本设计采用MAX7219作为驱动芯片，共接入4个共阳数码管。

FPGA通过SPI接口将数码管的数据发送至MAX7219，由其驱动数码管显示车费结果。

3. 调节电路调节电路用于控制FPGA输出的电压幅值，以及提供稳定的电压和电流给FPGA器件和数码管驱动芯片。

4. 键盘接口电路键盘接口电路由输入电路和检测电路组成。

输入电路为按键输入，检测电路为检测按键信号的变化并将其传递至FPGA。

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计1. 引言1.1 项目背景出租车计程计费器在现代城市交通中扮演着至关重要的角色，为乘客提供方便、快捷和准确的计费服务。

随着科技的不断发展，传统的计程计费器已经逐渐无法满足市场的需求。

本课题将基于FPGA技术设计和实现一款高性能的出租车计程计费器，以提升其计费精度和效率。

本项目的目标是利用FPGA技术设计出一款功能强大、性能优越的出租车计程计费器，并将其应用于实际交通场景中。

通过本项目，学生可以深入了解FPGA在嵌入式系统设计中的应用，提升其硬件设计和编程能力，同时也能为出租车行业的智能化发展做出贡献。

1.2 项目目的项目目的是通过基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计，帮助学生深入了解FPGA技术，并掌握计程计费器系统的设计和实现方法。

通过这个项目，学生将学习到FPGA技术的基本原理和应用，培养他们的电路设计能力和问题解决能力。

通过实际操作和项目实践，学生将能够提高他们的团队合作能力和创新意识。

通过对项目的评估和教学效果分析，可以及时发现和解决学生在学习过程中遇到的问题，进一步提高教学质量和学生的学习成果。

最终，希望通过这个项目的教学实践，为学生奠定良好的基础，帮助他们在未来的学习和工作中取得更好的成就。

2. 正文2.1 FPGA技术介绍FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，通过用户编程来配置其内部逻辑电路，从而实现特定的功能。

FPGA具有灵活性高、可重构性强等优点，因此被广泛应用于数字系统的设计和实现中。

在FPGA中最基本的单元是可编程逻辑单元（CLB），它由查找表（LUT）、触发器和多路器等组成，用于实现逻辑电路的功能。

FPGA 还包含了输入输出块（IOB）、时序管理器（CMT）等功能模块，以满足不同应用的需求。

FPGA的编程通常通过硬件描述语言（HDL）来实现，主要使用Verilog和VHDL两种语言。

湖南工程学院课程设计课程名称嵌入式系统课题名称基于CPLD的出租车计费器专业电子信息工程班级电子信息学号 2姓名魏震洲指导教师林愿2015年12月20日湖南工程学院课程设计任务书课程名称：嵌入式系统题目：基于CPLD的出租车计费器专业班级：电子信息学生姓名：魏震洲指导老师：林愿审批：任务书下达日期 2015 年12 月 1日设计完成日期 2015 年 12月 15日目录摘要 (1)Abstract .......................... 错误!未定义书签。

引言 (2)1.概述 (2)2.总体设计 (3)2.1设计要求 (3)2.2基本的原理方框图 (4)2.3 开发环境 (4)3.软件设计 (4)3.1总体设计 (4)3.2 各模块设计 (5)4.结果仿真 (12)4.1编译 (12)4.2管脚配置 (12)4.3程序下载 (12)5.硬件电路 (13)6. 系统使用说明 (14)结束语 (15)参考文献 (15)致谢.............................. 错误!未定义书签。

附录.. (16)基于CPLD的出租车计费器摘要：本文借助QuartusⅡ9.0软件，基于大规模可编程逻辑器件FPGA，利用Verilog HDL语言，进行出租车计费器设计。

该出租车计费系统包括计数器分频模块、数码管分频模块、计程模块、计时模块、计费模块、控制模块、数码管显示模块和顶层主控模块共八大部分；分起步、里程、等待三个阶段。

该出租车计费器能够自行设定计费标准，借助CycloneⅡ系列EP20C8Q208C8N芯片的FPGA开发板，进行功能仿真，并且利用外围电路和开发板的结合，能够进行相应的硬件测试。

测试结果由2片4个相连的7段共阳极数码管驱动电路来显示。

关键词：出租车计费器；QuartusⅡ9.0软件；Verilog HDL语言；FPGA开发板引言随着出租车行业的发展，对出租车计费器的要求也越来越高，用户不仅要求计费器性能稳定、计费准确；同时还要求其具有计价标准的灵活设定、营运额统计、密码设定等功能。

