2.1.3 计费开始提示
当出租车载上乘客并起步后，将空车指示牌扳倒时，空车指示牌里的指示灯熄灭，并有语音或灯光提示信号。
DISPLAYP3.0-P3.1P0P2.2-P2.083DATASELSDBZSTARTLCBZDDBZXDBZWCLKSCLK传感器时钟信号P2.3P2.7P2.4P2.5P2.6复位MCUFPGARESETP1.0-P1.5显示切换确定修改启动空车牌
图2.2 总体原理框图
2.2 功能模块设计
根据系统的设计要求，将整个测控FPGA系统CZJFXT分为七个模块，它们分别是：分频器模块FPQ，等待判别模块DDPB，里程计算模块LCJS，里程计费模块LCJF，等待计时模块DDJS，等待计费模块DDJF，输出数据选择模块SCXZ。
分频器模块FPQ：将外部时钟信号SCLK（设计时假设为1024HZ）经过适当分频后，产生1HZ的系统工作用基准时钟信号CLK1HZ，供给系统中的有关模块计时用。
等待判别模块DDPB：根据速度传感器脉冲信号WCLK和分频器产生的基准时钟信号CLK1HZ，计算单位时间里WCLK的脉冲个数（每㎞产生1000个脉冲信号，即每米产生1个脉冲信号），亦即出租车行驶速度，从而判别出租车是否处于等待状态，发出等待标志信号DDBZ。当速度大于12㎞/H，即速度大于200M/MIN时，出租车处于运行状态，这时等待标志DDBZ=0；当速度小于等于12㏎/H，即速度小于等于200M/MIN时，出租车处于等待状态，这时等待标志DDBZ=1。该模块的VHDL程序设计可分为三个进程：60S周期性跳变信号产生进程，每分钟行驶距离计算进程，等待标志判别进程。等待标志判别进程就是比较每分钟WCLK脉冲个数与等待状态WCLK脉冲临界个数200的大小，从而确定DDBZ的赋值。
里程计算模块LCJS：根据速度传感器脉冲信号WCLK和等待标志DDBZ，对出租车行驶的里程数XSLC进行计算，同时发出里程标志信号LCBZ和里程计费标志信号JFBZ。如果LCBZ=1，说明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，说明没超过2㎞，按起价计费，每行驶1㏎应计费1次，并且计费的启动信号应是某一时刻，因此每行驶1㎞，计费标志信号JFBZ应跳变1次。该模块的VHDL程序设计可分为两个进程：里程计算及标志
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产生进程，产生计费信号进程。产生计费信号进程就是每行驶10百米（即1㎞）JFBZ由低电平0变为1，经过一个系统时钟周期后JFBZ又回复到低电平0，里程计费模块LCJF就是在JFBZ脉冲信号的上升沿到来时进行计费的加法操作。
里程计费模块LCJF：在计费标志信号JFBZ，等待标志信号DDBZ，里程标志信号LCBZ和时段标志信号SDBZ等信号的控制下，计算行驶里程超过2㎞以上里程的费用LCFY。该模块的VHDL程序是通过由多个条件控制的加法进程来完成里程计费的，里程计费的条件是在DDBZ=0，并且在JFBZ的上升沿根据SDBZ分别进行加法计费操作。当SDBZ=1时，表示在06：00～23：00时段，其单价SD1为1.4元/㎞；当SDBZ=0时，表示其他时段，其单价SD2为1.8元/㎞。如果LCBZ=1，说明行驶距离超过2㎞，里程计费启动；如果LCBZ=0，说明没超过2㎞，按起价计费。
等待计时模块DDJS：在等待标志信号DDBZ和基准时钟信号CLK1HZ的控制下，进行等待时间DDSJ的计算，其中DDSJ的低8位表示等待时间的秒数，DDSJ的高8位表示等待时间的分钟数，同时根据等待时间的长短发出一个熄灯标志信号XDBZ。当等待时间小于等于1小时，XDBZ=0，等待时间显示灯亮；当等待时间大于1小时，XDBZ=1，等待时间显示不亮。该模块的VHDL程序是通过一个多层嵌套的加法进程来完成等待计时的。
等待计费模块DDJF：在等待标志信号DDBZ和熄灯标志信号XDBZ控制下，进行等待费用DDFY的计费操作。该模块的VHDL程序包括两个进程：60S周期性跳变信号产生进程，等待费用计算进程。等待费用计算的条件是在DDBZ=1并且在60S周期性跳变信号T60S的上升沿，根据XDBZ分别进行加法计费操作。当DDBZ=1且XDBZ=0时，按1元/5分钟，即20分/分钟计费；当DDBZ=0且XDBZ=1时，按20元/小时，即33分/分钟计费。
输出数据选择模块SCXZ：根据单片机发出的数据传输选择控制信号SEL，选择有关计算处理结果传输给单片机。
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第3章 硬件及软件实现
3.1 传感器
传感器通常是指能感受并能按一定规律将所感受的被测非电量(包括物理量、化学量、生物量等)转换成便于处理与传输的电量(一般为电量,也有少数为其他物理量,如光信号)的器件或装置。
光电传感器是把光信号转换为电信号的传感器，光电传感器的种类极多。它们共同的特点是响应速度快，易于实现非接触测量，非常适于与计算机接口。 3.1.1 光电传感器电路设计
光电传感器工作时，大致应用了三种效应：通过光子与物质的相互作用能直接得到电信号的量子效应；光被物质吸收变成热量后，利用热电转换得到电信号的热效应；光作为一种电磁波，直接与物质相互作用，从而感应出电信号的波动相互作用效应。
反射式光电传感器是用来检测黑白线条的，如图3.1.1(a)所示
由于黑白物体的反射系数不同，利用反射光可以使光敏三极管实现导通和断开，调节传感器与被测对象之间的距离，使光敏三极管只能接受到白色物体反射回来的光束。而黑色物体的反射系数小，所反射回来的光束很弱，光敏三极管无法接受到反射光。 从而实现对黑白线条的检测。
还要在输出信号处加个控制电路,如图3.1.1(b)起隔离强信号和方波整形的作用.
