摘要：出租車計費器一般采用以單片機為核心的設(shè)計方法，設(shè)計不夠靈活方便。為此，在此介紹了采用EDA技術(shù)的層次化設(shè)計方法設(shè)計出租車計費器的方法。即用VHDL編寫各個功能模塊，實現(xiàn)低層設(shè)計；用原理圖輸入方式描述各模塊間的關(guān)系，實現(xiàn)頂層設(shè)計。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。實驗表明，該設(shè)計方法簡單快捷，所設(shè)計的系統(tǒng)性能可靠。應(yīng)用該方法設(shè)計的數(shù)字電子系統(tǒng)具有很強的靈活性。
關(guān)鍵詞：EDA；VHDL；層次化；出租車計費器

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(shè)計和分析；采用在系統(tǒng)編程技術(shù)，在現(xiàn)場對系統(tǒng)進行邏輯重構(gòu)和升級，實現(xiàn)硬件設(shè)計軟件化。
    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為開發(fā)工具，基于邏輯功能模塊的層次化設(shè)計方法設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)。Max+PlusⅡ設(shè)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(shè)計。對于不同層次，可采用不同的輸入方式進行設(shè)計。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(guān)系，故在頂層設(shè)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(shè)計，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(yù)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(shè)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(shè)計與實現(xiàn)
    本系統(tǒng)分底層和頂層2個層次設(shè)計，底層設(shè)計采用VHDL編寫各個功能模塊，頂層設(shè)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(shè)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(guān)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(yīng)模塊符號，如圖2所示，供頂層設(shè)計時調(diào)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(shè)計
    頂層設(shè)計采用原理圖輸入方式。通過調(diào)用生成的各模塊符號，并將它們作適當連接以實現(xiàn)頂層文件的設(shè)計。出租車計費器的頂層設(shè)計電路，如圖4所示。

    圖4中，ko1，ko2為車速控制開關(guān)；clk為時鐘信號；reset為復(fù)位信號；up_down為起／?？刂菩盘枺籧ount為預(yù)置每公里收費的信號；load為預(yù)置使能信號；dd為預(yù)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(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)進行下載。下載結(jié)果顯示，所設(shè)計的出租車計費器完全符合設(shè)計要求。

3 結(jié)語
    由上述設(shè)計實例可見，采用EDA技術(shù)設(shè)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(shè)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(yīng)邏輯功能的新器件，實現(xiàn)底層設(shè)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(shè)計。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)計方法，可大大提高工作效率，設(shè)計更加靈活、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。