《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于EDA層次化設(shè)計(jì)方法的出租車計(jì)費(fèi)器設(shè)計(jì)
現(xiàn)代電子技術(shù)
孟 中 東南大學(xué)
摘要: :出租車計(jì)費(fèi)器一般采用以單片機(jī)為核心的設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)不夠靈活方便。為此,,在此介紹了采用EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出租車計(jì)費(fèi)器的方法。即用VHDL編寫各個(gè)功能模塊,,實(shí)現(xiàn)低層設(shè)計(jì);用原理圖輸入方式描述各模塊間的關(guān)系,,實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì),。采用FPGA可編程邏輯器件為系統(tǒng)控制單元,無需添加外圍電路,,更新功能僅需修改軟件。實(shí)驗(yàn)表明,,該設(shè)計(jì)方法簡單快捷,,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能可靠。應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的數(shù)字電子系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性,。
Abstract:
Key words :

摘要:出租車計(jì)費(fèi)器一般采用以單片機(jī)為核心的設(shè)計(jì)方法,,設(shè)計(jì)不夠靈活方便。為此,,在此介紹了采用EDA技術(shù)的層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出租車計(jì)費(fèi)器的方法,。即用VHDL編寫各個(gè)功能模塊,實(shí)現(xiàn)低層設(shè)計(jì),;用原理圖輸入方式描述各模塊間的關(guān)系,,實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)。采用FPGA可編程邏輯器件為系統(tǒng)控制單元,,無需添加外圍電路,,更新功能僅需修改軟件。實(shí)驗(yàn)表明,,該設(shè)計(jì)方法簡單快捷,,所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性能可靠。應(yīng)用該方法設(shè)計(jì)的數(shù)字電子系統(tǒng)具有很強(qiáng)的靈活性,。
關(guān)鍵詞:EDA,;VHDL;層次化,;出租車計(jì)費(fèi)器

0 引言
    EDA使用戶在無需實(shí)際芯片,、電路板和儀器儀表的情況下進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和分析;采用在系統(tǒng)編程技術(shù),,在現(xiàn)場對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯重構(gòu)和升級,,實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)軟件化,。
    EDA技術(shù)以可編程邏輯器件FPGA和CPLD及其開發(fā)系統(tǒng)為硬件平臺,以EDA開發(fā)軟件如Max+PlusⅡ?yàn)殚_發(fā)工具,,基于邏輯功能模塊的層次化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng),。Max+PlusⅡ設(shè)計(jì)可采用原理圖、硬件描述語言(VHDL)等多種輸入方式,,并支持這些文件的任意混合設(shè)計(jì),。對于不同層次,可采用不同的輸入方式進(jìn)行設(shè)計(jì),。由于VHDL擅長描述模塊的邏輯功能,,所以在對底層模塊設(shè)計(jì)中,常采用VHDL進(jìn)行描述,,而原理圖則擅長描述模塊間的連接關(guān)系,,故在頂層設(shè)計(jì)中,常采用原理圖輸入方法,。出租車計(jì)費(fèi)器通常以單片機(jī)為核心進(jìn)行設(shè)計(jì),,本文以為它例介紹基于EDA技術(shù)的數(shù)字系統(tǒng)混合設(shè)計(jì)方法。

1 出租車計(jì)費(fèi)器功能
    出租車計(jì)費(fèi)器的功能要求:
    (1)實(shí)現(xiàn)出租車按行駛里程收費(fèi),,起步費(fèi)為7.0元,;
    (2)行駛3 km后再按2元/km計(jì)費(fèi),車停時(shí)不計(jì)費(fèi),;
    (3)能預(yù)置起步費(fèi)和每公里收費(fèi),,并能模擬汽車啟動、停止,、車速等狀態(tài),。
    根據(jù)VHDL特點(diǎn),設(shè)計(jì)者不再需要考慮選擇固定功能的標(biāo)準(zhǔn)芯片,,而是從實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能與性能出發(fā)來,,建立出租車計(jì)費(fèi)器系統(tǒng)模塊,如圖1所示,。

