EDA专业课程设计出租车计费器的设计.docx

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EDA专业课程设计出租车计费器的设计

EDA专业课程设计出租车计费器的设计

课程设计报告

课程名称数字系统与逻辑设计

课题名称出租车计费器的设计

专业

班级

学号

姓名

指导教师

2013年7月7日

湖南工程学院

课程设计任务书

课程名称数字系统与逻辑设计

课题出租车计费器的设计

专业班级

学生姓名

学号

指导老师乔汇东胡瑛谭小兰

审批乔汇东

任务书下达日期2013年6月29日

任务完成日期2013年7月7日

《数字系统与逻辑设计》课程设计任务书

一、设计目的

全面熟悉、掌握VHDL语言基本知识，掌握利用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，熟悉编制和调试程序的技巧，掌握分析结果的若干有效方法，进一步提高上机动手能力，培养使用设计综合电路的能力，养成提供文档资料的习惯和规范编程的思想。

二、设计要求

1、设计正确，方案合理。

2、程序精炼，结构清晰。

3、设计报告5000字以上，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。

4、上机演示。

5、有详细的文档。

文档中包括设计思路、设计仿真程序、仿真结果及相应的分析与结论。

三、进度安排

第十九周星期一：

课题讲解，查阅资料

　星期二：

总体设计，详细设计

星期三：

编程，上机调试、修改程序

星期四：

上机调试、完善程序

星期五：

答辩

星期六-星期天：

撰写课程设计报告

附：

课程设计报告装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。

正文的格式:

一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。

正文的内容:

一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现；四、系统调试与仿真；五、总结与体会；六、附件（所有程序的原代码，要求对程序写出必要的注释）；七、评分表。

一.系统的总体设计

问题描述

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。

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。

（有条件的同学再完成：

显示用8个七段码管，前四个显示里程，后四个显示费用。

）

设计思想

该出租车计费器按下开关S1后开始计费和计里程数，起步价是3元，准行1公里，以后1元/公里。

时钟输入为一个1KHz的系统时钟，直流电机模块每转一圈输出一个脉冲信号给CPU，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。

直流电机模块用来模拟出租车的车轮子，每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1000圈，分频模块输出一个上升沿信号。

车费和里程数在一个8位7段数码管上显示，前4位显示里程，后4位显示费用。

引脚分配

显示：

动态八位七段数码管模块

动态八位七段数码管模块

数码管端口名称

FPGA引脚

说明

7SEG-A

C8

显示内容控制

7SEG-B

C9

显示内容控制

7SEG-C

C7

显示内容控制

7SEG-D

C6

显示内容控制

7SEG-E

D6

显示内容控制

7SEG-F

D9

显示内容控制

7SEG-G

D8

显示内容控制

7SEG-DP

D7

显示内容控制

7SEG-SEL0

A21

显示位置控制

7SEG-SEL1

B21

显示位置控制

7SEG-SEL2

A22

显示位置控制

7SEG-SEL3

D5

显示位置控制

7SEG-SEL4

C4

显示位置控制

7SEG-SEL5

B22

显示位置控制

7SEG-SEL6

A19

显示位置控制

7SEG-SEL7

B19

显示位置控制

时钟：

Clk

N1

直流电机脉冲输入：

pulse

AE13

一圈一个脉冲

复位按键

RST

J7

按键S1

二．出租车计费功能的实现

系统的总体框图

该出租车计费系统由三个模块组成，分别是：

计费模块：

计算应付车费

计程模块：

计录已行里程

显示模块：

将应付车费和已行里程显示在数码管上

各模块之间的关系为：

2程序流程图

计算路程框图：

计算出租车计费框图：

系统各功能模块的实现

计算距离模块：

REG:

PROCESS（s1,meter）

begin

ifs1='1'then

q1<=0;

q2<=0;

q3<=0;

q4<=0;

elsifmeter'eventandmeter='1'then--clk'eventandclk='1'then

ifq4=9then

q4<=0;

ifq3=9then

q3<=0;

ifq2=9then

q2<=0;

q1<=q1+1;

else

q2<=q2+1;

endif;

else

q3<=q3+1;

endif;

else

q4<=q4+1;

endif;

endif;

--endif;

endprocessREG;

计费距离模块：

COM:

process（q1）

begin

ifq1<7then

a4<=q1+3;

elseifq1=7then

a4<=0;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

elseifq1=8then

a4<=1;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

elseifq1=9then

a4<=2;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

endif;

endif;

endif;

endif;

endprocessCOM;

显示模块：

CAM:

process（clk）

begin

ifclk'eventandclk='1'then

cout<=cout+1;

endif;

endprocessCAM;

pra:

process（cout）

begin

casecoutis

when"000"=>wx<="10000000";shuju<=q1;

when"001"=>wx<="01000000";shuju<=q2;

when"010"=>wx<="00100000";shuju<=q3;

when"011"=>wx<="00010000";shuju<=q4;

when"100"=>wx<="00001000";shuju<=a1;

when"101"=>wx<="00000100";shuju<=a2;

when"110"=>wx<="00000010";shuju<=a3;

when"111"=>wx<="00000001";shuju<=a4;

endcase;

endprocesspra;

process（shuju）

begin

caseshujuis

when0=>duan<="0111111";--0

when1=>duan<="0000110";--1

when2=>duan<="1011011";--2

when3=>duan<="1001111";--3

when4=>duan<="1100110";--4

when5=>duan<="1101101";--5

when6=>duan<="1111101";--6

when7=>duan<="0000111";--7

when8=>duan<="1111111";--8

when9=>duan<="1101111";--9

whenothers=>null;

endcase;

endprocess;

