1、EDA课程设计计程器一、课程设计内容与要求（1）能够实现计费的功能费用的计算是按形式的里程收费的，设出租车的起步价为8.00元，当里程小于3Km时，按起价计算费用；当里程大于3Km时每公里按1.6元计费。等待累计时间超过3min，按每分钟1元计费。所以总费用按下式计算： 总费用=起费用+（里程-3Km）*里程单价+等候时间*等候单价。.（2）能够实现显示的功能a)显示汽车行驶里程：用四位数字显示，显示方式为“XX”，单位为K 。计程范围为0-99K，计程分辨率为1K。b)显示等候时间：用两位数字显示分钟，现实方式为“XX”。计时范围为0-59，计时分辨率为1。c)显示总费用：用四位数字显示，显
2、示方式为“XXXX”，单价为元。计价范围为0-9999元。二、系统方案设计根据设计要求，系统的输入信号有：系统时钟信号CLK，出租车启动信号START，等待信号STOP，公里信号FIN。系统的输出信号有：总费用数CHA0-CHA3，行驶距离（数）KM0-KM1和等待时间MIN0-MIN1等。系统组成方框图如下所示，它由分频模块、计量模块、计费模块和控制模块四部分组成。其系统模块图如图1所示。图1 系统功能原理图三、功能模块的原理及算法分析 有图1系统功能原理图可知：该设计问题自顶向下可分为分频模块、计量模块、计费模块和控制模块四个部分，下面就每个部分的原理及算法进行分析。3.1 分频模块分频模
3、块对频率为240Hz的输入脉冲进行分频，得到的频率为16Hz，10Hz和1Hz的三种频率。该模块产生频率信号用于计费，每个1Hz脉冲为0.1元计费控制，10Hz信号为1元的计费控制，16Hz信号为1.6元计费控制。3.2 计量控制模块 计量控制模块是出租车自动计程器系统的主体部分，该模块主要完成等待几时功能、计价功能、计程功能，同时产生3分钟的等待计时使能控制信号en1，行程3公里外的使能控制信号en0。其中计价功能主要完成的任务是：行程3公里内，且等待累计时间3分钟内，起步价为8元；3公里外以每公里1.6元计费，等待累计时间3分钟外以每分钟1元计费；计时功能主要完成的任务是：计算乘客的等待累
4、计时间，计时器的量程为59分，满量程自动归零；计程功能主要完成的任务是：计算乘客所行使的公里数。计程器的量程为99公里，满量程自动归零。3.3 控制模块 控制模块主要是通过计量模块产生的两个不同的输入使能信号en0，en1，对每个分频模块输出的16hz，10hz的脉冲进行选择输出的过程；本模块实现了双脉冲的二选一；最终目的为了计费模块中对行驶过程中不同的时段进行计价。3.4 计费模块 当计费信号start一直处于高电平即计费状态时，本模块根据控制模块选择出的信号从而对不同的单价时段进行计费。即行程在3km内，而且等待累计时间小于3min则为起步价8元；3km外以每公里1.6元计费，等待累积时间
5、超过3min则按每分钟1元计费。c0，c1，c2，c3分别表示费用的显示。四、主要模块的实现 4.1 分频模块的实现 由图2分频模块封装图可知：系统是对240Hz时钟脉冲信号进行分频，分别得到16Hz、10Hz、1Hz三种频率，本设计中通过三种不同频率脉冲信号实现计程车在行使、等待两种情况下的不同计费。 图2 分频模块封装图4.2 计量模块的实现 由图3可知：本模块实现对于出租车在行使和等待过程中的计程和计时功能。当行使里程大于3Km时，本模块中en0信号变为1；当等待时间大于3min时，本模块中en1信号变为1，clk1每来一个上升沿，计量模块实现一次计数，里程数或者等待时间加1。 图3 计
6、量模块封装图4.3 控制功能的实现 由图5可知：本模块主要是通过两个不同的输入使能信号，对两个输入脉冲进行选择输出，使能信号是计量模块的输出，两个输入脉冲是分频模块输出的16Hz、10Hz的脉冲。 图4 控制模块封装图4.4 计费功能的实现 由图4可知：输入一个脉冲信号，同时当start为高电平时开始计价，c0、c1、c2、c3为价格的显示信号。图5 计时模块封装图4.4 总体功能原理图总体原理如图6所示。图6 总体功能原理图五、程序调试4.1 分频模块波形仿真图图7 分频模块仿真波形图由图7可知：当输入240Hz的clk脉冲信号时，clk每出现240个脉冲是q1、q10、q16分别出现1、2
7、4、15个，相当于计费0.01元、1元、1.6元，帮助计费。4.2 计量模块波形仿真图图8 计量模块波形仿真图 由图8可知：由于公里输入参数fin一直设为高，所以看k1、k0一开始就开始计数，即为行程公里数；当等待时间信号stop设为高电平是，m1、m0开始计数，即为等待时间。4.3 计费模块波形仿真图图9 计费模块波形仿真图 由图9可知：输入一个脉冲信号，同时当start为高电平是开始计价，c0、c1、c2、c3为价格的显示信号，逢9后一位将进1。.4.4 控制模块波形仿真图图10 控制模块波形仿真图 由图10可知：本模块主要是通过两个不同的输入使能信号，对两个输入脉冲进行选择输出，使能信号
