EDA课程设计VHDL版 脉冲按键电话显示器

《EDA技术》课程设计报告设计题目：脉冲按键电话显示器专业班级：指导教师：完成日期：2015年12月30日目录1 绪论 (3)1.1 设计背景 (3)1.2 QUARTUS II简介 (3)1.3 VHDL语言基础 (4)2脉冲按键电话显示器总体设计结构 (4)2.1 系统设计要求和目的 (4)2.1.1 系统设计要求 (4)2.1.2系统设计目的 (5)2.2 设计思路 (5)2.3 系统总体结构 (7)3 .脉冲按键电话显示器的实现 (9)3.1 脉冲按键电话显示器的顶层原理图 (9)3.2 系统各功能模块的实现 (9)3.2.1特殊功能模块 (9)3.2.2按键功能实现模块 (10)3.2.3数码管显示模块 (10)4锁定管脚及硬件实现 (10)4.1 锁定管脚图 (10)4.2 硬件实现 (11)4.2.1 显示结果的几种情况 (11)4.2.2 硬件实现总结 (12)5设计体会与总结 (12)参考文献 (13)附录 (14)各模块程序 (14)0.1 按键功能实现程序 (14)0.2 特殊功能模块程序 (17)0.3数码管显示程序 (18)1 绪论1.1 设计背景随着我国社会经济的全面发展，各大中小城市的出租车营运事业发展迅速，出租车已经成为人们日常出行选择较为普通的交通工具。

于是，出租车行业以低价高质的服务给人们带来了出行的享受。

但是总存在着买卖纠纷困扰着行业的发展。

而在出租车行业中解决这一矛盾的最好方法就是改良计价器。

汽车计价器是乘客与司机双方的交易准则，它是出租车行业发展的重要标志，是出租车中最重要的工具，它关系着交易双方的利益。

具有良好性能的计价器无论是对广大出租车司机朋友还是乘客来说都是很必要的。

因此，汽车计价器的研究也是具有一定意义的。

出租车计费器是出租车营运收费的专用智能化仪表，是出租车市场规范化，标准化以及减少司机与乘客之间发生纠纷的重要设备。

一种功能完备，简单易用，计量准确的出租车计费器是加强出租车行业管理，提高服务质量的必需品。

本设计就是采用VHDL硬件描述语言作为设计手段，采用自己的设计思路，得到一种出租车计价系统的软件结构，通过Quartus II 6.0软件下进行仿真，证明所设计的电路系统完成了出租车计价的功能，各项指标符合设计要求，具有一定的实用性。

1.2 QUARTUS II简介QUARTUS II 是Altera公司的综合性CPLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整CPLD设计流程。

QUARTUS II 支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

Altera QUARTUS II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。

1.3 VHDL语言基础一般而言，一个相对完整的VHDL语言程序至少应三个基本组成部分：①库（Library）、程序包（Package）使用说明；②实体（Entity）说明；③实体对应的结构体（Architecture）说明。

其中，库、程序包使用说明用于打开（调用）本设计实体将要用到的库、程序包；实体说明用于描述该设计实体与外界的接口信号说明，是可视部分；结构体说明用于描述该设计实体内部工作的逻辑关系，是不可视部分。

在一个实体中，允许含有一个或多个结构体，而在每一个结构体中又可以含有一个或多个进程以及其他的语句。

根据需要，实体还可以有配置说明语句。

配置说明语句主要用于以层次化的方式对特定的设计实体进行元件例化，或是为实体选定某个特定的结构体。

2脉冲按键电话显示器总体设计结构2.1 系统设计要求和目的2.1.1 系统设计要求设计一个具有7位显示的电话按键显示器，显示器应能正确反映按键数字，显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前显示位，七位数字输入完毕后，电话接通，扬声器发出“嘟----嘟”接通声响，直到有接听信号输入，若一直没有接听，10秒钟后，自动挂断，显示器清除显示，扬声器停止，直到有新号码输入。

系统框图如图所示。

图1 脉冲按键电话按键显示器系统框图2.1.2系统设计目的1.通过这次实验设计使我们加深对EDA技术与数字系统设计相关理论和概念的理解，培养我们的理论联系实际的能力，特别是实际动手能力。

2.学习使用QUARTUS II软件设计。

3.根据原理图学会用VHDL语言设计时序电路。

4.学会绘制功能仿真波形图。

2.2 设计思路设计一个具有7位显示的电话按键显示器，显示器能正确反映按键数字，显示器显示从低位向高位前移，逐位显示按键数字，最低位为当前输入位，七位数字输入完毕后，电话接通，扬声器发出“嘟------嘟”接通声响，直到有接听信号输入，若一直没有接听，10S后，自动挂断，显示器清除显示，扬声器停止，直到有新号码输入。

其系统框图如图1若示图2电话按键显示器系统框图此设计分为号码输入显示控制模块、主控制模块和扫描显示模块几部分。

在号码输入显示控制模块中，用数据开关K1~K10分别代表数字1，2，……，9，0，用编码器对数据开关K1~K10的电平信号进行编码，得四位二进制数Q。

每输入一位号码，号码在数码管上的显示左移一位，状态表1所示。

表1号码输入显示控制模块状态表当七位号码输入完毕后，由主控制模块启动扬声器，使扬声器发出“嘟----嘟”声响，同时启动等待接听10s计时电路。

设置接听信号answer，若定时时间到还没有接听信号输入，则号码输入显示控制电路的/C，信号有效，显示器清除显示，并且扬声器停止，若在10s计时未到时有接听信号输入，同样/C信号有效，扬声器停止。

