VHDL语言的EDA出租车计价器数电课程设计.doc

数电课程设计报告设计课题：出租车计价器姓名： 班级： 学号：指导老师 0引言随着我国市场经济的发展，交通也越来越便利，特别是计程车，以快捷、方便的特点早已盛行各个城市，成为城市交通的重要工具。计程车市场从90年代初的起步阶段到现在已经进入了高峰期。随着城市化水平的提高和人民生活水平的改善，计程车的服务也就显得越来越重要。因此计程车计价器也就应运而生了。本设计就是针对目前计程车计价器的问题设计的一种基于可编程逻辑器件FPGA的ASIC，并用超高速硬件描述语言VHDL编程实现的可同时显示金额、乘车时间、乘车总路程的“多功能”计价器。有较好的实用价值和较高的可行性。一、整体方案设计实现计程车的计价器功能。一方面实现基本功能时，包括在行程中满足2公里以内计起步价6 元，以后在车行2公里后且10公里以内再按1.8元/公里，10公里以后按2.2元/公里计费；处于等待的状态下满足5 分钟以内不计价，以后以2元/分计费。另一方面多功能的实现，计价器可以显示总费用，总行程数和总乘车时间等等。实现模拟功能：能模拟汽车启动、停止等状态。设计的主要技术指标如下： 1、计价范围： 0999.0元 计价分辨率： 0.1元。 2、计程范围： 099公里 计价分辨率： 1公里。 3、计时范围： 59分59秒 计时分辨率： 1秒（ AN:=X0001; WHEN 1 = AN:=X0002; WHEN 2 = AN:=X0004; WHEN 3 = AN:=X0008; WHEN 4 = AN:=X0016; WHEN 5 = AN:=X0032; WHEN 6 = AN:=X0064; WHEN 7 = AN:=X0128; WHEN 8 = AN:=X0256; WHEN 9 = AN:=X0512; WHEN 10 = AN:=X1024; WHEN 11 = AN:=X2048; WHEN 12 = AN:=X4096; WHEN 13 = AN:=X8192; WHEN OTHERS = AN:=X0000; END CASE; IF (0 & S(3 downto 0) + (0 & AN(3 DOWNTO 0)01001 THEN S(3 DOWNTO 0):=S(3 DOWNTO 0)+AN(3 DOWNTO 0)+0110; S(15 DOWNTO 4):=S(15 DOWNTO 4)+X001; ELSE S(3 DOWNTO 0):=S(3 DOWNTO 0)+AN(3 DOWNTO 0); END IF; IF (0 & S(7 DOWNTO 4) + (0 & AN(7 DOWNTO 4)01001 THEN S(7 DOWNTO 4):=S(7 DOWNTO 4)+AN(7 DOWNTO 4)+0110; S(15 DOWNTO 8):=S(15 DOWNTO 8)+X01; ELSE S(7 DOWNTO 4):=S(7 DOWNTO 4)+AN(7 DOWNTO 4); END IF; IF (0 & S(11 DOWNTO 8) + (0 & AN(11 DOWNTO 8)01001 THEN S(11 DOWNTO 8):=S(11 DOWNTO 8)+AN(11 DOWNTO 8)+0110; S(15 DOWNTO 12):=S(15 DOWNTO 12)+X1; ELSE S(11 DOWNTO 8):=S(11 DOWNTO 8)+AN(11 DOWNTO 8); END IF; S(15 DOWNTO 12):=S(15 DOWNTO 12)+AN(15 DOWNTO 12); END IF; END LOOP; RETURN S; END FUNCTION; -将16位二进制价格转换到BCD码BEGIN-10个脉冲记为0.1KM的实现PROCESS(CP1,RR) -CP1,RR INPUT SIGNALBEGINIF RR=1 THENCT=X0000;ELSIF CP1=1 AND CP1EVENT THEN IF CT=0000000000001001 THEN CT=X0000; CP3=1; ELSE CP3=0; CT=CT+0000000000000001; END IF;END IF;END PROCESS;-10个脉冲记为0.1KM的实现-10个0。1KM脉冲记为1KM的实现PROCESS(CP3,RR)BEGINIF RR=1 THENT=X0000;ELSIF CP3=1 AND CP3EVENT THEN IF T=0000000000001001 THEN T=X0000; CP=1; ELSE CP=0; T=T+0000000000000001; END IF;END IF;END PROCESS;-10个0。