eda课程设计vhdl语言的简易出租车计费器设计.doc

唐 山 学 院EDA技术课 程 设 计 题 目 简易出租车计费器设计 系 (部) 信息工程系 班 级 12电本 班 姓 名 学 号 指导教师 2015 年 7 月 6 日至 7 月 12 日 共 1 周2015年 7 月 8 日课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）设计成果（60分）硬件调试设计说明书总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导教师签名： 年 月 日目录1 引言12 计费器的设计22.1 设计内容22.2设计要求22.3 设计原理22.4 各模块的设计32.4.1 分频模块32.4.2 计程模块42.4.3 计费模块42.4.4 顶层模块53 仿真64 引脚的锁定75总结8参考文献9附录10课程设计说明书1 引言出租车计费器是出租车营运收费的智能化仪表，是使出租车市场规范化、标准化的重要设备。一种功能完备，简单易用，计量准确的出租车计价器是加强出租车行业管理，提高服务质量的必需品。在科技高度发展的今天，集成电路和计算机应用得到了高速发展。本设计就采用VHDL描述语言，设计出租车计价系统的软件结构，通过Quartus9.0软件下进行仿真，再在试验箱进行硬件仿真，实现了模拟的简易的出租车计费器。编写程序所用的VHDL语言全名为Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,诞生于1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言 。自IEEE-1076（简称87版)之后，各EDA公司相继推出自己的VHDL设计环境，或宣布自己的设计工具可以和VHDL接口。1993年，IEEE对VHDL进行了修订，从更高的抽象层次和系统描述能力上扩展VHDL的内容，公布了新版本的VHDL，即IEEE标准的1076-1993版本，简称93版。VHDL和Verilog作为IEEE的工业标准硬件描述语言，得到众多EDA公司支持，在电子工程领域，已成为事实上的通用硬件描述语言。对程序进行编译及仿真用到的的Quartus9.0软件是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware 支持Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus9.0可利用原理图、结构框图、VerilogHDL、AHDL和VHDL完成电路描述，并将其保存为设计实体文件；芯片平面布局连线编辑；完备的电路功能仿真与时序逻辑仿真工具；定时/时序分析与关键路径延时分析；可使用SignalTap II逻辑分析工具进行嵌入式的逻辑分析；自动定位编译错误；此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。2 计费器的设计2.1 设计内容（1）设计一个简易的出租车计费系统，实现计价功能，计费标准为按行程里程收费，起步价为6.00元，当里程小于3公里时，按照起价计费，车行超过3公里后在按1.2元/公里收费。（2）实现车辆行驶的模拟：能模拟汽车的启动，停止，暂停等状态。（3）计费器显示部分设计：用LED数码管实时显示车费和汽车行驶里程，用两位数字显示汽车行驶里程，显示方式为“XX”，单位为km。计程范围为099km，计程分辨率为1km；用四位数字显示总费用，显示方式为“XX.X”，单价为元。计价范围为099.9元，计价分辨率为0.1元。（4）此计费器要设有一个由司机控制的整体复位控制，设定车轮转一圈输出一个脉冲，100个脉冲对应1公里。2.2设计要求（1）根据任务要求确定电路各功能模块（2）写出设计程序（3）给出时序仿真结果 （4）实现硬件调试2.3 设计原理设计系统的输入信号：时钟脉冲clk，开始计费信号start，复位信号rst，暂停信号stop。输出信号：显示总费用cost0 cost3，显示计程km0和km1。设计两个脉冲cost_clk和mile_clk，其中cost_clk通过分频模块分成8个clk上升沿的脉冲，用来计费，mile_clk是96个clk上升沿的脉冲，用来计程。两个控制输入开关start、stop；控制过程为：start作为计费开始开关，当start为高电平时，stop为低电平时，系统开始根据输入的情况计费。当出租车开始行驶时，mile_clk脉冲到来，进行行驶计程；如果行驶路程小于3公里，则费用显示为起步价6.00元，如果行程大于3公里，则cost_clk开始工作，每来一脉冲则加在起步价上加0.1元。如需停车等待，就把stop变为高电平，恢复行驶时，把stop变为低电平，继续计程与计费。当按下rst键，计程与计费显示都清零。该设计有三个模块：分频模块、计程模块、计费模块。系统结构框图如图2-1所示：图2-12.4 各模块的设计2.4.1 分频模块为方便计费和计程，需要对clk脉冲进行分频。因为计费是1.2元每公里，所以0.1元约为83.3米，设计要求一个脉冲是10米，所以把cost_clk分频成每8个clk上升沿对应一个cost_clk上升沿；mile_clk分频成每96个clk上升沿对应一个mile_clk上升沿。系统模块图2-2如下：图2-22.4.2 计程模块计程模块的功能是计算并输出出租车行驶公里数，及输出使能信号en来表示是否大于三公里。当计费信号start为高电平且复位信号rst为低电平时，mile_clk每来一个上升沿，计程器低位k0就加1，当k0满9时，进位，高位k1加1，k0清零，k1满9清零，因此计程器的计程范围是099km，满量程后自动归零。当行驶里程大于3km时，使能信号en变为高电平，小于3km时en为低电平。stop为暂停信号，当stop为高电平时，计量模块停止计数并显示当前里程数。系统模块图2-3如下：图2-32.4.3 计费模块计费模块的功能是根据前两个模块的输出，根据公里数是否大于3公里，分别计费。