8、是计量模块的输出，两个输入脉冲是分频模块输出的16Hz、10Hz的脉冲。4.5 总模块的波形仿真图图11 总模块的波形仿真图六、硬件测试在Quartus软件进行程序编译后，根据实验室提供的EDA实验工具箱，选择目标芯片EP1C3T144C8，并设置对应的引脚值，实现引脚锁定，如图12所示。这里我选用的是模式5，根据模式5的电路图设置数码管85显示的是价格cha3、cha2、cha1、cha0，数码管4、3显示的是行程公里数km1、km0，数码管2、1显示的是等待时间min1、min0，start、stop、fin信号分别对应于键1、键2、键3，系统时钟clock240对应于clcok0，最后进
9、行编程下载到试验箱中。下载到试验箱后，将模式调到5，clock的短路帽插到4Hz处。当按下键1，即启动start信号，可以看到数码85显示0080，即为起步价8元。按下键3，可以发现数码管4、3开始计数，即显示出租车行程公里数。当公里数为3km时，数码管85开始计数，说明当公里数3km时开始计费。按下键2，可以发现码管2、1开始计数，即显示出租车等待的时间，当时间大于3时，数码管85又开始计数，说明当等待时间3s时开始计费。综上所知，实验观察结果符合实验要求，硬件调试成功。图12 设置引脚图七、实验中存在的问题及解决方案7.1 分频模块只得到了频率q10，而频率q1、q16未得到。解决方案：仔
10、细检查程序是否写错，发现在对q1和q16分频程序时，q1未加1，而令q1为0时，写到了q16为0，改正后编译并查看时序即得到正确结果。7.2 计量模块得到时序中只有km1、km0显示，而没有min1、min0显示。解决方案：由于在min1、min0程序中定义了一定变量w，导致时序错误，去掉w即可得到正确结果。7.3 数码管数据显示太快。解决方案：改变clock的频率，将其调低即可。八、实验心得通过此次课程设计，让我重温了EDA技术的基本知识、理论，同时全面地分析该课程设计实现的原理，独立地完成在Quarter软件上对HDL语言程序的编程、调试，下载到试验箱，得到最终结果。我所做的计程器是通过4
11、个模块来实现的，再通过顶层设计中的例话语句将它们整合起来。刚开始把每个模块的程序都编写好了，然后整合后，在顶层文件对应的工程上查看时序图，发现并没有得到想要的结果，后来改了很久还是没有成功，有时还出现乱码，几乎都有想放弃了。后来，让自己静下心来，从每个模块的时序进行着手分析，发现模块对应的程序存在很多的错误，通过一步步修改，终于得到将每个模块的时序都弄好了。然后在顶层文件工程中进行时序仿真即得到了正确的结果。从这次编程中，我学会了遇到问题时，不要盲目地去修改，而是理清思绪，从每个简单部分入手检查，这样才能快速有效地解决问题。由于在编程中我很重视时序图是否正确，所以当把得到正确时序图的工程文件下
12、载到试验箱时即得到了正确的结果。这次课程设计顺利地完成不仅锻炼了我动手、编程能力，而且还让我对EDA强大的功能产生兴趣，我们不能只局限于实验室给我们提供的课程设计机会，而是利用课余时间深入学习它，提高自己的专业技能。九、附件9.1 分频功能实现的源代码如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin isport(clk:in std_logic; q16:out std_logic; q10:out std
13、_logic; q1:out std_logic);end fenpin;architecture qq of fenpin isbeginprocess(clk)variable count16:integer range 0 to 14;variable count10:integer range 0 to 23;variable count1:integer range 0 to 239;beginif clkevent and clk=1then if count10=23then count10:=0;q10=1;else count10:=count10+1;q10=0;end i
14、f;if count16=14then count16:=0;q16=1;else count16:=count16+1;q16=0;end if; if count1=239then count1:=0;q1=1;else count1:=count1+1;q1=0;end if;end if;end process;end qq;9.2 计量功能实现的源代码如下： library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jilia