1KM脉冲记为1KM的实现完-将时间脉冲分频 PROCESS(CP2,RR) BEGIN IF RR=1 THEN COUNTER_REG=00000001101111111111111111111111;-X989680; -仿真时设为2 COUNTER = X00000000; CLK=COUNTER_REG THEN COUNTER=X00000000; CLK=NOT CLK; ELSE COUNTER=COUNTER+1; END IF; END IF;END IF;END PROCESS;-时间脉冲分频完-时间计数的实现PROCESS(CLK,RR)VARIABLE TIMESOUT_I:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINIF RR=1 THEN TIMESOUT=X0000; TIMESOUT_I:=X0000;ELSIF CLK=1 AND CLKEVENT THEN IF TIMESOUT_I(15 DOWNTO 0)=1001100110011001 THEN -16位二进制数转BCD码 TIMESOUT_I:=X0000; ELSE IF TIMESOUT_I(11 DOWNTO 0)=100101011001 THEN TIMESOUT_I(11 DOWNTO 0):=000000000000; TIMESOUT_I:=TIMESOUT_I+0001000000000000; ELSE IF TIMESOUT_I(7 DOWNTO 0)=01011001 THEN TIMESOUT_I(7 DOWNTO 0):=00000000; TIMESOUT_I:=TIMESOUT_I+0000000100000000; ELSE IF TIMESOUT_I(3 DOWNTO 0)=1001 THEN TIMESOUT_I(3 DOWNTO 0):=0000; TIMESOUT_I:=TIMESOUT_I+0000000000010000; ELSE TIMESOUT_I:=TIMESOUT_I+0000000000000001; END IF; END IF; END IF; END IF; TIMESOUT=TIMESOUT_I;END IF; -16位二进制数转BCD码END PROCESS;-时间计数的实现完-里程计算部分PROCESS(CP3,RR)VARIABLE MILESOUT_I:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINIF RR=1 THENMILESOUT=X0000;MILESOUT_I:=X0000;ELSIF CP3=1 AND CP3EVENT THEN IF MILESOUT_I(15 DOWNTO 0)=1001100110011001 THEN -16位二进制数转BCD码 MILESOUT_I:=X0000; ELSE IF MILESOUT_I(11 DOWNTO 0)=100110011001 THEN MILESOUT_I(11 DOWNTO 0):=000000000000; MILESOUT_I:=MILESOUT+0001000000000000; ELSE IF MILESOUT_I(7 DOWNTO 0)=10011001 THEN MILESOUT_I(7 DOWNTO 0):=00000000; MILESOUT_I:=MILESOUT_I+0000000100000000; ELSE IF MILESOUT_I(3 DOWNTO 0)=1001 THEN MILESOUT_I(3 DOWNTO 0):=0000; MILESOUT_I:=MILESOUT_I+0000000000010000; ELSE MILESOUT_I:=MILESOUT_I+0000000000000001; END IF; END IF; END IF; END IF; -16位二进制数转BCD码MILESOUT=MILESOUT_I;END IF;END PROCESS;-里程计算部分完-行车计费部分PROCESS(MILESOUT,RR)BEGINIF RR=1 THENCASHL=X0000;ELSIF MILESOUT 0000000000100000 THEN CASHL=0000000000111100;ELSE CASHL=0000000000111100;END IF;END PROCESS;PROCESS(MILESOUT,CP,RR)BEGINIF RR=1 THENCASHH=X0000;ELSIF CP=1 AND CPEVENT THEN IF MILESOUT 0000000000100000 THEN CASHH=X0000; ELSIF MILESOUT 0000000100000000 THEN CASHH=CASHH+0000000000010010;-行程=10公里,1.8元/公里 ELSE CASHH10公里,2.2元/公里 END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CASHH,CASHL,RR)BEGINIF RR=1 THENCASHMILE=X0000;ELSECASHMILE=CASHH+CASHL;END IF;END