1 出租车计价器的设计概论
1.1 概述
计费器是以传感器为纽带，对输入信号进行分析处理，最后通过显示器显示出来。计费器出现于上世纪的六十年代，真正应用于我国出租车市场则是八十年代初期，对于我国来说，当时也是交通业发展的一个初期，而计费器的出现无疑是给出租车行业的发展起到了无可替代的推动作用，毫不夸张的说，计费器是出租车发展的一个最大动力。现在基本上全国所有的出租车都装备了计费器，据调查现在的出租车计费器大多采用一单片机为核心的计费系统，这种系统不仅价格实惠，而且制作方面也相对简单，但是它也有很多不足之处；而本次设计的一EDA技术为核心出租车计费器设计，它相对来说根据有优势，所以以后的出租车计费器的发展必定有EDA的一席之地，现在的行业发展也正说明了这一点，设计者们正在不断寻找一种能克服以单片机为主导的计费器的弊端的新的出租车计费器，而EDA现在已经成为设计者们设计的首选。出租车计费器开始向数字可编程器件的方向发展。
传统的出租车计费器的不足点：
1. 产品升级时间相对较长：传统的计费器所采用的是微处理控制器，它的很多功能都是要借助单片机来实现。但单片机的程序并不能被很多芯片所接受，每种芯片的程序指令都不相同，因此对于设计者们来说开发较困难，时间也就相对拉得过长。
2. 计费方式不够灵活：当使用者每次要更改计费方式的时候都要重新烧录程序到芯片中去，这样就导致计费系统不够稳定，很难适应出租车行业的发展。 现在的基于EDA的出租车计费器的优点： 1. 采用自顶向下的设计方法 2. 采用系统早期仿真 3. 多种设计描述方法 4. 高度集成化的EDA开发系统 5. PLD在线系统编程能力
6. 可实现单片系统集成，减少产品体积，重量，综合成本 7. 提高产品可靠性
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8. 提高产品的保密程度和竞争能力 9. 降低电子产品的功耗 10. 提高电子产品的工作速度
这次设计我们所采纳的就是以EDA技术为基础的的出租车计费器设计，它主要由Altera公司的Cyclone型系列芯片EP1C6Q240C8及一些外部控制电路所构成。我们使用的软件是VHDL硬件描述语言实现的出租车计价器的所有功能，使收费标准更加灵活。使用Quartus 2软件对其进行仿真调试，来模拟出租车计费器的计费方式。EDA在电子设计领域中价格低廉，有良好的发展趋势，它的出现必定会占领大部分数字器件市场。
1.2 出租车计费器的发展及研究现状
伴随着改革开放成果的大丰收，出租车行业也迎来了它的春天。在这短短的三十年间，出租车行业由一个小产业逐步发展成为了今天交通业无可替代中流砥柱，而促进这一发展的正是计费器广泛的应用于出租车上，它不仅解决了顾客与司机之间的利益纠纷问题，而且还大大促进了电子行业的发展。从第一代的机械化计费器到第二代的半机械化半电子化计费器，最后到现在的第三代电子化的计费器，计费器不断地发展与完善，功能也越来越多，除了计费功能，计程功能外，还加入了诸如时钟功能，显示功能，储存功能等等。
出租车计费器是衡量利益的标尺，是乘客与驾驶员两者之间交易的准则，它的出现标志着出租车行业的发展已经进入深水区。因次一个具有良好的性能的计费器将会更受使用者的青睐，所以，对出租车计费器的研究也将是设计者们不可忽略的一个重要课题。
现在对于我国来说正是电子行业发展的一个黄金时期，随着电子产品的不断应用于人们的生活中，越来越多的人投身于电子产品的研究中来，传统的计费器已经不能满足消费者的需要，所以要想取得突破，就必须寻找新的更全面的替代物，而数字可编程器件的出现，为出租车计费器的研究迎来了一个新的曙光，基于EDA技术的出租车计费器设计正是这一实践的例子，EDA技术正以它独特的魅力吸引着设计者们的眼球，EDA在电子设计领域中价格低廉，有良好的发展趋势，它的出现必定会占领大部分数字器件市场，也必将主导未来的出租车市场。
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2 出租车计费器的设计说明
2.1 设计背景
在我国随着经济的不断发展，人们对衣、食、住、行的质量也越来越高，其中在出行方面尤为突出，从以前的马车，到后面的脚踏车，最后到现在的出租车，无不说明人们对出行方便，快捷的追求。而在交易的过程中，公平已经成为了出租车行业发展的主导，以前的按机械式的方法计费，到后来出现的半机械半电子计费器，发展到现在的电子计费器，计费的精度越来越高，计费的方式越来越简易，但是其中还是存在着很多的不足。基于以上所喘述的内容，本次所设计的出租车计费器将为解决这些问题提供一个参考的依据。
