DOC《课程设计》

课程设计 学生姓名:专业班级: 指导教师:工作单位: 题目:出租车计价器的设计 初始条件: 本设计利用QuartusⅡ软件编写VHDL代码,运用EDA实验箱上的FPGA、数码管、LED灯、拨码开关、3/8译码器、系统20MHz时钟等硬件资源,实现简易的出租车计价器的相关功能.

要求完成的主要任务: (包括课程设计工作量及技术要求,以及说明书撰写等具体要求)

1、课程设计工作量:2周.

2、技术要求: ① 设计一个出租车计价器.要求显示行驶里程、停车时间和计费值. ②出租车的起步价为3元,当里程行驶到1km后,费用为4元;

当里程行驶到1.5km后,费用为5元;

,当里程行驶到2km后,费用为6元;

当里程行驶到2.5km后,费用为7元;

当里程行驶到3km后,费用为8元;

此后每公里计费为0.7元.当计费达到20元后,每公里加收50%的车费.停车每达3分钟,增加0.7元.

3、查阅至少5篇参考文献.按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书.全文用A4纸打印,图纸应符合绘图规范. 时间安排:

2011 年1月10 日集中,作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明.

2011 年1月11 日,查阅相关资料,学习电路的工作原理.

2011 年1月12 日至2011 年1月16 日,方案选择和程序设计设计.

2011 年1月17 日至2011 年1月20 日,电路调试和设计说明书撰写.

2011 年1月21 日上交课程设计成果及报告,同时进行答辩. 课设答疑地点:鉴主13楼电子科学与技术实验室. 指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日摘要本文介绍了一种采用单片FPGA芯片进行出租车计费器的设计方法,主要阐述如何使用新兴的EDA器件取代传统的电子设计方法,利用FPGA的可编程性,简洁而又多变的设计方法,缩短了研发周期,同时使出租车计费器体积更小功能更强大.本设计实现了出租车计费器所需的一些基本功能,计费包括起步价、行车里程计费、等待时间计费,同时考虑到出租车行业的一些特殊性,更注重了把一些新的思路加入到设计中.主要包括采用了FPGA芯片,使用VHDL语言进行编程,使其具有了更强的移植性,更加利于产品升级. 关键词:VHDL;

计费器;

QuartusⅡ;

FPGA Abstract This paper describes the use of a single chip FPGA for the design of accounting-fee machine, mainly on how to use the emerging EDA electronic devices designed to replace traditional methods, using the programmable FPGA, concise and changing the design Ways to shorten the development cycle, so that taxi accounting-fee machine in a smaller more powerful. The design and implementation of the taxi accounting-fee machine for some basic functions, including billing starting price, driving metered, the waiting time billing, taking into account the special nature of some of the taxi industry, to pay more attention to a number of new Ideas into the design. Mainly including the use of the FPGA chip, the use of VHDL programming, so as to make it a stronger transplanted, and more conducive to product upgrades. Key words: VHDL, accounting-fee machine , Quartus Ⅱ, FPGA 目录摘要2Abstract

3 目录41.绪论

5 2.设计内容及要求

6 2.1.设计的目的及主要任务

6 2.2.设计思想

6 3. 设计原理

7 3.1.设计原理及方法

7 3.2.单元模块设计

8 4. 代码仿真结果

10 4.1.有限次数脉冲发生模块仿真结果

10 4.2.计数器模块仿真结果

11 4.3.七段数码管模块仿真结果

11 4.4.分频器模块仿真结果

12 5. 硬件调试

13 6. 心得体会

14 7. 参考文献

15 8. 附录

16 8.1.程序源代码

16 8.2.综合网络图

30 绪论 人类社会已经进入信息化时代,信息社会的发展离不开电子产品的进步.现代电子产品在性能提高、复杂度降低的同时,价格却一直呈下降趋势,而且产品更新换代的步伐也越来越快,实现这种进步的主要原因就是生产制造技术和电子设计技术的发展.前者以微细加工技术为代表,目前已进展到深亚微米阶段,可以在几平方厘米的芯片上集成数万个晶体管;

后者的核心就是EDA技术[1].没有EDA技术的支持,想要完成超大规模集成电路的设计制造是不可想象的,反过来,生产制造技术的不断进步又必须对EDA技术提出新要求.EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照 自顶向下 的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(VHDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件[2]. 可编程逻辑器件自20世纪70年代以来,经历了PAL、GAL、CPLD、FPGA几个发展阶段,其中CPLD、FPGA属高密度可编程逻辑器件,目前集成度以高达200万门/片,它将掩膜ASIC集成度高的优点和可编程逻辑器件设计生产方便的特点结合在一起,特别适合于样品研制和小批量产品开发,使产品能以最快的速度上市,而当市场扩大时,它可以和容易地转由ASIC实现,因此开发风险也大为降低.CPLD/FPGA器件已成为现代高层次电子设计方法的实现载体[3]. VHDL是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为3种描述形式的混合描述,因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能,整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成[4].另外,VHDL还有以下优点:VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心,将设计人员的工作重心转移到了系统功能的实现和调试上,只需要花较少的精力用于物理实现;

VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计,灵活且方便,而且也便于设计结果的交流、保存和重用;

VHDL的设计不依赖于特定的器件,方便了工艺的转换.VHDL是一个标准语言,为众多的EDA场上支持,因此移植性好[5]. 设计内容及要求 设计的目的及主要任务 设计的目的 ①学会在QuartusⅡ环境中运用VHDL语言设计方法构建具有一定逻辑功能的模块,并能运用图形设计方法完成顶层原理图的设计. ②掌握出租车自动计费器的主要功能与在FPGA中的实现方法. 设计任务及主要技术指标 ① 设计一个出租车计价器.要求显示行驶里程、停车时间和计费值: 出租车的起步价为3元,当里程行驶到1km后,费用为4元;

当里程行驶到1.5km后,费用为5元;

,当里程行驶到2km后,费用为6元;

当里程行驶到2.5km后,费用为7元;

当里程行驶到3km后,费用为8元;

此后每公里计费为0.7元/0.5km.停车每到3分钟,增加0.7元. 通过开关读入停车信号,在停车时进行计时,显示格式为时分秒XX-XX-XX,每3分钟,计价0.7元;

按照轮胎转动1圈为1m计算,计算并显示行驶的里程结果(单位:Km),格式为: 000.0 .能显示乘车费用(单位:元),格式为: 000.0 . ② 运用QuartusⅡ软件中的仿真功能对所设计的出租车自动计费器的各个模块及顶层电路的功能进行仿真分析. ③ 将所设计的整个系统写入FPGA器件中,加上需要的外围电路在实验箱上实现整个系统的硬件搭建. 设计思想 本次设计首先在QuartusⅡ环境中对出租车自动计费器的各个部分利用VHDL这一硬件描述语言予以设计,生成模块.主要有:运算控制模块、分频器、显示模块这三大部分组成.由顶层模块协调控制完成设计任务. 设计原理 设计原理及方法 本设计包含运算控制模块、分频器、显示模块这三大部分. 图1 出租车自动计费器系统框图 运算控制器模块将其他两个进行连接,是本次设计的核心.它包含计程器、计时器、计价器,同时还有读取外部的拨码开关控制信号,提供当前显示信号与显示位选信号,从而周期性交替显示计价/计时信息、等时信息. 计程器在非停车状态完成计程功能并产生里程计价信号,计时器在停车状态完成计时功能并产生等时计价信号.计价器是设计的核心与难点,涉及到多种时钟信号,并有多种计费标准.拟使用有限次高速脉冲发生器向一组级联的十进制计数器提供不同........