EDA課程設(shè)計(jì)VHDL版 脈沖按鍵電話顯示器

1、EDA技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 脈沖按鍵電話顯示器 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 學(xué)號(hào)姓名課程設(shè)計(jì)成績(jī)完成日期：2015年12月30日目錄1 緒論31.1 設(shè)計(jì)背景31.2 QUARTUS II簡(jiǎn)介31.3 VHDL語言基礎(chǔ)42脈沖按鍵電話顯示器總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和目的42.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求42.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的52.2 設(shè)計(jì)思路52.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)73 .脈沖按鍵電話顯示器的實(shí)現(xiàn)93.1 脈沖按鍵電話顯示器的頂層原理圖93.2 系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn)93.2.1特殊功能模塊93.2.2按鍵功能實(shí)現(xiàn)模塊103.2.3數(shù)碼管顯示模塊104鎖定管腳及硬件實(shí)現(xiàn)104.1 鎖定管腳圖

2、104.2 硬件實(shí)現(xiàn)114.2.1 顯示結(jié)果的幾種情況114.2.2 硬件實(shí)現(xiàn)總結(jié)125設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)12參考文獻(xiàn)13附錄14各模塊程序140.1 按鍵功能實(shí)現(xiàn)程序140.2 特殊功能模塊程序170.3數(shù)碼管顯示程序181 緒論1.1 設(shè)計(jì)背景隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展，各大中小城市的出租車營(yíng)運(yùn)事業(yè)發(fā)展迅速，出租車已經(jīng)成為人們?nèi)粘３鲂羞x擇較為普通的交通工具。于是，出租車行業(yè)以低價(jià)高質(zhì)的服務(wù)給人們帶來了出行的享受。但是總存在著買賣糾紛困擾著行業(yè)的發(fā)展。而在出租車行業(yè)中解決這一矛盾的最好方法就是改良計(jì)價(jià)器。汽車計(jì)價(jià)器是乘客與司機(jī)雙方的交易準(zhǔn)則，它是出租車行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，是出租車中最重要的工具，

3、它關(guān)系著交易雙方的利益。具有良好性能的計(jì)價(jià)器無論是對(duì)廣大出租車司機(jī)朋友還是乘客來說都是很必要的。因此，汽車計(jì)價(jià)器的研究也是具有一定意義的。出租車計(jì)費(fèi)器是出租車營(yíng)運(yùn)收費(fèi)的專用智能化儀表，是出租車市場(chǎng)規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化以及減少司機(jī)與乘客之間發(fā)生糾紛的重要設(shè)備。一種功能完備，簡(jiǎn)單易用，計(jì)量準(zhǔn)確的出租車計(jì)費(fèi)器是加強(qiáng)出租車行業(yè)管理，提高服務(wù)質(zhì)量的必需品。本設(shè)計(jì)就是采用VHDL硬件描述語言作為設(shè)計(jì)手段，采用自己的設(shè)計(jì)思路，得到一種出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)，通過Quartus II 6.0軟件下進(jìn)行仿真，證明所設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)完成了出租車計(jì)價(jià)的功能，各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，具有一定的實(shí)用性。1.2 QUARTUS

4、II簡(jiǎn)介QUARTUS II 是Altera公司的綜合性CPLD/FPGA開發(fā)軟件，支持原理圖、VHDL、VerilogHDL等多種設(shè)計(jì)輸入形式，內(nèi)嵌自有的綜合器以及仿真器，可以完成從設(shè)計(jì)輸入到硬件配置的完整CPLD設(shè)計(jì)流程。QUARTUS II 支持Altera的片上可編程系統(tǒng)（SOPC）開發(fā)，集系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、嵌入式軟件開發(fā)、可編程邏輯設(shè)計(jì)于一體，是一種綜合性的開發(fā)平臺(tái)。Altera QUARTUS II 作為一種可編程邏輯的設(shè)計(jì)環(huán)境, 由于其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的歡迎。1.3 VHDL語言基礎(chǔ)一般而言，一個(gè)相對(duì)完整的VHDL語言程序至少應(yīng)三個(gè)基本組成部分：

5、庫（Library）、程序包（Package）使用說明；實(shí)體（Entity）說明；實(shí)體對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體（Architecture）說明。其中，庫、程序包使用說明用于打開（調(diào)用）本設(shè)計(jì)實(shí)體將要用到的庫、程序包；實(shí)體說明用于描述該設(shè)計(jì)實(shí)體與外界的接口信號(hào)說明，是可視部分；結(jié)構(gòu)體說明用于描述該設(shè)計(jì)實(shí)體內(nèi)部工作的邏輯關(guān)系，是不可視部分。在一個(gè)實(shí)體中，允許含有一個(gè)或多個(gè)結(jié)構(gòu)體，而在每一個(gè)結(jié)構(gòu)體中又可以含有一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程以及其他的語句。根據(jù)需要，實(shí)體還可以有配置說明語句。配置說明語句主要用于以層次化的方式對(duì)特定的設(shè)計(jì)實(shí)體進(jìn)行元件例化，或是為實(shí)體選定某個(gè)特定的結(jié)構(gòu)體。2脈沖按鍵電話顯示器總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)2.1 系統(tǒng)

