開題報告(模版)

**畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告設(shè)計（論文）題目于FPGA的出租車計費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計院系名稱：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)班級：電子信息工程09-2班學(xué)生姓名：導(dǎo)師姓名：開題時間：2013年3月15號**一課題研究目的和意義在我國社會經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展過程中，各大中小城市的出租車營運(yùn)事業(yè)也迅速發(fā)展，出租車已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普遍的交通工具。出租車計價器是出租車營運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表，是出租車市場規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化以及減少司機(jī)與乘客之間發(fā)生糾紛的重要設(shè)備。為了保護(hù)營運(yùn)者和乘客的經(jīng)濟(jì)利益，世界上的多數(shù)國家都對作為貿(mào)易結(jié)算用的出租汽車計價器進(jìn)行強(qiáng)制管理［1］。我國《計量法》也將出租汽車計價器列入強(qiáng)檢目錄,實(shí)行強(qiáng)制檢定。1999年，國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局又將出租汽車計價器列為六種重點(diǎn)管理的計量器具之一⑵。出租車行業(yè)以低價高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來了出行的享受。但是總存在著買糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計價器。汽車計價器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則它是出車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具租有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的。因此汽車計價器的研究也是十分有應(yīng)用價值的［%。一種功能完備、簡單易用、計量準(zhǔn)確的出租車計價器是加強(qiáng)出租車行業(yè)管理、提高服務(wù)質(zhì)量的必備品。當(dāng)計費(fèi)系統(tǒng)在各大、中城市出租車中使用越來越廣泛，用戶對計費(fèi)器的要求也越來越高。以出租車多功能計費(fèi)器為例，用戶不僅要求計費(fèi)器性能穩(wěn)定，計費(fèi)準(zhǔn)確，有防作弊功能;同時還要求其具有車票打印、語音報話識別、電腦串行通信及稅控等功能;不同國家和地區(qū)的收費(fèi)方式存在差異，即使在同一地區(qū)，不同車型的出租車收費(fèi)方式也有差別，而且出租車還面臨幾年一次的調(diào)價或調(diào)整收費(fèi)方式等問題［4］。采用模擬電路和數(shù)字電路設(shè)計的計價器整體電路的規(guī)模較大用到的器件多造成故障率高難調(diào)試對于模式的切換需要用到機(jī)械開關(guān)機(jī)械開關(guān)時間久了會造成接觸不良功能不易實(shí)現(xiàn)。采用單片機(jī)設(shè)計相對來說功能強(qiáng)大用，較少的硬件和適當(dāng)?shù)能浖嗷ヅ浜峡梢院苋菀椎膶?shí)現(xiàn)設(shè)計要求且靈活性強(qiáng)，可以通過軟件編程來完成更多的附加功能，然而傳統(tǒng)的基于單片機(jī)設(shè)計的出租車多功能計費(fèi)器已遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上這種變化，功能升級很繁瑣，需要硬件重組和軟件更新同步進(jìn)行，成本高，并且每次升級都可能出現(xiàn)新的不穩(wěn)定因素;而基于現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)的出租車多功能計費(fèi)器，采用硬件描述語言VerilogHDL和邏輯綜合為基礎(chǔ)的自頂向下的電路設(shè)計方法，開發(fā)成本低，周期短，可靠性高，功能升級方便，滿足了用戶的要求。該系統(tǒng)在不改變硬件電路的前提下，具有可以重構(gòu)系統(tǒng)的功能；采用完全相同電路結(jié)構(gòu)，只要根據(jù)各地區(qū)的要求在VerilogHDL程序中設(shè)置各參數(shù)，就可以適應(yīng)各地區(qū)出租車不同計費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)的需要，還可以根據(jù)各地區(qū)需求增加其他功能⑸。二文獻(xiàn)綜述計價器是出租汽車的經(jīng)營者和乘坐出租汽車的消費(fèi)者之間用于公平貿(mào)易結(jié)算的工具，因而計價器計價準(zhǔn)確與否，直接關(guān)系到經(jīng)營者和消費(fèi)者的經(jīng)濟(jì)利益。依據(jù)國家有關(guān)法律、法規(guī)，出租汽車計價器是列入國家首批強(qiáng)制檢定的工作計量器具之一，也是近年來國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門強(qiáng)化管理的六類重點(diǎn)計量器具之一。在出租車是城市交通的重要組成部分，行業(yè)健康和發(fā)展也獲得越來越多的關(guān)注。