EDA课程设计报告停车场管理.doc

长 沙 学 院

课程设计说明书

题目
模拟停车场管理系统的设计
系(部)
电子与通信工程系
专业(班级)

姓名

学号

指导教师
刘辉、龙英、谢明华
起止日期
2010.5.31-2010.6.11

EDA技术课程设计任务书
系（部）：电子与通信工程系 专业：电子信息工程 指导教师：刘辉、龙英、谢明华
课题名称
模拟停车场管理系统的设计
设计内容及要求
实现一个模拟停车场管理系统，使用8位拨码开关表示车号，按键A按下一次表示该车进入停车场，同时数码管显示该车车号信息（3个数码管显示拨码开关对应的十进制数）及收费费率（位方便模拟，按1元／分钟）；按键B按下一次表示该车从停车场出来，该车出来时用数码管显示的信息包括：3位车号、停车时间（2位小时数、两位分钟数）、3位停车费用。（数码管位数不够可采用滚动显示的方式）

设计工作量
1、VHDL语言程序设计；
2、波形仿真；
3、在实验装置上进行硬件测试，并进行演示；
4、提交一份完整的课程设计说明书，包括设计原理、程序设计、程序分析、仿真分析、硬件测试、调试过程，参考文献、设计总结等。
进度安排
起止日期（或时间量）
设计内容（或预期目标）
备注
第1天
课题介绍，答疑，收集材料

第2天
设计方案论证及设计

第3-7天
设计VHDL语言程序

第8-9天
在实验装置上进行硬件测试

第5~9天,第10天上午
在实验装置上进行硬件测试

第10天下午
编写设计说明书

教研室
意见

年 月 日

系（部）主管领导意见

年 月 日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
谭鑫
学号
2007044228
专业
电子信息工程
班级
2
设计题目
模拟停车场管理系统的设计
指导教师
刘辉、龙英、谢明华
指导教师意见：

评定等级： 教师签名： 日期：
答辩小组意见：

评定等级：　　　　　答辩小组长签名：　　　　　日期：　　　　
教研室意见：

教研室主任签名： 日期： 　
系（部）意见：

系主任签名：　　　　　　　　日期：　　　　　
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；

目 录
1.设计思路分析 1
1.1题目要求 1
1.2设计思路 1
2.系统结构设计及分析 2
2.1分频模块 4
2.2消抖模块 6
2.3车牌显示模块 7
2.4计时模块 9
2.5费率器模块 11
2.6滚动模块 12
2.7译码模块 15
3.使用说明 17
4.心得与体会 18
参考文献 18

1.设计思路分析

1.1题目要求
实现一个模拟停车场管理系统，使用8位拨码开关表示车号，按键A按下一次表示该车进入停车场，同时数码管显示该车车号信息（3个数码管显示拨码开关对应的十进制数）及收费费率（位方便模拟，按1元／分钟）；按键B按下一次表示该车从停车场出来，该车出来时用数码管显示的信息包括：3位车号、停车时间（2位小时数、两位分钟数）、3位停车费用。（数码管位数不够可采用滚动显示的方式）

1.2设计思路
分析题目要求，宜采用“模块法”的设计方法。（模块法——先用VHDL语言设计各个模块，将这些模块生成图形文件，在顶层文件中再调用这些图形。）

具体思路：
当一辆车进入停车场，按键A被按下：计时器开始计时，同时把该车的车牌号和费率送入数码管显示（3个数码管显示拨码开关对应的十进制数：采用BCD码转换的方法；费率显示采用输入设置，可以通过按键+1的方式设置从1~99的费率）。当车驶出停车场时，按键Ｂ被按下，此时计时器停止计时，并把计时时间送入数码管显示（2位小时数、两位分钟数），同时显示车牌号信息及停车费用（三位显示：停车费用＝停车时间×费率）。由于数码管位数不够采用滚动显示的方式。

