基于EDA层次化设计方法的出租车计费器设计

2011-11-16 00:02:26来源: 现代电子技术
   

摘要:出租车计费器一般采用以单片机为核心的设计方法,设计不够灵活方便。为此,在此介绍了采用EDA技术的层次化设计方法设计出租车计费器的方法。即用VHDL编写各个功能模块,实现低层设计;用原理图输入方式描述各模块间的关系,实现顶层设计。采用FPGA可编程逻辑器件为系统控制单元,无需添加外围电路,更新功能仅需修改软件。实验表明,该设计方法简单快捷,所设计的系统性能可靠。应用该方法设计的数字电子系统具有很强的灵活性。
关键词:EDA;VHDL;层次化;出租车计费器

0 引言
    EDA使用户在无需实际芯片、电路板和仪器仪表的情况下进行电路设计和分析;采用在系统编程技术,在现场对系统进行逻辑重构和升级,实现硬件设计软件化。
    EDA技术以可编程逻辑器件FPGA和CPLD及其开发系统为硬件平台,以EDA开发软件如Max+PlusⅡ为开发工具,基于逻辑功能模块的层次化设计方法设计数字系统。Max+PlusⅡ设计可采用原理图、硬件描述语言(VHDL)等多种输入方式,并支持这些文件的任意混合设计。对于不同层次,可采用不同的输入方式进行设计。由于VHDL擅长描述模块的逻辑功能,所以在对底层模块设计中,常采用VHDL进行描述,而原理图则擅长描述模块间的连接关系,故在顶层设计中,常采用原理图输入方法。出租车计费器通常以单片机为核心进行设计,本文以为它例介绍基于EDA技术的数字系统混合设计方法。

1 出租车计费器功能
    出租车计费器的功能要求:
    (1)实现出租车按行驶里程收费,起步费为7.0元;
    (2)行驶3 km后再按2元/km计费,车停时不计费;
    (3)能预置起步费和每公里收费,并能模拟汽车启动、停止、车速等状态。
    根据VHDL特点,设计者不再需要考虑选择固定功能的标准芯片,而是从实现系统功能与性能出发来,建立出租车计费器系统模块,如图1所示。

a.JPG



2 出租车计费器的设计与实现
    本系统分底层和顶层2个层次设计,底层设计采用VHDL编写各个功能模块,顶层设计采用原理图方式描述各模块间的连接。
2.1 底层文件的设计
    底层模块包括:出租车车速控制模块;计费器里程计数模块;计费器计费计数模块3个模块。
    以出租车车速控制模块为例介绍。
    出租车车速控制模块用于控制出租车的车速。图1中,当起/停开关及清零信号RESET都为“1”时,汽车启动就开始进入里程计数和计费器工作状态。通过改变“车速选择”端的输入值可以控制汽车行驶快慢。用CLK6作为车速控制模块的时钟输入,CLOCK6作为输出,用A、B作为车速选择变量,分别取值从“00”→“01”→“10”→“11”时,车速越来越块。其VHDL程序代码如下:
    b.JPG
    以上程序代码经过编译后生成相应模块符号,如图2所示,供顶层设计时调用。

c.JPG


    程序经过时序仿真后的波形,如图3所示。

d.JPG


2.2 顶层原理图设计
    顶层设计采用原理图输入方式。通过调用生成的各模块符号,并将它们作适当连接以实现顶层文件的设计。出租车计费器的顶层设计电路,如图4所示。

e.JPG


    图4中,ko1,ko2为车速控制开关;clk为时钟信号;reset为复位信号;up_down为起/停控制信号;count为预置每公里收费的信号;load为预置使能信号;dd为预置起步费信号;out5,out4为记录里程的整数位;out6为记录里程的小数位;outl,out2为记录费用的整数位;out3为记录费用的小数位。
2.3 顶层文件仿真与下载
    顶层原理图经过编译后生成顶层文件,对顶层文件进行仿真,结果正确后,利用Altera公司的FPGA芯片EPF10K3LC84—3及其SE-5M型开发系统进行下载。下载结果显示,所设计的出租车计费器完全符合设计要求。

3 结语
    由上述设计实例可见,采用EDA技术设计数字系统则是一种基于逻辑功能模块的“自上而下”层次化设计方法。即从整个系统功能与性能优化出发,将系统分解为各功能模块,由VHDL描述模块的逻辑功能,生成满足相应逻辑功能的新器件,实现底层设计;再采用原理图输入方式,将生成的新器件连成系统图,实现顶层设计。另外,由于新器件内部电路是用程序构建的,硬件的逻辑关系由语言来描述,所以只要修改语句则可修改硬件的逻辑关系。由此可见这种设计方法,可大大提高工作效率,设计更加灵活、快捷,可减少器件的数量,避免复杂的接线,缩小系统的体积,降低消耗,提高系统的可靠性、继承性、移植性。

关键字:EDA  出租车计费器

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2011/1116/article_2711.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
EDA
出租车计费器

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 

夏宇闻老师专栏

你问我答FPGA设计

北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved