(VHDL实验报告)出租车计费器的设计.doc

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3、 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。4、 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 1KHZMOTOR直流电机模块AE944E 脉冲输出RST按键开关 S1P25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F14DISPLAY 2数码管 C 段F15DISPLAY 3数码管 D 段E15DISPLAY 4数码管 E 段F16DISPLAY 5数码管 F 段F17DISPLAY 6数码管 G 段E18SEG-SEL0位选 DEL0G18SEG-SEL1位选 DEL1G17SEG-SEL2位选 DEL2G165、 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 VHDL File，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