中心議題:

• 基于EDA層次化設計方法的出租車計費器設計

解決方案:

• 采用系統(tǒng)編程技術
• 現(xiàn)場對系統(tǒng)進行邏輯重構和升級

• 采用VHDL編寫各個功能模塊

0 引言

EDA使用戶在無需實際芯片、電路板和儀器儀表的情況下進行電路設計和分析；采用在系統(tǒng)編程技術，在現(xiàn)場對系統(tǒng)進行邏輯重構和升級，實現(xiàn)硬件設計軟件化。

EDA技術以可編程邏輯器件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為開發(fā)工具，基于邏輯功能模塊的層次化設計方法設計數(shù)字系統(tǒng)。Max+PlusⅡ設計可采用原理圖、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計。對于不同層次，可采用不同的輸入方式進行設計。由于VHDL擅長描述模塊的邏輯功能，所以在對底層模塊設計中，常采用VHDL進行描述，而原理圖則擅長描述模塊間的連接關系，故在頂層設計中，常采用原理圖輸入方法。出租車計費器通常以單片機為核心進行設計，本文以為它例介紹基于EDA技術的數(shù)字系統(tǒng)混合設計方法。

1 出租車計費器功能

出租車計費器的功能要求：

(1)實現(xiàn)出租車按行駛里程收費，起步費為7．0元；
(2)行駛3 km后再按2元／km計費，車停時不計費；
(3)能預置起步費和每公里收費，并能模擬汽車啟動、停止、車速等狀態(tài)。

根據(jù)VHDL特點，設計者不再需要考慮選擇固定功能的標準芯片，而是從實現(xiàn)系統(tǒng)功能與性能出發(fā)來，建立出租車計費器系統(tǒng)模塊，如圖1所示。 2 出租車計費器的設計與實現(xiàn)

本系統(tǒng)分底層和頂層2個層次設計，底層設計采用VHDL編寫各個功能模塊，頂層設計采用原理圖方式描述各模塊間的連接。

2．1 底層文件的設計

底層模塊包括：出租車車速控制模塊；計費器里程計數(shù)模塊；計費器計費計數(shù)模塊3個模塊。

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，當起／停開關及清零信號RESET都為“1”時，汽車啟動就開始進入里程計數(shù)和計費器工作狀態(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，車速越來越塊。其VHDL程序代碼如下： 以上程序代碼經(jīng)過編譯后生成相應模塊符號，如圖2所示，供頂層設計時調用。

程序經(jīng)過時序仿真后的波形，如圖3所示。 2．2 頂層原理圖設計

頂層設計采用原理圖輸入方式。通過調用生成的各模塊符號，并將它們作適當連接以實現(xiàn)頂層文件的設計。出租車計費器的頂層設計電路，如圖4所示。 圖4中，ko1，ko2為車速控制開關；clk為時鐘信號；reset為復位信號；up_down為起／?？刂菩盘?；count為預置每公里收費的信號；load為預置使能信號；dd為預置起步費信號；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為記錄費用的整數(shù)位；out3為記錄費用的小數(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，對頂層文件進行仿真，結果正確后，利用Altera公司的FPGA芯片EPF10K3LC84—3及其SE-5M型開發(fā)系統(tǒng)進行下載。下載結果顯示，所設計的出租車計費器完全符合設計要求。

3 結語

由上述設計實例可見，采用EDA技術設計數(shù)字系統(tǒng)則是一種基于邏輯功能模塊的“自上而下”層次化設計方法。即從整個系統(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，生成滿足相應邏輯功能的新器件，實現(xiàn)底層設計；再采用原理圖輸入方式，將生成的新器件連成系統(tǒng)圖，實現(xiàn)頂層設計。另外，由于新器件內(nèi)部電路是用程序構建的，硬件的邏輯關系由語言來描述，所以只要修改語句則可修改硬件的邏輯關系。由此可見這種設計方法，可大大提高工作效率，設計更加靈活、快捷，可減少器件的數(shù)量，避免復雜的接線，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。