南京理工大學EDA設計（II）實驗報告作者:學號：學院（系）： 自動化學院專業： 自動化標題 出租車計費器指導老師： 實驗日期： 2015年9月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1緒論 1\o"CurrentDocument"2系統總體設計 1\o"CurrentDocument"系統設計思想 1\o"CurrentDocument"系統功能概述 1\o"CurrentDocument"系統總體組成結構 2\o"CurrentDocument"3系統各模塊詳細設計 2\o"CurrentDocument"計時模塊 2\o"CurrentDocument"按鍵控制模塊 2\o"CurrentDocument"動態顯示模塊 3\o"CurrentDocument"里程和車費計算模塊 4我的部分 4\o"CurrentDocument"調試 5\o"CurrentDocument"系統仿真 5\o"CurrentDocument"系統實際驗證 5\o"CurrentDocument"4.3調試過程中遇到的問題與解決方法 5\o"CurrentDocument"5總結與心得體會 6致謝 6參考文獻 7出租車計費器1緒論EDA是電子設計自動化(ElectronicDesignAutomation)的縮寫，發展于20世紀90年代。EDA技術就是以計算機為工具，設計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言VHDL完成設計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術的出現，極大地提高了電路設計的效率和可操作性，減輕了設計者的勞動強度。本次EDA設計使用MAX+plusII實驗開發系統，學習并掌握VHDL硬件描述語言的基本語法以及設計方法和思想，將已學過的數字電子設計知識綜合運用于電子系統的設計中，掌握運用VHDL設計電子系統的流程和方法，加強和培養自己對電子系統的設計能力。綜合設計的任務是用一周的時間，在EDA軟件MAX+plusII上用VHDL語言設計完成一個電子技術綜合問題，小組成員分工，負責各個子模塊的設計，最后將各個模塊整合起來，連接整體電路，分配引腳，下載到實驗班上進行測試。2系統總體設計系統設計思想用VHDL語言設計出符合功能要求的的出租車計費器系統，完成設計后使用系統實驗箱下載驗證。系統功能概述1、計費功能：計費標準為按行駛里程收費，起步價為11元，車行3公里后每公里1.4元，車停止時不計費；2、實現模擬功能：能模擬汽車啟動、暫停及停止狀態；3、實現顯示功能：能在數碼管上顯示出公里數及總費用。2.3系統總體結構整個計費系統的結構如下圖所示，其計時模塊負責對實驗板上的時鐘信號進行分配，產生合適的計數脈沖，供里程計算模塊和車費計算模塊的技術。而顯示模塊則將前兩者計算得到的結果顯示在數碼管上。開關控制模塊則接受實驗板上的開關信號，模擬出租車的起停。3系統各模塊詳細設計計時模塊計時模塊的時鐘源為試驗箱的CP2時鐘，頻率為1024Hz，在VHDL中經過計數十分頻得到模擬的出租車百米行駛計數時鐘。其計數的邏輯比較簡單，不再詳細列出。按鍵控制模塊在按鍵控制模塊中我們引入了兩個撥碼開關K1和K2,其中K1是啟動和停止開關，K2是暫停開關，兩個按鍵向上撥邏輯值均為1，向下撥邏輯值均為0。為了方便控制，我們引入了state這個兩位的二進制變量，用它的值來標記出租車的不同狀態，其控制邏輯如下：鍵值邏輯結果K1=1，K2=1出租車處在停止狀態，但此次載客未結束，state=”00”K1=1，K2=0出租車處于載客運行計費狀態，state-"11”2K1=0,K2任出租車處于載客結束的停止狀態，*意state=“01“或“10”(本設計里默認為01)按鍵控制模塊程序如下：control:PROCESS(start,pause)beginif(start='0')thenstate<="01";elsif(pause='1')thenstate<="00";elsif(pause='0')thenstate<="11";endif;endPROCESS;動態顯示模塊由于此系統要用到實驗板上的8個數碼管，且每個數碼管顯示的數字都不相同，所以不能采用靜態顯示而必須使用動態顯示，動態顯示即依次向每位數碼管同時送出字形碼和相應的位選，位與位之間利用延時程序進行延時，當延時程序非常短時，由于發光管的余輝和人眼視覺暫留作用，此時我們的人眼就分辨不出位與位之間有延時存在(人眼視覺暫留時間為0.05-0.2秒，延時程序應當根據這個范圍來調整)，感覺各位數碼管同時都在顯示。