PROCESS;-行车计费部分完-停车计费部分PROCESS(MILESOUT,CLK,RR)BEGINIF RR=1 THEN COST=X0000;CV=X00;CASHTIME=X0000;ELSIF CLK=1 AND CLK EVENT THEN IF COST/=MILESOUT THEN CV=00000000; ELSIF CV=00000101 THEN CASHTIME=CASHTIME+0000000000000010;-停车超过5分钟,每等一分钟2元 ELSE CV=CV+00000001; END IF; COST=MILESOUT;END IF;END PROCESS;-停车计费部分完-计价部分PROCESS(CASHTIME,CASHMILE,RR)VARIABLE CASHOUT_I:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0);BEGINIF RR=1 THENCASHOUT_I:=X0000;ELSE CASHOUT_I:=CONVERT(CASHTIME+CASHMILE);END IF; CASHOUT=CASHOUT_I;END PROCESS;-计价部分完-输出部分PROCESS(MILESOUT,CASHOUT,TIMESOUT)BEGINMILES=MILESOUT;CASH=CASHOUT;TIMES=TIMESOUT;END PROCESS;-输出部分完END JFQLL;2、各模块的LCD显示模块。LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity JFQLCD is port (CPIN,R,BUSY :IN STD_LOGIC; TMH,TML,MILEH,MILEL,CASHH,CASHL :IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); CLK,RST,STROBE,OUTLINE : OUT STD_LOGIC; DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); ADDR : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) );end JFQLCD;architecture JFQ of JFQLCD is TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL S: STATES; SIGNAL LCDPT : INTEGER RANGE 0 TO 23; SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 65535; SIGNAL CP: STD_LOGIC;beginPROCESS(CPIN,R)BEGINCLK=CPIN;IF R=1 THEN CPCT=65535;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=65535;CP=NOT CP; ELSE CPCT=CPCT-1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CP,R)BEGINIF R=1 THEN S=S0;LCDPT=0;RST S=S1;LCDPT=0;RST RST=0;STROBE=0; IF BUSY=0 THEN LCDPT=LCDPT+1; IF LCDPT=10 THEN S=S3; ELSE S S=S1;STROBE STROBE=0; IF BUSY=0 THEN IF LCDPT=23 THEN LCDPT=10; ELSE LCDPT=LCDPT+1; END IF; S STROBE=1;S NULL; END CASE;END IF; END PROCESS; PROCESS(LCDPT,TMH,TML,CASHH,CASHL,MILEH,MILEL)BEGINCASE LCDPT ISWHEN 0 = NULL;WHEN 1= DATA=00111010;ADDR=0011;OUTLINE DATA=00101110;ADDR=1011;OUTLINE DATA=01001011;ADDR=1101;OUTLINE DATA=01101101;ADDR=1110;OUTLINE DATA=01000011;ADDR=0010;OUTLINE DATA=01000001;ADDR=0011;OUTLINE DATA=01010011;ADDR=0100;OUTLINE DATA=01001000;ADDR=0101;OUTLINE DATA=00111010;ADDR=0110;OUTLINE DATA=00101110;ADDR=1011;OUTLINEDATA=0011&TMH(7 DOWNTO 4);ADDR=0001;OUTLINEDATA=0011&TMH(3 DOWNTO 