2.系统结构设计及分析

本系统主要包括以下八个模块：分频模块fpq，车牌BCD转换模块chepai，消抖模块xiaodou，计时模块jishi，费率模块feilvqi，计价器模块jjq，滚动模块gundong，译码器模块YMQ。先通过VHDL文本生成这些模块，再在顶层文件中调用这些模块。
系统的主程序流程图如图1所示。

图1.系统主程序流程图

系统的顶层文件，即为本系统的总原理图，如图2所示。

图2.系统总原理图
2.1分频模块
该模块对实验箱上的50MHz时钟进行分频，分成所需要的几种不同频率的时钟。分频的原理为：对50MHz时钟每来一个上升沿计一次数，当计数到一定值的时候，计数值清零并且让输出电平取反，根据计数值的不同可以得到不同的输出频率。在本设计中分频出0.1HZ,1HZ，100Hz，200Hz，500Hz的频率，以供不同的需要。

分频模块源程序： 图3 分频模块

2.2消抖模块
作为机械开关的键盘，在按键操作时，机械触点的弹性及电压突跳等原因，在触点闭合和开启瞬间会出现电压的抖动。为保证按键识别的准确性，在按键电压信号抖动的情况下不能进行状态输入。为此必须进行去抖动处理，消除抖动部分的电压信号，一般有硬件和软件两种方法。硬件就是加去抖动电路，这样可以从根本上解决按键抖动问题。软件消抖就是利用软件延时消抖，具体说就是当检测到高电平（有按键按下），1kHz脉冲来一个高电平计数值加1，一遇到低电平计数值清零，当计数值大于10时，说明按键是被真的按下，消除了抖动。本系统采用软件消抖。 图4.消抖模块
图5.消抖模块波形仿真