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2 出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
    本系統(tǒng)分底層和頂層2個(gè)層次設(shè)計(jì),,底層設(shè)計(jì)采用VHDL編寫各個(gè)功能模塊,頂層設(shè)計(jì)采用原理圖方式描述各模塊間的連接,。
2.1 底層文件的設(shè)計(jì)
    底層模塊包括:出租車車速控制模塊,;計(jì)費(fèi)器里程計(jì)數(shù)模塊;計(jì)費(fèi)器計(jì)費(fèi)計(jì)數(shù)模塊3個(gè)模塊,。
    以出租車車速控制模塊為例介紹,。
    出租車車速控制模塊用于控制出租車的車速。圖1中,,當(dāng)起/停開關(guān)及清零信號RESET都為“1”時(shí),,汽車啟動就開始進(jìn)入里程計(jì)數(shù)和計(jì)費(fèi)器工作狀態(tài),。通過改變“車速選擇”端的輸入值可以控制汽車行駛快慢。用CLK6作為車速控制模塊的時(shí)鐘輸入,,CLOCK6作為輸出,,用A、B作為車速選擇變量,,分別取值從“00”→“01”→“10”→“11”時(shí),,車速越來越塊。其VHDL程序代碼如下:
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    以上程序代碼經(jīng)過編譯后生成相應(yīng)模塊符號,,如圖2所示,,供頂層設(shè)計(jì)時(shí)調(diào)用。

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    程序經(jīng)過時(shí)序仿真后的波形,,如圖3所示,。

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2.2 頂層原理圖設(shè)計(jì)
    頂層設(shè)計(jì)采用原理圖輸入方式。通過調(diào)用生成的各模塊符號,,并將它們作適當(dāng)連接以實(shí)現(xiàn)頂層文件的設(shè)計(jì),。出租車計(jì)費(fèi)器的頂層設(shè)計(jì)電路,如圖4所示,。

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    圖4中,ko1,,ko2為車速控制開關(guān),;clk為時(shí)鐘信號;reset為復(fù)位信號,;up_down為起/??刂菩盘枺籧ount為預(yù)置每公里收費(fèi)的信號,;load為預(yù)置使能信號,;dd為預(yù)置起步費(fèi)信號;out5,,out4為記錄里程的整數(shù)位,;out6為記錄里程的小數(shù)位;outl,,out2為記錄費(fèi)用的整數(shù)位,;out3為記錄費(fèi)用的小數(shù)位。
2.3 頂層文件仿真與下載
    頂層原理圖經(jīng)過編譯后生成頂層文件,,對頂層文件進(jìn)行仿真,,結(jié)果正確后,利用Altera公司的FPGA芯片EPF10K3LC84—3及其SE-5M型開發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行下載,。下載結(jié)果顯示,,所設(shè)計(jì)的出租車計(jì)費(fèi)器完全符合設(shè)計(jì)要求,。

3 結(jié)語
    由上述設(shè)計(jì)實(shí)例可見,采用EDA技術(shù)設(shè)計(jì)數(shù)字系統(tǒng)則是一種基于邏輯功能模塊的“自上而下”層次化設(shè)計(jì)方法,。即從整個(gè)系統(tǒng)功能與性能優(yōu)化出發(fā),,將系統(tǒng)分解為各功能模塊,由VHDL描述模塊的邏輯功能,,生成滿足相應(yīng)邏輯功能的新器件,,實(shí)現(xiàn)底層設(shè)計(jì);再采用原理圖輸入方式,,將生成的新器件連成系統(tǒng)圖,,實(shí)現(xiàn)頂層設(shè)計(jì)。另外,,由于新器件內(nèi)部電路是用程序構(gòu)建的,,硬件的邏輯關(guān)系由語言來描述,所以只要修改語句則可修改硬件的邏輯關(guān)系,。由此可見這種設(shè)計(jì)方法,,可大大提高工作效率,設(shè)計(jì)更加靈活,、快捷,,可減少器件的數(shù)量,避免復(fù)雜的接線,,縮小系統(tǒng)的體積,,降低消耗,提高系統(tǒng)的可靠性,、繼承性,、移植性。

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