6、設(shè)計(jì)要求和目的2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)具有7位顯示的電話按鍵顯示器，顯示器應(yīng)能正確反映按鍵數(shù)字，顯示器顯示從低位向高位前移，逐位顯示按鍵數(shù)字，最低位為當(dāng)前顯示位，七位數(shù)字輸入完畢后，電話接通，揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟”接通聲響，直到有接聽信號(hào)輸入，若一直沒有接聽，10秒鐘后，自動(dòng)掛斷，顯示器清除顯示，揚(yáng)聲器停止，直到有新號(hào)碼輸入。系統(tǒng)框圖如圖所示。 圖1 脈沖按鍵電話按鍵顯示器系統(tǒng)框圖2.1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的1.通過這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使我們加深對(duì)EDA技術(shù)與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)理論和概念的理解，培養(yǎng)我們的理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是實(shí)際動(dòng)手能力。2.學(xué)習(xí)使用QUARTUS II軟件設(shè)計(jì)。 3.根

7、據(jù)原理圖學(xué)會(huì)用VHDL語言設(shè)計(jì)時(shí)序電路。4.學(xué)會(huì)繪制功能仿真波形圖。2.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)一個(gè)具有7位顯示的電話按鍵顯示器，顯示器能正確反映按鍵數(shù)字，顯示器顯示從低位向高位前移，逐位顯示按鍵數(shù)字，最低位為當(dāng)前輸入位，七位數(shù)字輸入完畢后，電話接通，揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟”接通聲響，直到有接聽信號(hào)輸入，若一直沒有接聽，10S后，自動(dòng)掛斷，顯示器清除顯示，揚(yáng)聲器停止，直到有新號(hào)碼輸入。其系統(tǒng)框圖如圖1若示圖2電話按鍵顯示器系統(tǒng)框圖此設(shè)計(jì)分為號(hào)碼輸入顯示控制模塊、主控制模塊和掃描顯示模塊幾部分。在號(hào)碼輸入顯示控制模塊中，用數(shù)據(jù)開關(guān)K1K10分別代表數(shù)字1，2，9，0，用編碼器對(duì)數(shù)據(jù)開關(guān)K1K10的電平信號(hào)進(jìn)

8、行編碼，得四位二進(jìn)制數(shù)Q。每輸入一位號(hào)碼，號(hào)碼在數(shù)碼管上的顯示左移一位，狀態(tài)表1所示。表1號(hào)碼輸入顯示控制模塊狀態(tài)表數(shù)據(jù)開關(guān)數(shù)碼管顯示KiD7D6D5D4D3D2D11000000001000000Q100000D1Q10000D2D1Q1000D3D2D1Q100D4D3D2D1Q10D5D4D3D2D1Q 1D6D5D4D3D2D1Q0X熄滅熄滅熄滅熄滅熄滅熄滅熄滅當(dāng)七位號(hào)碼輸入完畢后，由主控制模塊啟動(dòng)揚(yáng)聲器，使揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟”聲響，同時(shí)啟動(dòng)等待接聽10s計(jì)時(shí)電路。設(shè)置接聽信號(hào)answer，若定時(shí)時(shí)間到還沒有接聽信號(hào)輸入，則號(hào)碼輸入顯示控制電路的/C，信號(hào)有效，顯示器清除顯示，并且揚(yáng)聲

9、器停止，若在10s計(jì)時(shí)未到時(shí)有接聽信號(hào)輸入，同樣/C信號(hào)有效，揚(yáng)聲器停止。設(shè)置掛斷信號(hào)resert，任何時(shí)刻只要有掛斷信號(hào)輸入，系統(tǒng)的/C有效，系統(tǒng)復(fù)位。 表2 主控制模塊狀態(tài)表接聽信號(hào)answer掛斷信號(hào)reset等待接聽10s計(jì)時(shí)/C揚(yáng)聲器XX時(shí)間到0停止XX0停止XX0停止圖3 電話按鍵顯示器硬件系統(tǒng)示意圖按鍵功能實(shí)現(xiàn)模塊2.3 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)特殊功能模塊數(shù)碼管顯示模塊圖4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖電話按鍵顯示器的組成如上圖所示，通過按鍵功能模塊實(shí)現(xiàn)號(hào)碼的輸入、撥號(hào)、清零操作，通過特殊功能模塊實(shí)現(xiàn)確認(rèn)撥出鍵功能、揚(yáng)聲器響應(yīng)與定時(shí)功能和掛斷功能，數(shù)碼管顯示模塊實(shí)現(xiàn)從低位到高位的對(duì)應(yīng)鍵號(hào)值的顯示輸出，其