消抖模块源程序：

2.3车牌显示模块
用8位拨码开关表示车号，拨码开关对应的8位二进制通过BCD转换为12位BCD码。

图5.拨码开关BCD转换模块
8位拨码开关BCD码转换程序：
--拨码开关对应数码管显示
--**************库定义、 包定义********************
LIBRARY ieee;
USE ieee.std_logic_1164.ALL;
USE ieee.std_logic_arith.All;
USE ieee.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
--******************实体定义***********************
ENTITY chepai IS
PORT(--clk : IN STD_LOGIC;--时钟输入
key : in std_logic_vector(7 downto 0);--键入
-- l : out STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);--输出数码管位选
chep : out STD_LOGIC_VECTOR(11 downto 0)--数码管段码
);
END chepai ;
--**************构造体定义********************
ARCHITECTURE an OF chepai IS
signal clock : std_logic;--分频后时钟
signal p : integer range 0 to 255;--显示数据寄存器
signal b0,b1,b2 : integer range 0 to 9;--显示数位寄存器，b0表示个位，b1表示十位，b2表示百位
signal cnt : integer range 0 to 3:=0;--数码管位选扫描程序
begin
p<=conv_integer(key);--数据输入
process(p)--显示查表进程
FUNCTION b_to_s4(bcd8421:INTEGER RANGE 0 TO 9) RETURN STD_LOGIC_VECTOR IS--BCD转换七段函数
VARIABLE smg4: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
BEGIN
CASE bcd8421 IS --计算输出值
WHEN 0 => smg4:="0000";--0 --gfedcba 共阳
WHEN 1 => smg4:="0001";--1
WHEN 2 => smg4:="0010";--2
WHEN 3 => smg4:="0011";--3
WHEN 4 => smg4:="0100";--4
WHEN 5 => smg4:="0101";--5
WHEN 6 => smg4:="0110";--6
WHEN 7 => smg4:="0111";--7
WHEN 8 => smg4:="1000";--8
WHEN 9 => smg4:="1001";--9
when others=>null;
END CASE;
RETURN smg4;
END b_to_s4;
begin
case p is
when 0|10|20|30|40|50|60|70|80|90|100|110|120|130|140|150|160|170
|180|190|200|210|220|230|240|250=>b0<=0;
when 1|11|21|31|41|51|61|71|81|91|101|111|121|131|141|151|161|171
|181|191|201|211|221|231|241|251=>b0<=1;
when 2|12|22|32|42|52|62|72|82|92|102|112|122|132|142|152|162|172
|182|192|202|212|222|232|242|252=>b0<=2;
When 3|13|23|33|43|53|63|73|83|93|103|113|123|133|143|153|163|173
|183|193|203|213|223|233|243|253=>b0<=3;
When 4|14|24|34|44|54|64|74|84|94|104|114|124|134|144|154|164|174
|184|194|204|214|224|234|244|254=>b0<=4;
When 5|15|25|35|45|55|65|75|85|95|105|115|125|135|145|155|165|175
|185|195|205|215|225|235|245|255=>b0<=5;
When 6|16|26|36|46|56|66|76|86|96|106|116|126|136|146|156|166|176
|186|196|206|216|226|236|246=>b0<=6;
When 7|17|27|37|47|57|67|77|87|97|107|117|127|137|147|157|167|177
|187|197|207|217|227|237|247=>b0<=7;
When 8|18|28|38|48|58|68|78|88|98|108|118|128|138|148|158|168|178
|188|198|208|218|228|238|248=>b0<=8;
When 9|19|29|39|49|59|69|79|89|99|109|119|129|139|149|159|169|179
|189|199|209|219|229|239|249=>b0<=9;
when others=>
end case;
case p is
when 0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|100|101|102|103|104|105|106|107|108|109
|200|201|202|203|204|205|206|207|208|209=>b1<=0;
when 10|11|12|13|14|15|16|17|18|19|110|111|112|113|114|115|116|117
|118|119|210|211|212|213|214|215|216|217|218|219=>b1<=1;
when 20|21|22|23|24|25|26|27|28|29|120|121|122|123|124|125|126|127
|128|129|220|221|222|223|224|225|226|227|228|229=>b1<=2;
when 30|31|32|33|34|35|36|37|38|39|130|131|132|133|134|135|136|137
|138|139|230|231|232|233|234|235|236|237|238|239=>b1<=3;
when 40|41|42|43|44|45|46|47|48|49|140|141|142|143|144|145|146|147
|148|149|240|241|242|243|244|245|246|247|248|249=>b1<=4;
when 50|51|52|53|54|55|56|57|58|59|150|151|152|153|154|155|156|157
|158|159|250|251|252|253|254|255=>b1<=5;
when 60|61|62|63|64|65|66|67|68|69|160|161|162|163|164|165|166|167
|168|169=>b1<=6;
when 70|71|72|73|74|75|76|77|78|79|170|171|172|173|174|175|176|177
|178|179=>b1<=7;
when 80|81|82|83|84|85|86|87|88|89|180|181|182|183|184|185|186|187
|188|189=>b1<=8;
when 90|91|92|93|94|95|96|97|98|99|190|191|192|193|194|195|196|197
|198|199=>b1<=9;
when others=>--b0<=10;
end case;
if p<100 then
b2<=0;
elsif p>=100 and p<200 then
b2<=1;
elsif p>=200 then
b2<=2;
end if;
chep(3 downto 0)<=b_to_s4(b0);
chep(7 downto 4)<=b_to_s4(b1);
chep(11 downto 8)<=b_to_s4(b2);
end process;
end an;