0);ADDR=0010;OUTLINEDATA=0011&TML(7 DOWNTO 4);ADDR=0100;OUTLINEDATA=0011&TML(3 DOWNTO 0);ADDR=0101;OUTLINEDATA=0011&MILEH(7 DOWNTO 4);ADDR=1000;OUTLINEDATA=0011&MILEH(3 DOWNTO 0);ADDR=1001;OUTLINEDATA=0011&MILEL(7 DOWNTO 4);ADDR=1010;OUTLINEDATA=0011&MILEL(3 DOWNTO 0);ADDR=1100;OUTLINEDATA=00100000;ADDR=0111;OUTLINEDATA=0011&CASHH(7 DOWNTO 4);ADDR=1000;OUTLINEDATA=0011&CASHH(3 DOWNTO 0);ADDR=1001;OUTLINEDATA=0011&CASHL(7 DOWNTO 4);ADDR=1010;OUTLINEDATA=0011&CASHL(3 DOWNTO 0);ADDR=1100;OUTLINE NULL;END CASE;END PROCESS;END JFQ;四、设计电路的仿真波形图1 总模块仿真波形 2 计时模块仿真波形3 计程模块仿真波形4 计价模块仿真波形出租车计价器总模块图五、课程设计中遇到的问题整个设计在下载过程中没能实现等待过程中，5分钟以后按2元/分钟收取这一功能，实际情况是一等待就出现每秒钟计费器就增加2角，分析原因是在程序设计过程中的计价循环设置没有设置好。六、实习心得与体会经过两星期的课程设计，通过不懈努力，成功地设计出了出租车计价器。回首这两周，虽然因为初次涉及EDA技术及VHDL语言，对相关知识知之甚少，我们也遇到了很多困难，但是我们在这次实习的过程中都受益匪浅。 在这次课程设计的前期，我们先系统地学习了电子设计这门课程，VHDL描述语言和设计应用方面的基础知识，使得后期能够较熟练地使用Altium.Designer.v6.6软件进行设计开发，用原理图输入及VHDL语言等设计输入并编译仿真，同时我们对以往学过的理论知识有了更加透彻的理解。我们选择的课题为出租车计价器，根据电路的特点，我们采用层次化结构化设计，将此项设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口，然后再将各模块合起来调试。我们选择分工合作，每个人负责一个模块的设计及调试，最后再联结起来调试。这不仅加深了我们对层次化设计的概念的认识，同时培养了我们团队合作的精神。在设计的过程中，遇到问题我们先独立思考，查找资料。到自己不能解决的时候就和其他组研究讨论，向指导老师请教。这样既提高了我们独立发现问题、分析问题、解决问题的能力，又很好地培养了交流合作的精神。在设计过程中，由于我们对于VHDL语言的了解不多，在变量的定义，以及过程（process）的定义与应用等方面遇到了很大的阻力，也让我们吃了不少的苦头，但是通过不懈努力，最终还是克服了重重难关。虽然在程序的编写方面还不是很完善，我们还是设计出了我们需要的模块。在这次设计中，应该说从功能的实现到流程图的绘制，从程序的编写到程序的检查，从程序的调试到实验报告的写作，其间每一个过程都凝聚着大家的辛苦和汗水。此次实习前我们对于数字电子技术这门课程的学习仅是纸上谈兵，在头脑中抽象地记忆、理解那些课本上的理论知识，有些理论知识晦涩难懂，甚至要靠自己死记硬背。而这次的实习就提供机会让我们在实践中灵活运用知识。我们通过在实践中发现问题，进而去书本中找相关的知识去解决问题，从而巩固了理论知识，同时也增强了我们以后的学习兴趣，为以后的工作积累了一定的经验。经过这次实习，我们有了很深刻的体会。首先，要学好书本上的基本知识，掌握常用编程语句，这样在设计中才会游刃有余，得心应手。其次，在遇到困难时要勇于面对，其实只要有耐心，再加上试验中的细心操作，一切困难都将迎刃而解。八、参考文献1 蔡明生.电子设计.高等教育出版社2 黄正谨、徐坚、章小丽等. CPLD系统设计技术入门与应用M.北京：电子工业出版社，2002年（第一版）。3 潘松、黄继业. EDA技术实用教程M.北京：科学出版社，2002年（第一版）。4 赵俊超 集成电路设计VHDL教程 M 北京：北京希望电子出版社 2002年8月 （第一版）5 高书莉、罗朝霞. 可编程逻辑设计技术及应用M.北京：人民邮电出版社，2001年（第一版）。袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羁膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿节衿羈腿莄蚂袄芈蒇袇螀芇蕿蚀聿芆艿蒃肅芅蒁螈羁芄薃薁袆芃芃螆螂芃莅蕿肁节蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈蚂螂羂薁袈肀肁芀蚁羆肁莃袆袂肀薅虿袈聿蚇蒂膇肈莇螇肃肇葿薀罿肆薂螆袅肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