汽車計價器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具。它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計價器無論是對廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的［6］。我國的第一家生產(chǎn)計價器企業(yè)是重慶市起重機(jī)廠，最早的計價器全部采用機(jī)械齒輪結(jié)構(gòu)，只能完成簡單的計程功能，可以說早期的計價器就是一個里程表。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了第二代計價器。它采用了手搖計算機(jī)與機(jī)械結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)了半機(jī)械半電子化。此時它在計程的同時還可以完成計價的工作。大規(guī)模集成電路的發(fā)展又產(chǎn)生了第三代計價器，也就是全電子化的計價器。它的功能也在不斷完善當(dāng)單片機(jī)出現(xiàn)并應(yīng)用于計價器后，現(xiàn)代出租車計價器的模型也就基本具備了，它可以完成計程，計價，顯示等基本工作。單片機(jī)以及外圍芯片的不斷發(fā)展促進(jìn)了計價器的發(fā)展⑺。從國內(nèi)外的各種研究方法來看，實(shí)現(xiàn)出租車計費(fèi)系統(tǒng)總共有三種方案。利用大規(guī)模的數(shù)字邏輯器件來實(shí)現(xiàn)，利用89C51實(shí)現(xiàn)，利用CPLD/FPGA來實(shí)現(xiàn)。二十世紀(jì)后半期，數(shù)字系統(tǒng)得到了飛速發(fā)展，同時為了提高系統(tǒng)的可靠性與通用性，微處理器和專業(yè)集成電路逐漸取代了通用全硬件電路。目前，業(yè)界大量可編程邏輯器件，尤其是現(xiàn)場可編程器件被大量地應(yīng)用在集成電路的制作當(dāng)中㈤。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(fèi)器的市場非常龐大。目前市場上使用的出租車計費(fèi)器主要采用的都是利用MCU如89C51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的計費(fèi)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［9］。如圖1所示。圖1傳統(tǒng)LED顯示的計費(fèi)器以AT89S51單片機(jī)為核心器件，附加A44E霍爾傳感器測距,實(shí)現(xiàn)對出租車的計價統(tǒng)計.采用AT24C02實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)掉電時保存單價和系統(tǒng)時間等信息，輸出采用8段數(shù)碼顯示管.用該電路設(shè)計的計價器不但能實(shí)現(xiàn)基本的計價，而且還能根據(jù)白天、黑夜、中途等待來調(diào)節(jié)單價,同時在不計價的時候還能作為時鐘為司機(jī)提供方便［1。］。傳統(tǒng)的出租車計費(fèi)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)慣上都具有一些優(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(fèi)器提出了更高的要求［11］。近一年來，各大城市都在對出租車價格進(jìn)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間才能完成，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(jī)人工計價的尷尬情形。這些都暴露了傳統(tǒng)計費(fèi)器在靈活性和升級換代能力的天生不足"I。傳統(tǒng)計費(fèi)器的不足可以體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：產(chǎn)品更新周期長計價方式的不靈活顯示方式的不靈活在生活出租車計價系統(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【⑶；FPGA有多種配置模式：并行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式;主從模式可以支持一片PROM編程多片F(xiàn)PGA；串行模式可以采用串行PROM編程FPGA；外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程°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)計的產(chǎn)品具有功能強(qiáng)、可靠性高、靈活性好等特點(diǎn)。在本設(shè)計中針對目前常用的這兩種設(shè)計方案（單片機(jī)設(shè)計方案和FPGA設(shè)計方案）進(jìn)行了優(yōu)劣比較，使用FPGA來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)預(yù)定的設(shè)計要求和設(shè)計思路進(jìn)行了功能設(shè)計US三基本內(nèi)容和預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)基本內(nèi)容：設(shè)計一款基于FPGA的出租車計價器，無人乘車時正常顯示空車指示牌，LED顯示器顯示當(dāng)?shù)貢r間；乘客上車時，司機(jī)按電鈕開始計費(fèi)，扳倒空車指示牌并熄滅空車指示牌里的指示燈，并提示此時已開始計費(fèi)。當(dāng)乘客中途下車時，出租車減速停車，計價器開始計時。