定义c2、c1、c0分别表示费用的十元、元、角的输出。当en为低电平即行程在3公里以内时，c2c1c0显示为0000 0110 0000，代表起步价6.0元；当en为高电平即行程超过3公里时，超过的里程按1.2元每公里计费，每来一个cost_clk上升沿，c2c1c0在6.0元的基础上以0.1元为基数进行累加。当暂停信号stop为高电平时，c2c1c0停止计费，并显示当前费用。最后把c2c1c0信号给cost2cost0，送至数码管译码显示。系统模块图2-4如下：图2-42.4.4 顶层模块将以上三个模块按设计要求组合在一起，连接各个原件的输入和输出，得到顶层模块。系统模块图2-5如下。图2-53 仿真程序编译成功后，进行仿真仿真结果如图3-1图3-1当clk脉冲信号到来后，开始里程计数和行驶计费。当行驶里程小于3公里时，按起步价6.0元收费；当行驶里程超过3公里，则超出里程按每千米1.2元计费。当stop为高电平时，里程计数和计费均停止，显示当前的里程数和最后的总费用。当rst为高电平时所有数值清零。4 引脚的锁定km1、km0和cost2、cost1、cost0为输出，分别表示行驶里程数和最后的总费用，用实验箱上的静态数码管显示。clk为1Hz的脉冲信号，start、rst，stop分别表示开始计费，复位和暂停计费。具体引脚锁定如图4-1：图4-15总结经过这次课设，我们学到的不仅是知识，更多的是团队和合作。它不仅仅让我们综合那些理论知识运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥的巨大潜能。我们再次熟悉和增强了对VHDL语言的基本知识，熟悉利用VHDL语言对 常用的的组合逻辑电路和时序逻辑电路编程，把编程和实际结合起来。VHDL硬件描述语言打破了硬件和软件设计人员之间互不干涉的界限，可以使用语言的形式来进行数字系统的硬件结构、行为的描述，直接设计数字电路硬件系统。通过编程、下载后，该芯片已经具备了原来需要使用复杂的数字电路实现的功能；更加了解和加深了对编制和调试程序的技巧，进一步提高了上机动手能力，培养了使用设计综合电路的能力，养成了提供文档资料的习惯和规范编程的思想。在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在设计课程过程中遇到问题是很正常的，但应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。这次的课设，让我们把课本上所学到的知识，应用到实践中，使我们更加熟练的掌握了这些知识,对于以后的学习有很大的帮助。参考文献1阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社，20052VoleiA.Pedroni，VHDL数字电路设计教程，电子工业出版社，20103潘松，黄继业，EDA技术实用教程，科学出版社，2010.64刘江海，EDA技术课程设计，华中科技大学出版社，2009.55毕满清，电子技术实验与课程设计，机械工业出版社，20096焦素敏.EDA应用技术.清华大学出版社，2002.4 附录library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity che isport(clk:in std_logic; start:in std_logic; rst:in std_logic; stop:in std_logic; cost0,cost2:out std_logic_vector(3 downto 0); cost1:out std_logic_vector(7 downto 0); km0,km1:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture bhv of che issignal mile_clk,cost_clk:std_logic;signal c0,c1,c2:std_logic_vector(3 downto 0);signal k0,k1:std_logic_vector(3 downto 0);signal en0:std_logic;signal count1:integer range 0 to 8;beginU1:process( rst,clk,start) begin if rst=1 then mile_clk=0; elsif start=0then mile_clk=0; elsif stop=1 then count1=count1; elsif clkevent and clk=1 then count1=count1+1; if count1=8 then count1=0;mile_clk=1; else mile_clk=0; end if;end if; end process;U2:process(rst,start,mile_clk) variable k :integer range 0 to 12; begin if rst=1 then k0=0000; k1=0000; elsif start=0 then en000000011 then en0=1; end if; if k=12 then k:=0; k0=k0+1; if k0=1001 then k0=0000; k1=k1+1; if k1=1001 then k1=0000; end if; end if; end if; end if; km0=k0; km1=k1; end process;cost_clk= mile_clk when en0=1else 0;U3:process( rst,start,cost_clk,en0) begin if rst=1 then c0=0000;c1=0000; c2=0000; elsif start=1and en0=0then c0=0000;c1=01