15、ng isport(s:in std_logic; fin,stop:in std_logic; clk1:in std_logic; en0,en1:buffer std_logic; k1,k0:buffer std_logic_vector(3 downto 0); m1,m0:buffer std_logic_vector(3 downto 0);end jiliang;architecture rt2 of jiliang issignal w:integer range 0 to 59;beginprocess(clk1)beginif clk1event and clk1=1 t
16、henif s=0 then en0=0;en1=0;k1=0000;k0=0000;m1=0000;m0=0000;elsif stop=1 thenif m0=1001 then m0=0000;if m1=0101 then m1=0000;else m1=m1+1;end if;else m000000010 then en1=1;else en1=0;end if;elsif fin=1 then if k0=1001 then k0=0000;if k1=1001 then k1=0000;else k1=k1+1;end if;else k0=k0+1;end if;if k1&
17、k0=00000010 then en0=1;else en0=0;end if;else en1=0;en0=0;end if ;end if;end process;end rt2;9.3 计费功能实现的源代码如下：Library IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;use IEEE.std_logic_arith.all;use IEEE.std_logic_unsigned.all;entity jifei isport(clk2:in std_logic; -计费驱动信号 start:in std_logic; -计费开始信号 c0,c1,c2,c3:b
18、uffer std_logic_vector(3 downto 0);end jifei;architecture rt1 of jifei isbeginprocess(clk2,start)begin if start=0then c3=0000;c2=0000;c1=1000;c0=0000; -起步价5元 elsif clk2event and clk2=1then if c0=1001 then c0=0000; if c1=1001 then c1=0000; if c2=1001 then c2=0000; if c3=1001 then c3=0000; else c3=c3+
19、1; end if; else c2=c2+1; end if; else c1=c1+1; end if; else c0=c0+1; end if;end if;end process;end rt1;9.4 控制功能实现的源代码如下：Library IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;use IEEE.std_logic_arith.all;use IEEE.std_logic_unsigned.all; entity kongzhi isport(en0,en1:in std_logic; -使能选择信号 clk_in1:in std_logic; -14
20、分频输入信号 clk_in2:in std_logic; -13分频输入信号 clk_out:out std_logic); -输出信号 end kongzhi; architecture rt3 of kongzhi isbeginprocess(en0,en1)begin if en0=1 then -实现二选一功能 clk_out=clk_in1; elsif en1=1 then clk_outclk240,q16=m3,q10=m2,q1=m1);u2:jiliang port map(s=start,fin=fin,stop=stop, clk1=m1,en1=n1,en0=n0,k1=km1, k0=km0,m1=min1,m0=min0);u3:kongzhi port map(en0=n1,en1=n0,clk_in1=m2,clk_in2=m3,clk_out=l);u4:jifei port map(clk2=l,start=start,c0=cha0,c1=cha1,c2=cha2,c3=cha3);end behav;