當(dāng)乘客回來時，出租車開車，計價器結(jié)束計時，并回到計程階段繼續(xù)計程（如果出租車再次啟動后，乘客還需要離開，則計價器回到計時階段，繼續(xù)計時）。到達(dá)目的地時停車，司機(jī)按電鈕結(jié)束計價空車指示牌被扶起，點(diǎn)亮空車指示牌的指示燈，并語音提示結(jié)束計費(fèi)，此時顯示器顯示為此次乘客乘車的總費(fèi)用，等待5分鐘后，回到時鐘顯示界面。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：計費(fèi)及顯示里程用四位數(shù)字顯示，單位為km，精確到0.1km。單價用三位數(shù)字顯示，單價為元/km，根據(jù)每天不同的時間段有兩種情況：當(dāng)時間段為06:00?23:00時單價為3元/km，其他時間段內(nèi)單價為2元/km。等候時間，用四位數(shù)字顯示分鐘和秒。等候單價，等候單價有兩種情況：在等候時間小于1小時的情況下，等候單價為1元每5分鐘；在等候時間大于1小時的情況下，等候單價為20元每小時。費(fèi)用的計算，出租車的起價為8.00元，當(dāng)里程小于3km時，按起價計算費(fèi)用；當(dāng)里程大于3km時按下式計算費(fèi)用： 費(fèi)用=里程X里程單價+等候時間X等候單價費(fèi)用的顯示，用五位數(shù)字顯示，顯示方式為“XXX.XX”，單價為元。時鐘及顯示當(dāng)出租車在常運(yùn)狀態(tài)下，應(yīng)能顯示當(dāng)前的時間。計費(fèi)開始提示當(dāng)出租車載上乘客并起步后，將空車指示牌扳倒時，空車指示牌里的指示燈熄滅，并有語音或燈光提示信號。四整體方案系統(tǒng)的整體方框圖如圖2所示。圖2系統(tǒng)的整體方框圖本系統(tǒng)中FPGA應(yīng)該完成的功能分解為7個功能模塊，它們分別是分頻器模塊FPQ、等待判別模塊DDPB、里程計算模塊LCJS、里程計費(fèi)模塊LCJF、等待計時模塊DDJS，等待計費(fèi)模塊DDJF、輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ。分頻器模塊FPQ,產(chǎn)生1Hz系統(tǒng)時鐘信號C,供系統(tǒng)中其他相關(guān)模塊使用。等待判別模塊DDPB根據(jù)速度傳感器脈沖時鐘信號WCLK和基準(zhǔn)時鐘信號CLK1HZ，計算出單位時間里WCLK的脈沖個數(shù)（假定每公里產(chǎn)生1000個脈沖信號，即每米一個脈沖），即出租車行駛速度，從而判斷出租車是否處于等待狀態(tài)，產(chǎn)生等待標(biāo)志。里程計算模塊LCJS根據(jù)速度傳感器脈沖信號WCLK和等待標(biāo)志DDBZ，對出租車行駛的里程XSLC進(jìn)行計算，同時產(chǎn)生里程標(biāo)志信號LCBZ和里程計費(fèi)標(biāo)志信號JFBZ。里程計費(fèi)模塊LCJF在計費(fèi)標(biāo)志信號JFBZ、等待標(biāo)志DDBZ、里程標(biāo)志信號LCBZ和時段標(biāo)志信號SDBZ等信號的控制下，計算行駛里程超過3km以上的里程費(fèi)用LCFY。等待計時模塊DDJs在等待標(biāo)志信號DDBZ和基準(zhǔn)時鐘信號CLKlHZ的控制下，進(jìn)行等待時間計算。等待計費(fèi)模塊DDJF在等待標(biāo)志信號DDBZ和熄燈標(biāo)志信號XDBZ的控制下，進(jìn)行等待計費(fèi)操作。輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ根據(jù)單片機(jī)發(fā)出的數(shù)據(jù)傳輸選擇控制信號SEL，選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)計算處理結(jié)果傳輸給單片機(jī)。五技術(shù)路線或研究方法了解開發(fā)流程對使用QuartusII軟件、優(yōu)化設(shè)計項(xiàng)目、提高設(shè)計效率十分有益。其次最主要的是對QuartusII軟件的使用，了解其基本設(shè)計流程和軟件操作與設(shè)置。熟悉VHDL語言的結(jié)構(gòu)與規(guī)范，根據(jù)文獻(xiàn)中的例子進(jìn)行編寫。利用VHDL語言對各個功能單元進(jìn)行系統(tǒng)論證，并展開設(shè)計。完成頂層實(shí)體的原理圖設(shè)計，根據(jù)設(shè)計方案分別設(shè)計FPGA系統(tǒng)CZJFXT的七個模塊：分頻器模塊FPQ，等待判別模塊DDPB，里程計算模塊LCJS，里程計費(fèi)模塊LCJF，等待計時模塊DDJS，等待計費(fèi)模塊DDJF，輸出數(shù)據(jù)選擇模塊SCXZ。根據(jù)總體方案框圖，進(jìn)行硬件系統(tǒng)的連接，將軟件下載到FPGA中，并對各個部分進(jìn)行仿真。根據(jù)硬件系統(tǒng)設(shè)計方案搭建時鐘電路，數(shù)碼顯示電路等。編寫FPGA軟件模塊VHDL程序，下載到硬件電路中進(jìn)行調(diào)試。搭建信號整形電路，并與FPGA相連，校驗(yàn)電路。六進(jìn)度安排1-2周：查閱資料，完成設(shè)計的開題報告。3-4周：完成基于FPGA的出租車計費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計。5-7周：完成頂層實(shí)體的原理圖設(shè)計。8-10周：完成分模塊硬件描述語言程序設(shè)計。11-13周：代碼調(diào)試，并進(jìn)行編譯、綜合得出仿真結(jié)果。14-15周：撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。16周：上交畢業(yè)論文、完成PPT講稿、準(zhǔn)備答辯。17周：答辯。參考文獻(xiàn)［I］ 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