(a)
(b)
图3.1.1 反射式光电传感器
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3.1.2车轮光电开关检测电路
由于要测出出租车的运行速度，每1千米产生1000个脉冲信号并计算出单位时间里的脉冲个数，转换成车轮所转的圈数，即产生脉冲数的多少。在该设计中采用在车轮的转盘上安装一个3条黑白线均匀的圆盘，再用光电开关来检测，如下图4.1.2所示，当出租车运动时，车轮转动，光电传感器利用接收黑白电平时输出的高低电平，当光电传感器检测到黑色条纹时，输出高电平给单片机，相反当检测到白色条纹时输出低电平，从而把连续输出高低电平转化为脉冲数，也就把电机转动时带动有黑白线的圆盘黑白条数转换成脉冲数，从而测试出出租车运行速度。
+5R1+5光电传感器1KU1R211KIOB2 or IOB3Te74HC14Optoisolator1 图3.1.2 光电检测电路
用一张贴有黑色胶带的白纸,让光电传感器离纸不到5cm的平面上与胶带垂直经过,看计数是否与所经过的的胶带数目相等,若多次测试都是吻合的,则此光电传感器良好.
3.2 单片机
单片机既是一个微型的计算机，它具有组成计算机系统的三个要素：CPU、内存与I/O。 CPU：运算或逻辑上的判断； 内存：存放程序与数据； I/O：与外界沟通的桥梁。
Memory 内存 CPU中央处理器I/O 输入/出设备 图3.2.1 单片机简图
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3.2.1 8051 单片机功能方块图
EA EXTRNAL INTERRUPTS INT1 INT0 EXTRNAL INTERRUPTTIMER0 定时/计数ETC ON-CHIP PROGRAM MEMORY 4K/（8K） ON-CHIP RAM 128/（256） Bytes （TIMER2） TIMER1 COUNTER INPUTS INTERRUPT CONTROL 中断TIMER1 （TIMEROM RAM CPU 8051 CORE 指令分析 控制总线 并行接口 串行接口 OSC 振荡与时序 BUS CONTROL 4 I/O PROT SERIAL PORT WRRD PSENALE P0 P2 P1 P3 TXD RXD 图3.2.2 8051 单片机功能方块图 振荡及时序单元（OSC）：
8051内部有晶体振荡电路，只要在外部加上石英振荡晶体，即可产生频率非常稳定的振荡信号，这个振荡信号正是8051的心脏，所有8051的时钟序列都以此振荡信号为基准。 内部数据存储器（Data Memory）：
当程序在运行时，有些数据是经常在变动的，例如LED的显示状态或显示值等，它会因I/O测量的结果而变动，这些值就暂时放置在此区域中，供其他程序进一步读取，这也代表此区域是可以随时读写的。8051系列的CPU提供128个字节可读写的数据存储单元，52系列的CPU则提供256个字节的数据存储单元，这个数据区域中有一段区域16个字节共128位是可以进行位寻址的，MCS—51系列的CPU有相当强的位处理指令，可以妥善且有效地运用该数据存储器，使用方法将在8051的指令说明中再详述。 内部程序存储器（Program memory）：
这段区域用于存放我们的应用程序，而且这部分一经确认后是永远不做修改的。8051系列的CPU提供内部4096个字节（4KB）的程序存储器，8052系列的CPU则提供2倍即8192个字节（8KB）的程序存储器，而8031和8032则不含此单元。此单元可以使CPU选择由内部的程序区启动或由外部的程序区启动，内部的程序区启动具有保护功能，后者成本较为低廉。在8051系统中特地将程序区和数据区分隔开，两者最大的差异是后者可以读取和写入，简而言之，PROGRA MMEMORY就是 ROM，DATA MEMORY则是
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