四.调试与仿真

在调试过程中，出现了很多的问题，在编译时出现同时赋值的现象：

图4同时赋值现象

在程序使用软件仿真时，出现了问题；开始使用10进制数进行仿真时由于在计费时，开始不适应复位信号，就会出现几公里几块钱，一但经过复位之后程序使用就正常了，这是有与我在使用时没有复位时，不给初值一样，后来经过修改之后就正常了。

图5计费仿真

图6距离仿真

图7出租车计费仿真

五.总结与体会

通过这次紧张而又充实的EDA课程设计，我感受到了VHDL语言和普通软件语言之间的区别，也能够更加熟练地运用VHDL语言进行逻辑电路的设计了，受益匪浅。

在没有进行课程设计之前，我们的上机实践从来没有编写过规模如此的数字电路系统，最多就写写什么半加器，全加器之类的小型实体。

而这次课程设计要想实现课题要求的功能，必须将若干小型实体组合成一个相对大型的实体。

不仅如此，在写完程序后，还要把程序下载到芯片内，连接相应的电子器件，观察真正的效果。

所以，通过这次紧张的课程设计，我体会了从开始利用VHDL语言编程到把设想放到真正在电子器件上实现的全部过程，提高了自己从事工程项目设计的能力。

另外，在课程设计的过程，我碰到了很多棘手的难题，虽然也进行了苦思冥想，却还是得不到解决方法，有时也有想放弃的念头，不过终于还是坚持了下来，完成了任务，我意识到今后不管是在工作还是学习中，做工程项目都需要有忍耐力和坚持。

结果重要，过程更是我们学习的宝贵经验。

课程设计不仅是学习一门课，更可以锻炼我们的实践能力，动手操作能力，和解决问题的能力。

能够将课堂上所学的知识灵活、巧妙的运用到实践操作上是一次很好的体验，和机会。

不仅锻炼路我们的动手能力，而且加深了对课本的理解和弥补了课本上所不能涉及到的东西。

所以在对待每一次的课程设计时我都很认真，也终于通过自己的努力终于完成了此次的课程设计。

六.附件

程序源代码：

libraryieee;

use;

use;

ENTITYedaIS

PORT（clk:

INSTD_LOGIC;--外部时钟输入口

meter:

INSTD_LOGIC;--外部转圈信号输入，假定每个上升沿视为车轮转一圈

S1:

INSTD_LOGIC;--外部按键输入复位信号，假定低电平表示按键被按下，高电平表示按键未按下

wx:

outstd_logic_vector（7downto0）;

cost1,cost2,cost3,cost4:

outintegerrange0to9;--输出计费值个位十位百味

dist1,dist2,dist3,dist4:

outintegerrange0to9）;--输出公里数小数点后一位，个位，十位

ENDentity;

architecturebehavofedais

signalq1,q2,q3,q4:

integerrange0to9;--

signala1,a2,a3,a4:

integerrange0to9;

signalcout:

STD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;

--signalwx:

std_logic_vector（7downto0）;

signalshuju:

integerrange0to9;--控制路程和计费数据显示的位置

signalduan:

std_logic_vector（6downto0）;---控制数码管显示输出

begin

REG:

PROCESS（s1,meter）--计算路程

begin

ifs1='1'then

q1<=0;

q2<=0;

q3<=0;

q4<=0;

elsifmeter'eventandmeter='1'then--clk'eventandclk='1'then

ifq4=9then

q4<=0;

ifq3=9then

q3<=0;

ifq2=9then

q2<=0;

q1<=q1+1;

else

q2<=q2+1;

endif;

else

q3<=q3+1;

endif;

else

q4<=q4+1;

endif;

endif;

--endif;

endprocessREG;

COM:

process（q1）--计算出租车计费

begin

ifq1<7then

a4<=q1+3;

elseifq1=7then

a4<=0;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

elseifq1=8then

a4<=1;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

elseifq1=9then

a4<=2;

ifa3=9then

a3<=0;

ifa2=9then

a2<=0;

a1<=a1+1;

else

a2<=a2+1;

endif;

else

a3<=a3+1;

endif;

endif;

endif;

endif;

endif;

endprocessCOM;

------------------------------------------------------------计费路程显示输出

CAM:

process（clk）

begin

ifclk'eventandclk='1'then

cout<=cout+1;

endif;

endprocessCAM;

pra:

process（cout）--控制路程和计费输出位置

begin

casecoutis

when"000"=>wx<="10000000";shuju<=q1;

when"001"=>wx<="01000000";shuju<=q2;

when"010"=>wx<="00100000";shuju<=q3;

when"011"=>wx<="00010000";shuju<=q4;

when"100"=>wx<="00001000";shuju<=a1;

when"101"=>wx<="00000100";shuju<=a2;

when"110"=>wx<="00000010";shuju<=a3;

when"111"=>wx<="00000001";shuju<=a4;

endcase;

endprocesspra;

process（shuju）--数码管显示

begin

caseshujuis

when0=>duan<="0111111";--0

when1=>duan<="0000110";--1

when2=>duan<="1011011";--2

when3=>duan<="1001111";--3

when4=>duan<="1100110";--4

when5=>duan<="1101101";--5

when6=>duan<="1111101";--6

when7=>duan<="0000111";--7

when8=>duan<="1111111";--8

when9=>duan<="1101111";--9

whenothers=>null;

endcase;

endprocess;

dist1<=q1;

dist2<=q2;

dist3<=q3;

dist4<=q4;

cost1<=a1;

cost2<=a2;

cost3<=a3;

cost4<=a4;

endbehav;

七.评分表

计算机与通信学院课程设计评分表

课题名称：

数字系统与逻辑设计

项目

评价

设计方案的合理性与创造性

设计与调试结果

设计说明书的质量

答辩陈述与回答问题情况

课程设计周表现情况

综合成绩

教师签名：

日期：