10、中數(shù)碼管的顯示受特殊功能模塊影響，掛斷信號(hào)直接決定數(shù)碼管是否全顯示2.4脈沖按鍵電話顯示器系統(tǒng)工作流程圖撥號(hào)先按下?lián)芴?hào)鍵，再進(jìn)行號(hào)碼的輸入，如果按下的號(hào)碼出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可以按下清零鍵，重新輸入。輸入完成后，按下確認(rèn)撥號(hào)鍵，信號(hào)輸出，揚(yáng)聲器發(fā)出“嘟-嘟”接通聲響，直到有接聽信號(hào)輸入，若一直沒有接聽，10秒鐘后，自動(dòng)掛斷，顯示器清除顯示，揚(yáng)聲器停止，直到有新號(hào)碼輸入。若信號(hào)以撥出，可按下掛斷鍵選擇重新輸入，數(shù)碼管清零，揚(yáng)聲器停止。Y輸入號(hào)碼鍵是否按下YY是否按錯(cuò)清零N撥出NN是否掛斷揚(yáng)聲器響應(yīng)Y揚(yáng)聲器響應(yīng)時(shí)間是否達(dá)到10SY清零圖 5 脈沖按鍵電話顯示器系統(tǒng)工作流程圖3 .脈沖按鍵電話顯示器的實(shí)現(xiàn)3

11、.1 脈沖按鍵電話顯示器的頂層原理圖 圖6 按鍵電話顯示器頂層原理圖原理圖中輸入部分分別是CLK：秒脈沖信號(hào)，1個(gè)脈沖代表1秒，則10個(gè)脈沖表示10秒鐘。CLK10K：10秒脈沖信號(hào)，GUADUAN:掛斷信號(hào)，YINDA:確認(rèn)撥出信號(hào)，DIN9.0:09對(duì)應(yīng)數(shù)值輸入端，DELDET:清除信號(hào)，DIAL:撥號(hào)信號(hào)輸入端。原理圖中輸出部分分別是SOUND:揚(yáng)聲器輸出，SEG6.0:數(shù)碼管對(duì)應(yīng)輸出，SET2.0:動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管對(duì)應(yīng)BCD碼輸出3.2 系統(tǒng)各功能模塊的實(shí)現(xiàn)3.2.1特殊功能模塊特殊功能模塊實(shí)現(xiàn)掛斷電話、確認(rèn)撥出電話、10S計(jì)時(shí)、揚(yáng)聲器響應(yīng)輸出信號(hào)的功能。CLK10K代表10S計(jì)時(shí)信號(hào)的

12、輸入，GUADUAN輸入端為1時(shí)信號(hào)斷開，數(shù)碼管清零；YINDA輸入端決定信號(hào)是否撥出，當(dāng)YINDA=1時(shí)，信號(hào)撥出，揚(yáng)聲器響應(yīng)，開始計(jì)時(shí)；JIANCE與SET_SUM模塊的DIAOZHI相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)的功能，作為輸入端；QINCHU與QIN相連，決定清零功能的實(shí)現(xiàn)。 圖7 BEEF模塊圖3.2.2按鍵功能實(shí)現(xiàn)模塊圖8 按鍵功能實(shí)現(xiàn)模塊圖本模塊是系統(tǒng)的核心模塊之一，實(shí)現(xiàn)0-9數(shù)字的輸入以及清零、確認(rèn)撥號(hào)的功能，數(shù)碼管片選的功能。其中DIN9.0輸入端連接9個(gè)按鍵，決定數(shù)字09的輸入。CLK輸入端為動(dòng)態(tài)掃描數(shù)碼管提供頻率。當(dāng)DIAL為1時(shí)，按鍵數(shù)字輸入才有效。CLEAR輸入端決定數(shù)碼管是否清