2.2 设计内容
计费器无疑就是记录费用并显示费用的一个器件，它与出租车行驶的路程，行驶期间的价格有关。出租车计费器通过与车子轮胎上的传感器相连接，传感器通过对轮胎所转的圈数进行一个相应脉冲的输出，而计费器就会对着先脉冲进行处理，最终转换为费用，并显示出来。针对这一点我们来利用EDA技术，来设计一款符合我们要求的出租车计费器，具有计费显示、计程显示等相关功能。设计要求如下：
这次设计我们所采用的是以EDA技术为核心，其他为辅助来实现计费器的计费功能，以衡阳为例，出租车起步价为5元，当出租车行驶距离在3km以内时，只收取起步价5元，超过3km,则以后每公里收取2.5元，当总费用达到40元时，以后每公里收取3元，期间，乘客要求停车等待的时间超过一定时长时，按特定标准收取等待费用，可以动态显示显示里程与费用。
2.3 设计方法
在电子设计中，我们通常有两种设计方法来对电子产品进行设计，分别是自底向下和自顶向上；自底向下即是首先确定系统的最基础，最底层的模块，然后根据系统的要求设计出其他顶层的模块及结构，最终组合在一起，是他们满足高层系统的要求，这种方法在传统电子设计中应用的非常广泛。而在这个电子行业
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尤其是EDA高度发展的今天，自底向下的方法已经不能满足设计者的要求，因此，自顶向下的设计方法逐步应用于EDA技术设计中，自顶向下的设计方法的最显著的特点在于它是集中解决系统最基本，最底层的硬件的可获得性，它更加注重细节方面的问题的解决；自顶向下的设计方法使系统被分解为各个模块之后，可以对设计的每个独立模块进行测试，最后将不同的模块集成为最终的系统模型，比对其进行综合测试与评价。
2.4 设计方案的比较
在出租车计费器的设计中，存在着多种方案的选择，而其中最为突出的方案有两种，也是用的最多的方案，方案一是以单片机为基础的出租车计费器设计，方案二是以EDA技术为基础的出租车计费器设计。
方案一：在设计中，采用以单片机为中心，多种外围电路为辅助，用C语言编写功能程序，最后通过软件的仿真调试，将符合要求的程序代码下载至硬件电路中，来实现计费器所需要的功能。这种设计所带来的优点是开发与制作成本较低，在使用中也相对符合我们的使用习惯，但是有此种方法设计的出租车计费器系统不够稳定，不易实现复杂的功能设计，外围电路较多，而且消费者每次要更改计费标准时，都要重新烧写程序至单片机中，这样的话，对使用者来说就显得相当麻烦。
方案二：以EDA技术为核心，将其他的各种模块都集中在一起，采用VHAL语言来编写程序设计，最终也是通过软件的仿真调试，将程序下载至硬件电路中，从而实现计费器的功能。这种设计方法的优点在于它的智能性与自动性，外围电路较少，因此对计费器的功能扩展很有利，不像单片机所采用的软件实现功能，它是采用硬件逻辑电路实现的，所以，系统稳定性有了大大的提高，但是他也有它的不足之处，就是花费成本相对过高。
以上两种方案都能对计费器实现计程，计费，显示等功能，都有其优缺点，但经过综合考虑决定，本次设计所采用的是方案二。
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3 出租车计费器的总体设计
3.1 系统总体设计要求
本设计是利用VHDL语言来设计一个出租车计费器的计费系统，具体要求如下：
（1）行程三公里之内，起步价5元； （2）三公里之外，每公里2.5元；
（3）当总费用达到40元时，以后每公里按3元收费； （4）能显示行驶公里数，计费器费用；
注：出租车在等待红绿灯时不计费，当乘客要求停车等待时则按每200s收取0.7元，计入总费用。
收费的范围是0-999.9元，费用显示分辨率是0.1元，行驶的路程范围是0—999.9公里，路程显示分辨率是0.1公里。
3.2 设计思路
本设计是利用对时钟的分频来模拟出租车行驶的速度，当时钟频率越高时车速也就越快，再根据时钟来进行计程和计费，最终，在数码管上显示出总行驶路程和总费用。
出租车计费器的内部结构框图如下所示：
图1 出租车计费器的结构框图
1.速度模块，接入车速表来进行工作，这里用于模拟车速度。
2.计时模块，接入车速表实现计时，当车速为零时，开始计时，当计时超过一定
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