（封面）XXXXXXX学院题目：基于FPGA的出租车计费系统设计院（系）：专业班级：学生姓名：指导老师：时间：年月日目录1.引言 (2)2.实验任务及要求 (2)3.模块功能 (2)4.设计说明 (3)5.实验结果 (4)6.一些问题和改进 (4)7.心得与体会 (4)8.附录··················································摘要介绍了出租车计费器系统的组成及工作原理，简述了在EDA平台上用FPGA器件构成该数字系统的设计思想和实现过程。

论述了分频模块，速度获取模块，计费模块，进制转换模块，显示模块等的设计方法与技巧。

一、引言随着EDA技术的高速发展，电子系统的设计技术发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件CPLD／FPGA的出现，给设计人员带来了诸多方便。

利用它进行产品开发，不仅成本低、周期短、可靠性高，而且具有完全的知识产权。

本文介绍了一个以Altera公司可编程逻辑芯片cyclone2系列的EP2C35F672C6的fpga芯片为控制核心、附加一定外围电路组成的出租车计费器系统。

随着社会的不断进步，人们生活水平的不断提高，出租车逐渐成为人们日常生活不可缺少的交通工具。

而计价器作为出租车的一个重要组成部分，关系着出租车司机和乘客双方利益，起着重要的作用，因而出租车计价器的发展非常迅猛二、实验任务及要求1.能实现计费功能，计费标准为：按行驶里程收费，起步费为10.00元，并在车行3公里后再按2元/公里，车起启动后停止等待时为每分钟1元（程序中为显示功能，设置为每10秒1元）。

课程设计报告课程名称：电子技术课程设计学院：自动化专业：自动化自控班级：自控1201B 学号：2012100329055姓名：成绩：前言电子设计自动化（Electronics Design Automation—EDA）技术是现代电子工程领域的一门新技术。

它提供了基于计算机和信息技术的电路系统设计方法。

EDA技术就是依赖功能强大的计算机，对用电路描述语言描述的设计文件，自动地完成编译、化简、分割、综合、布线、优化、仿真等，直至实现既定的电子电路系统的功能。

EDA技术打破了软件设计和硬件设计间的壁垒，是一门综合性学科，一种新的技能技术。

它将设计效率和产品性能合二为一，代表了电子设计技术和电子应用技术的发展方向。

EDA技术是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动化设计。

在EDA技术应用中广泛采用自顶向下的设计方法设计电路工程项目的设计流程包括：用自然语言描述功能特性和技术指标，用硬件描述语言建立系统描述→行为描述→结构描述→逻辑描述，用计算机开发软件进行功能仿真→时序仿真→硬件测试。

设计者在整个设计过程中可根据需要，随心所欲的改变器件内部结构乃至期间外部引脚功能，可以将系统电路分解为各个模块，也可以将多个模块集合在一起，而不必顾及各个器件的技术细节。

正是采用了基于可编程器件的，利用计算机完成的自顶向下的设计方法，大大减少了功能芯片的数量，减轻了设计电路板图的工作量，缩小了整体电路的体积，提高了系统的可靠性，加快了验发的速度，降低了产品设计的成本。

VHDL的全名是Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，于83年由美国国防部发起创建，由IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers 电气与电子工程师学会）进一步发展，在87年作为“IEEE 标准1076”发布，93年被升级为“IEEE1164”。

2021年 2期第23卷(总第126期)No. 2, 2021General No. 126, Vol.23淮南师范学院学报JOURNAL OF HUAINAN NORMAL UNIVERSITY基于FPGA 的出租车计价系统设计李营，吕兆承，陈帅,余钱坤(淮南师范学院电子工程学院，安徽淮南232038)［摘要］当前出租车计价器精度不高且可扩展性弱,文章根据LCD1602液晶显示屏工作原理及实际出租车计价原理，设计提出了一种新的出租车计价系统。

设计原理主要是采用FPGA 芯片，利用Verilog HDL 最终在LCD1602液晶显示屏端完成出租车计价显示功能。

系统仿真结果表明，该系统计价功能可靠。

［关键词］出租车计价；FPGA ；Verilog HDL ；LCD1602液晶显示［中图分类号］TP311 ［文献标识码］A ［文章编号］1009-9530(2021)02-0139-041引言出租车是人们日常出行的重要工具，其载客出 行均需计费，市面上常用的计费器大多由单片机控 制实现计费。

单片机虽然价格低廉，但精度差且可扩展性弱。

而FPGA 具有编程灵活性高、功能易拓展等 特点。

故本文采用层次化建模方法，利用Verilog HDL 基于FPGA 设计实现出租车计价器系统并进 行仿真，仿真结果表明该系统功能稳定，计价准确。

2出租车计价器系统设计2.1出租车计费系统技术指标以FPGA 为主体设计出租车计费系统，其计费 标准如表1所示。

表1出租车计费标准根据表中的相关技术指标,系统设计要求如下。

白天 6：00—23：00深夜 23：00—6：00总额汽车行驶 里程计费起步价格8.00元起步价格12.00元1元/km （超过4 km ）2元/km （超过4 km ）1.5元/km (超过20 km 超价 收费)3元/km (超过20 km 超价收费 )等候时间 费用1元/5 min (车速低于12 km/h 不到1 h) 20元/h (车速低于12 km/h 超过1 h)(1) 设置加减档功能:白天行驶超过4 km ，每公里加1.00元。