13、零；SET3.0以BCD碼的方式輸出，決定數(shù)碼管的顯示；SEG32.0的結(jié)果有輸入的數(shù)字決定。3.2.3數(shù)碼管顯示模塊圖9 DISPLAY模塊圖BCD13.0以BCD碼的方式表示0-9的輸入，SEG76.0決定決定數(shù)碼管顯示的數(shù)值，CLK為顯示提供頻率。4鎖定管腳及硬件實(shí)現(xiàn)4.1 鎖定管腳圖在驗(yàn)證按鍵電話顯示器系統(tǒng)的功能之前，需要清楚實(shí)驗(yàn)箱與各個(gè)信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，參照資料得出本設(shè)計(jì)中各引腳的對(duì)應(yīng)情況如下：圖10 頂層原理圖4.2 硬件實(shí)現(xiàn)通過硬件下載，該電路可以完成硬件實(shí)現(xiàn)，芯片管腳定義可以直接用編輯pin文件。完成管腳定義后選擇器件，編譯后生成.sof文件。選擇.sof文件進(jìn)行下載。下載完

14、成后，將第一全局時(shí)鐘CLK1的跳線器接8192Hz，將第二全局時(shí)鐘CLK2的跳線器接256Hz，將第三全局時(shí)鐘CLK3的跳線器接1Hz，用按鍵開關(guān)控制數(shù)值的輸入、撥號(hào)、確認(rèn)撥出、清零等功能。數(shù)碼管有右到左顯示當(dāng)前數(shù)值的輸入。揚(yáng)聲器具備計(jì)時(shí)功能。4.2.1 顯示結(jié)果的幾種情況圖11 驗(yàn)證結(jié)果1數(shù)碼管由右至左顯示為最低位輸入的值。分別按下0-7的按鍵，輸出結(jié)果如上圖所示，按下確認(rèn)輸出的按鍵，號(hào)碼撥出，揚(yáng)聲器發(fā)出響聲，若10秒內(nèi)無人接聽，自動(dòng)掛斷，顯示器清除顯示，揚(yáng)聲器停止，直到有新號(hào)碼輸入。若信號(hào)輸入時(shí)發(fā)生錯(cuò)誤，可以按下清零鍵，信號(hào)清零，如下圖所示。圖12 驗(yàn)證結(jié)果24.2.2 硬件實(shí)現(xiàn)總結(jié)通過對(duì)

15、每一模塊的仿真和下載，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)模塊的邏輯功能，驗(yàn)證了各個(gè)模塊的正確性。按鍵電話顯示器系統(tǒng)的3個(gè)模塊中，按鍵功能實(shí)現(xiàn)模塊實(shí)現(xiàn)0-9數(shù)字的輸入以及清零、確認(rèn)撥號(hào)的功能，數(shù)碼管片選的功能。特殊功能模塊實(shí)現(xiàn)掛斷電話、確認(rèn)撥出電話、10S計(jì)時(shí)、揚(yáng)聲器響應(yīng)輸出信號(hào)的功能。數(shù)碼管顯示模塊決定數(shù)碼管的顯示的值。初次進(jìn)行仿真時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，返回修改程序，多次修改才得以下載成功。由于采用CPLD大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?，整機(jī)功耗小、抗干擾能力強(qiáng)、系統(tǒng)穩(wěn)定、工作可靠、升級(jí)方便。5設(shè)計(jì)體會(huì)與總結(jié)通過這次緊張而又充實(shí)的EDA課程設(shè)計(jì)，我感受到了VHDL語言和普通軟件語言之間的區(qū)別，也能夠更加熟練地運(yùn)用VHDL語言進(jìn)行邏輯電

16、路的設(shè)計(jì)了，受益匪淺。我們所做的課題是出租車計(jì)費(fèi)器的設(shè)計(jì)。老師給了我們課程設(shè)計(jì)題目，在這半個(gè)月的實(shí)驗(yàn)操作中，不斷的完善自己的設(shè)計(jì)要求，將自己的想法融入到實(shí)驗(yàn)的程序中去。最終通過仿真達(dá)到了自己預(yù)想的效果。有種先苦后甜的成就感。同時(shí)在本次試驗(yàn)中，我們熟練的掌握了Quartus II軟件的使用。學(xué)會(huì)了如何把自己所設(shè)計(jì)的程序，通過軟件用波形仿真出來，再通過試驗(yàn)箱仿真出來。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，要感謝陳老師在課程設(shè)計(jì)上給予我的幫助，提供給我的支持與建議，特別是幫助我解決了我半個(gè)月來一直遇到的運(yùn)行程序警告多的問題，這是我能順利完成這次報(bào)告的主要原因，讓我能把課程設(shè)計(jì)做得更加完善。在此期間，我不僅學(xué)到了許多新知識(shí)，而且也開闊了視野，提高了自己的設(shè)計(jì)能力。其次，我要感謝幫助過我的同學(xué)們，他們也為我解決了不少難題。這些東西是無法再平時(shí)上課的過程中學(xué)到的，實(shí)踐出真知，