VHDL实验报告出租车计费器的设计.docx
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VHDL实验报告出租车计费器的设计.docx
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VHDL实验报告出租车计费器的设计
电子科技大学成都学院学院
标准实验报 告
(实验)课程名称 数字电路EDA设计与应用
姓名 乱弹的枇杷
学号1240830
专业 电气工程及其自动化
指导教师 张
一、实验名称
出租车计费器的设计
二、实验目的
1、了解出租车计费器的工作原理。
2、学会用VHDL语言编写正确的七段码管显示程序。
3、数量掌握用VHDL编写复杂功能模块。
4、进一步数量状态积在系统设计中的应用。
1.图形设计方法
二、实验目的
三、实验原理
出租车计费器一般都是按公里计费,通常是起步价xx元(xx元可以行走x公里),然后再是 xx元/公里。
所以要完成一个出租车计费器,就要有两个计数单位,一个用来计公里,另外一个用来计费用。
通常在出租车的轮子上都有传感器,用来记录车轮转动的圈数,而车轮子的周长是固定的,所以知道了圈数自然也就知道了里程。
在这个实验中,就要模拟出租车计费器的工作过程,用直流电机模拟出租车轮子,通过传感器,可以得到电机每转一周输出一个脉冲波形。
结果的显示用 8个七段码管,前四个显示里程,后三个显示费用。
在设计VHDL程序时,首先在复位信号的作用下将所有用到的寄存器进行清零,然后开始设定到起步价记录状态,在此状态时,在起步价规定的里程里都一直显示起步价,直到路程超过起步价规定的里程时,系统转移到每公里计费状态,此时每增加一公里,计费器增加相应的费用。
为了便于显示,在编写过程中的数据用BCD码来显示,这样就不存在数据格式转换的问题。
比如表示一个三位数,那么就分别用四位二进制码来表示,当个位数字累加大于9时,将其清零,同时十位数字加1,依此类推。
四、 实验内容
本实验要完成的任务就是设计一个简单的出租车计费器,要求是起步价 3元,准行 1 公里,以后 1元/公里。
显示部分的七段码管扫描时钟选择时钟模块的 1KHz,电机模块的跳线选择GND端,这样通过旋钮电机模块的电位器,即可达到控制电机转速的目的。
另外用按键模块的S1来作为整个系统的复位按钮,每复位一次,计费器从头开始计费。
直流电机用来模拟出租车的车轮子,没转动一圈认为是行走1米,所以每旋转1000圈,认为车子前进1公里。
系统设计是需要检测电机的转动情况,每转一周,计米计数器增加 1。
七段码管显示要求为前4个显示里程,后3个显示费用。
实验中所用端口管脚分配关系如下:
端口名
使用模块信号
对应FPGA管脚
说明
CLK
数字信号源
C13
时钟为1KHZ
MOTOR
直流电机模块
AE9
44E 脉冲输出
RST
按键开关S1
P25
复位信号
DISPLAY0
数码管A段
F13
计价器费用显示
DISPLAY 1
数码管 B段
F14
DISPLAY2
数码管 C段
F15
DISPLAY3
数码管D段
E15
DISPLAY4
数码管E 段
F16
DISPLAY5
数码管F段
F17
DISPLAY6
数码管G段
E18
SEG-SEL0
位选 DEL0
G18
SEG-SEL1
位选DEL1
G17
SEG-SEL2
位选DEL2
G16
五、实验步骤
1、打开QUARTUSII软件,新建一个工程。
2、建完工程之后,再新建一个VHDLFile,打开VHDL编辑器对话框。
3、按照实验原理和自己的想法,在VHDL编辑窗口编写VHDL程序。
其程序如下所示:
4、编写完 VHDL程序后,保存起来。
5、对自己编写的 VHDL程序进行编译,对程序的错误进行修改。
曾出现的错误有:
但当我把位选端的OUT类型改为BUFFER类型后,再编译就没出现问题。
6、编译无误后,依照拨动开关、数码管与 FPGA 的管脚连接表进行管脚分配。
本次实验管脚分配如下图所示:
7、分配完成后,再进行一次全编译,以使管脚分配生效。
8、新建波形文件,对程序进行仿真。
在仿真过程中,为了使仿真长度达到实验中1KM以上,我将endtime设为1ms,将Rst设为高电平,将Clk设为0.1us。
而为了使Motor脉冲每次都能在八个数码管显示完成后达到,使里程加1M,故将Motor时的周期设为0.8us,占空比%1。
其仿真波形如下所示:
在上图中,可以看到当出租车开始启动,八个数码管的显示分别(000-030),当Motor脉冲到后,八个数码管的显示为(0001-030),即行程加了一米;再来一个米脉冲后显示为(0002-030)。
则起步价为3元,出租车路程未到1KM,始终显示基价3元,符合题意。
再如上图所示,最左边的八个数码管显示为(1224-032),接下来的八个数码显示管显示为(1225-032)。
则为出租车跑到1224和1225米时,显示价格为3.2元,均符合题意。
因软件原因,仿真也最多仿到里程为一千二百多米,但由前两图知仿真波形均符合题意。
9、用下载电缆通过 JTAG口将对应的sof 文件加载到FPGA中。
观察实验结果是否与自己的编程思想一致。
六、实验现象及结果
下载完毕后,在实验箱上的八个数码管,前四个显示里程,后三个显示费用。
当直流电机每转完一圈时,数码管的里程数加1,表示出租车行驶1米。
当里程小于1KM时,数码管显示基价3元,以每每跑100米,费用加1角。
部分结果如下图所示:
(1)出租车刚起步时,路程为0,起步价3元
(2)路程不足1千米时,费用显示基价3元
(3)路程1678米时,因路程大于1千米,又跑了600米,故费用显示为3.6元
(4)路程2310米时,费用为4.3元
七、心得体会
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