设置挂断信号resert，任何时刻只要有挂断信号输入，系统的/C有效，系统复位。

表2 主控制模块状态表图3 电话按键显示器硬件系统示意图2.3 系统总体结构图4 系统总体结构图电话按键显示器的组成如上图所示，通过按键功能模块实现号码的输入、拨号、清零操作，通过特殊功能模块实现确认拨出键功能、扬声器响应与定时功能和挂断功能，数码管显示模块实现从低位到高位的对应键号值的显示输出，其中数码管的显示受特殊功能模块影响，挂断信号直接决定数码管是否全显示2.4脉冲按键电话显示器系统工作流程图先按下拨号键，再进行号码的输入，如果按下的号码出现错误，则可以按下清零键，重新输入。

输入完成后，按下确认拨号键，信号输出，扬声器发出“嘟----嘟”接通声响，直到有接听信号输入，若一直没有接听，10秒钟后，自动挂断，显示器清除显示，扬声器停止，直到有新号码输入。

若信号以拨出，可按下挂断键选图 5 脉冲按键电话显示器系统工作流程图3 .脉冲按键电话显示器的实现3.1 脉冲按键电话显示器的顶层原理图图6 按键电话显示器顶层原理图原理图中输入部分分别是CLK：秒脉冲信号，1个脉冲代表1秒，则10个脉冲表示10秒钟。

CLK10K：10秒脉冲信号，GUADUAN:挂断信号，YINDA:确认拨出信号，DIN[9..0]:0—9对应数值输入端，DELDET:清除信号，DIAL:拨号信号输入端。

原理图中输出部分分别是SOUND:扬声器输出，SEG[6..0]:数码管对应输出，SET[2..0]:动态扫描数码管对应BCD码输出3.2 系统各功能模块的实现3.2.1特殊功能模块特殊功能模块实现挂断电话、确认拨出电话、10S计时、扬声器响应输出信号的功能。

CLK10K代表10S计时信号的输入，GUADUAN输入端为’1’时信号断开，数码管清零；YINDA输入端决定信号是否拨出，当YINDA=’1’时，信号拨出，扬声器响应，开始计时；JIANCE与SET_SUM模块的DIAOZHI相连，实现信号检测的功能，作为输入端；QINCHU与QIN相连，决定清零功能的实现。

图7 BEEF模块图3.2.2按键功能实现模块图8 按键功能实现模块图本模块是系统的核心模块之一，实现0-9数字的输入以及清零、确认拨号的功能，数码管片选的功能。

其中DIN[9..0]输入端连接9个按键，决定数字0—9的输入。

CLK输入端为动态扫描数码管提供频率。

当DIAL为‘1’时，按键数字输入才有效。

CLEAR输入端决定数码管是否清零；SET[3..0]以BCD码的方式输出，决定数码管的显示；SEG3[2..0]的结果有输入的数字决定。

3.2.3数码管显示模块图9 DISPLAY模块图BCD1[3..0]以BCD码的方式表示0-9的输入，SEG7[6..0]决定决定数码管显示的数值，CLK为显示提供频率。

4锁定管脚及硬件实现4.1 锁定管脚图在验证按键电话显示器系统的功能之前，需要清楚实验箱与各个信号之间的对应关系，参照资料得出本设计中各引脚的对应情况如下：图10 顶层原理图4.2 硬件实现通过硬件下载，该电路可以完成硬件实现，芯片管脚定义可以直接用编辑．pin文件。

完成管脚定义后选择器件，编译后生成.sof文件。

选择.sof文件进行下载。

下载完成后，将第一全局时钟CLK1的跳线器接8192Hz，将第二全局时钟CLK2的跳线器接256Hz，将第三全局时钟CLK3的跳线器接1Hz，用按键开关控制数值的输入、拨号、确认拨出、清零等功能。

数码管有右到左显示当前数值的输入。

扬声器具备计时功能。

4.2.1 显示结果的几种情况图11 验证结果1数码管由右至左显示为最低位输入的值。

分别按下0-7的按键，输出结果如上图所示，按下确认输出的按键，号码拨出，扬声器发出响声，若10秒内无人接听，自动挂断，显示器清除显示，扬声器停止，直到有新号码输入。

若信号输入时发生错误，可以按下清零键，信号清零，如下图所示。

图12 验证结果24.2.2 硬件实现总结通过对每一模块的仿真和下载，可以实现各个模块的逻辑功能，验证了各个模块的正确性。

按键电话显示器系统的3个模块中，按键功能实现模块实现0-9数字的输入以及清零、确认拨号的功能，数码管片选的功能。

特殊功能模块实现挂断电话、确认拨出电话、10S计时、扬声器响应输出信号的功能。

数码管显示模块决定数码管的显示的值。

初次进行仿真时出现错误，返回修改程序，多次修改才得以下载成功。

由于采用CPLD大规模可编程逻辑器件，整机功耗小、抗干扰能力强、系统稳定、工作可靠、升级方便。

5设计体会与总结通过这次紧张而又充实的EDA课程设计，我感受到了VHDL语言和普通软件语言之间的区别，也能够更加熟练地运用VHDL语言进行逻辑电路的设计了，受益匪浅。

我们所做的课题是出租车计费器的设计。

老师给了我们课程设计题目，在这半个月的实验操作中，不断的完善自己的设计要求，将自己的想法融入到实验的程序中去。