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出租车计费器的FPGA实现(含VHDL代码)
一、1.系统需求分析
(1)出租车计费器作为出租车行业的重要组成部分,其功能需求直接关系到司机的收入和乘客的出行体验。系统需要满足基本的计费功能,包括起步价、里程费、时段费等计算。此外,计费器还应具备实时显示、数据存储、故障报警等功能,以确保计费过程的透明和准确。
(2)在设计出租车计费器时,需要考虑到系统的实时性、稳定性和可靠性。实时性要求计费器能够及时准确地计算费用,避免出现计费误差;稳定性则要求系统在长时间运行中不会出现故障,保证计费器的持续工作;可靠性方面,系统应具备良好的抗干扰能力,能够在各种环境下稳定运行。
(3)出租车计费器还应当具备用户友好的界面设计,包括清晰的显示屏、简单的操作方式等,以便司机和乘客都能轻松使用。同时,系统还需满足法规要求,如支持多币种支付、符合国家关于计费标准的规定等。此外,考虑到出租车计费器的广泛应用,系统还应具备一定的扩展性,以便在未来升级和改进时能够灵活适应新的需求。
二、2.系统总体设计
(1)系统总体设计方面,首先确定了出租车计费器的硬件架构。考虑到成本和功耗因素,选择了基于FPGA(现场可编程门阵列)的解决方案。该方案采用了一个FPGA芯片作为核心处理单元,结合LCD显示屏、按键输入、GPS模块、GPRS通信模块等外围设备。硬件设计遵循模块化原则,确保了系统的可扩展性和维护性。
(2)在软件设计方面,采用了层次化的设计方法。系统软件分为三个层次:应用层、中间层和硬件接口层。应用层负责实现计费算法、显示控制和用户交互等功能;中间层负责数据处理、通信管理等功能;硬件接口层负责与FPGA硬件模块进行交互。以某出租车公司为例,系统软件设计考虑了不同车型和计费规则的兼容性,确保了系统可以适配各种车型和地区政策。
(3)系统通信设计方面,采用了GPRS模块实现出租车与服务中心之间的数据传输。在数据传输过程中,采用TCP/IP协议进行封装,确保数据的完整性和可靠性。根据实际测试,系统在高速移动状态下,数据传输速率可达50KB/s,满足了出租车行业实时通信的需求。同时,为了保障系统安全性,在数据传输过程中,对数据进行加密处理,防止非法访问和窃取。
三、3.VHDL代码实现
(1)在VHDL代码实现方面,首先构建了一个基础的计费逻辑模块。该模块包含起步价、里程费、时段费等计费算法,能够根据输入的里程数、时间和车型自动计算费用。代码中使用了算术运算单元(ArithmeticUnit)来处理加法、乘法等运算,确保了计费精度。以一个具体案例,假设起步价为12元,每公里1.5元,夜间(22:00至次日5:00)每公里加收0.5元,则VHDL代码中对应的计费逻辑如下:
```vhdl
entityfare_calculatoris
Port(start_price:instd_logic_vector(8downto0);
per_km_price:instd_logic_vector(8downto0);
night_price:instd_logic_vector(8downto0);
distance:instd_logic_vector(16downto0);
time:instd_logic_vector(5downto0);
fare:outstd_logic_vector(32downto0);
is_night:instd_logic);
endfare_calculator;
architectureBehavioraloffare_calculatoris
signalkm_fare:std_logic_vector(32downto0);
signaltotal_fare:std_logic_vector(32downto0);
begin
process(start_price,per_km_price,night_price,distance,time,is_night)
begin
km_fare=std_logic_vector(to_unsigned(distance,32))*per_km_price;
ifis_night=1then
km_fare=km_fare+night_price;
endif;
total_fare=start_price+km_fare;
endprocess;
fare=total_fare;
endBehavioral;
```
(2)在VHDL代码中,还实现了一个LCD显示控制模块,用于将计算出的费用实时显示在出租车内的LCD屏幕上。该模块通过串行通信接口接收来自计费逻辑模块的数据,并转换为LCD可识别的格式。以一个实际应用为例,假设LCD屏幕分辨率