基于FPGA的出租车计程计费器项目教学设计一、项目背景随着社会的发展，出租车已经成为了人们出行的主要工具之一，而出租车的计程计费器也是很重要的一部分，它可以确保车主和乘客的权益。

因此，基于FPGA的出租车计程计费器项目旨在帮助学生了解FPGA的应用和计费原理。

二、项目描述本项目中，学生需要设计一个基于FPGA的出租车计程计费器，该计费器可以根据出租车的路程和时间自动计算费用。

具体而言，本项目需完成以下任务：1. 通过FPGA实现出租车计程计费功能；2. 使用FPGA实现电子显示屏显示乘客的车费信息；3. 实现数字输入功能，以便乘客输入所在地和目的地；4. 实现计数器和定时器，以记录时间和路程；5. 可以使用外部电源通过FPGA对计费器进行供电。

三、项目流程1. 了解计费原理：学生需要了解出租车计费器的工作原理，并理解如何计算路程和时间。

2. 设计计费器：根据原理图和电路原理，设计计费器的硬件系统，并编写VHDL代码实现系统。

3. 实现数字输入功能：将外围按键与FPGA相连，设计相关硬件系统，以便乘客输入所在地和目的地。

4. 实现计数器：设计计数器硬件系统，并使用FPGA实现计数器功能，用于记录车辆的路程。

5. 实现定时器：设计定时器硬件系统，并使用FPGA实现定时器功能，用于记录车辆的运行时间。

6. 实现电子显示屏：设计电子显示屏硬件系统，并使用FPGA实现显示屏功能，以便输出乘客的车费信息。

7. 调试和测试：对系统进行调试和测试，确保整个系统能够正常工作。

四、项目教学目标1. 帮助学生了解计费器的原理和工作方式；2. 培养学生硬件设计和FPGA编程的能力；3. 培养学生创新能力，设计出适合自己的计费系统；4. 培养学生团队合作能力，共同完成这个项目。

五、教学方法1. 理论讲解：通过课堂教学，讲解计费器的原理和工作方式，帮助学生理解计费器的基本知识。

2. 实践训练：学生通过设计和编程的实践，巩固所学知识，并提高实际操作技能。

目录摘要 (1)Abstract (1)第一章引言 (2)1.1课题背景 (2)1.2本文的主要工作 (2)第二章 FPGA、VHDL介绍 (4)2.1 FPGA现状及发展 (4)2.2 FPGA的结构与特点 (4)2.2.1 FPGA基本结构 (5)2.2.2 FPGA的特点 (6)2.3 VHDL设计优点 (6)第三章出租车计费器的设计 (7)3.1出租车计费器的总体设计 (7)3.1.1出租车计费标准 (7)3.1.2 总体框架设计 (7)3.2出租车计费器主要模块设计 (8)3.2.1 速度模块 (9)3.2.2 计程模块 (9)3.2.3 计时模块 (10)3.2.4 计费模块 (10)第四章整体电路设计 (11)4.1 整体电路图 (11)4.2 电源电路 (12)4.3 启动/停止按键电路 (12)4.4 自动清零部分 (13)第五章系统仿真与下载实现 (13)5.1 QuartusⅡ软件介绍 (14)5.1.1软件特点 (14)5.1.2 QuartusⅡ设计流程： (14)5.2仿真结果 (15)5.2.1整体仿真 (15)5.2.2速度模块仿真 (15)5.2.3计程模块仿真 (16)5.2.4计时模块仿真 (16)5.2.5 计费模块仿真 (17)5.3设计测试 (17)第六章总结及展望 (18).致谢 (19).主要参考文献 (19)基于FPGA的出租车计费器设计摘要:随着EDA技术的高速发展，电子系统的设计技术和工具发生了深刻的变化，大规模可编程逻辑器件CPLD/FPGA的出现，给设计人员带来了很多方便。

利用它进行产品开发，可以降低研发成本，缩短研发周期。

本文介绍了一种采用FPGA芯片进行出租车计费器的设计方法，描述了研究该课题的意义和应用价值；说明了Altera公司的FPGA结构原理及其主要运用；介绍了超高速集成电路硬件描述语言的主要功能和设计；讲解了出租车计费器的系统原理和功能。