此處用系統時鐘1024Hz來掃描數碼管，取得了不錯的效果。該模塊程序如下，后面tmp1為其它值時，各種情況與其值為0時相似，未有 列出：PROCESS(clk)variabletmp1,tmp2:integerrange0to10;BEGINif(clk'eventandclk='1')thentmp1:=tmp1+1;if(tmp1>=8)thentmp1:=0;endif;casetmp1iswhen0=>sel<="00000001”;tmp2:=CONV」NTEGER(fee_tenth);casetmp2iswhen0=>data<="11111100”;when1=>data<="01100000”;when2=>data<="11011010”;when3=>data<="11110010”;when4=>data<="01100110”;when5=>data<="10110110”;when6=>data<="10111110”;when7=>data<="11100000”;when8=>data<="11111110”;when9=>data<="11110110”;whenothers=>null;endcase;里程和車費計算模塊在里程和車費計算模塊中，只需要完成一個工作一一計數。里程的計算與之前所做數字鐘的計數沒有什么本質區別，由于每個時鐘上升沿只要在原里程的基礎上加0.1，故計算的邏輯就是從低位（十分位）到高位（百位）層層判斷，每次加“1"，滿‘9’歸零即可。而對于車費的計算，還需要對邏輯進行如下調整：1.由于里程數小于3公里的情況下，車費要保持11元不變，這一要求可以用if語句進行限制;2.車費的計算是每100公里1.4元，故在里程大于3公里的情況下每接受到計時模塊時鐘上升沿就要在原有車費基礎上加1.4即可。我的部分詳細介紹在本次綜合設計中，我負責的是動態顯示模塊，之前的基礎實驗中，我們已經做過類似的顯示程序，我在自己編寫的時候參照該模塊進行了一定的調整。對每一位進行位選后分別顯示前端傳送過來的數據，每一位只要顯示0到9,原本打算使用選擇循環方法顯示，但經嘗試后出現了問題不能得到合理解決，故最終在與本組周珅宇同學商定后，由其整合為最終程序的分段式對每一位進行顯示，隨程序段較長，但不易出現邏輯錯誤。4系統調試系統仿真我們將程序整合在一起，并未進行仿真校驗，而是直接下載到實驗箱上驗證。系統實際驗證將程序整合完成以后，我們進行了編譯與調試，多次修改完善，然后對照實驗指導書進行管腳分配。在多次修改嘗試后，最終在試驗箱上成功完成了出租車計費器系統的相關要求，實現了計費功能、模擬功能和顯示功能，即實現了開始時制定的系統設計要求。調試過程中遇到的問題與解決方法數碼管顯示問題在進行基礎實驗時我們發現數碼管顯示不能按照我們預先的設想，隨后我們利用資料對實驗箱的數碼管進行了研究，發現基礎實驗中數碼管采用的是靜態顯示，由于本系統中數碼管各位需要顯示不同的數字，最后我們選定了動態掃描顯示的方法，問題得到了解決。取模運算問題在系統設計中期，我們本準備采用公式計算的方法來得到車費，即將里程數的各位(mile_tenth,mile_unit,mile_decade,mile_hp)通過函數CON_INTEGER()A8位二進制數轉化為整型數，然后對各位加權求和得到整型數表示的里程數，從而將其帶入公式后，計算得到對應車費，再在用函數REM()分離出車費的各位，分別顯示。然而在實際編程中我們發現，使用REM()函數需要添加頭文件IEEE.NUMERIC_STD。在QUARTUSII編譯環境下可以成功添加并編譯，然而在MAX+PLUSII下卻缺少這個頭文件，多次嘗試添加失敗后，我們放棄了計算法，采用另外的方法來實現顯示目的，即改為采用每次加1.4元的方法實現計費，最終取得了成功。調試中的問題針對器件的引腳配置不能馬虎，否則在下載到實驗箱上時會出現顯示位的錯亂，在實際調試中我們便遇到了這樣的問題，隨后進行了分析糾正。5總結與心得體會本次實驗我初次接觸了VHDL語言，了解了其基本語法以及設計方法和思想。在經過兩次基礎實驗的鍛煉之后，我已經基本上熟悉了整個MAX+plusII實驗開發系統，也能夠對其進行簡單的操作設計。在綜合設計中，我主要是負責了動態掃面顯示方面的設計工作，其原理與基礎實驗中的顯示方法相同，故在理解原程序的基礎上我對其進行了改進，并最終由周珅宇同學對其進行整合用于總的程序中去。經過本次實驗，鍛煉了我的操作能力和系統設計能力，對于課堂知識進行了再一次的鞏固，同時接觸到