2.4计时模块
当A键按下时，计时器开始计时，B键按下时，计时器停止计时，clk为计时脉冲，来一个上升沿，计数器加1，reset为总复位信号。

计时模块程序：

图7.计时模块波形仿真
2.5费率器模块
初值为0，当费率在0-99范围内时，费率按键每按一次，费率加1。

图7.费率器波形仿真图 8.费率器模块图形文件

费率器模块源程序：

2.6滚动模块
滚动显示模块，当C=1时不滚动，但当C=0时滚动显示车牌、停车时间、及停车中费用。y[3..0]输出到译码器，sel为位选信号。

library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
use ieee.std_logic_arith.all; 图9 滚动模块图形文件
entity gundong is
port ( A,B:in std_logic;
data: in std_logic_vector(15 downto 0);
chep:in std_logic_vector(11 downto 0);
price:in std_logic_vector(11 downto 0);
feilv:in std_logic_vector(7 downto 0);
clk_200Hz,clk_1Hz: in std_logic;
sel: out std_logic_vector(7 downto 0);--weixuan
y: out std_logic_vector(3 downto 0));
end ;
architecture body_chooser of gundong is
signal c:std_logic;
signal count: std_logic_vector (2 downto 0);
signal cnt:std_logic_vector(3 downto 0);
begin
-- process(clk_200Hz)
-- begin
process(A,B)
begin
if (A'event and A='1') then
c<='1';
end if;
if B='1' then
c<='0';
end if;
end process;

process(clk_200Hz)
begin
if(clk_200Hz'event and clk_200Hz='1')then
if count<"111" then
count<=count+1;
else count<="000";
end if;
end if;
end process;

process(clk_1Hz)
begin
if clk_1Hz'event and clk_1Hz='1' then
if cnt<"1100" then
cnt<=cnt+1;
else cnt<="0000";
end if;
end if;
end process;

process(c,cnt,count)
begin
if c='1' then
case count is
--when "000"=>y<="1010";sel<="00000001";
when "000"=>y<=feilv(3 downto 0);sel<="00000010";
when "001"=>y<=feilv(7 downto 4);sel<="00000100";
--when "011"=>y<="1010";sel<="00001000";
when "010"=>y<=chep(3 downto 0);sel<="00100000";
when "011"=>y<=chep(7 downto 4);sel<="01000000";
when "100"=>y<=chep(11 downto 8);sel<="10000000";
when others=>null;
end case;
elsif cnt="0000" then
case count is
when "000"=>y<=chep(11 downto 8);sel<="10000000";
when "001"=>y<=chep(7 downto 4);sel<="01000000";
when "010"=>y<=chep(3 downto 0);sel<="00100000";
when "011"=>y<="1010";sel<="00010000";
when "100"=>y<=data(15 downto 12);sel<="00001000";
when "101"=>y<=data(11 downto 8);sel<="00000100";
when "110"=>y<=data(7 downto 4);sel<="00000010";
when "111"=>y<=data(7 downto 4);sel<="00000001";
when others=>null;
end case;
elsif cnt="0001" then
case count is
when "000"=>y<=chep(7 downto 4);sel<="10000000";
when "001"=>y<=chep(3 downto 0);sel<="01000000";
when "010"=>y<="1010";sel<="00100000";
when "011"=>y<=data(15 downto 12);sel<="00010000";
when "100"=>y<=data(11 downto 8);sel<="00001000";
when "101"=>y<=data(7 downto 4);sel<="00000100";
when "110"=>y<=data(3 downto 0);sel<="00000010";
when "111"=>y<="1010";sel<="00000001";
when others=>null;
end case;
elsif cnt="0010" then
…
elsif cnt="0011" then
…
elsif cnt="0100" then
…
elsif cnt="0101" then
…
elsif cnt="0110" then
…
elsif cnt="0111" then
…
elsif cnt="1000" then
…
elsif cnt="1001" then
…
elsif cnt="1010" then
…
elsif cnt="1011" then
…
elsif cnt="1100" then
case count is
when "000"=>y<="1010";sel<="10000000";
when "001"=>y<=chep(11 downto 8);sel<="01000000";
when "010"=>y<=chep(7 downto 4);sel<="00100000";
when "011"=>y<=chep(3 downto 0);sel<="00010000";
when "100"=>y<="1010";sel<="00001000";
when "101"=>y<=data(15 downto 12);sel<="00000100";
when "110"=>y<=data(11 downto 8);sel<="00000010";
when "111"=>y<=data(7 downto 4);sel<="00000001";
when others=>null;
end case;
end if;
end process;
end body_chooser;

图10 滚动显示

2.7译码模块
该模块将将输入的二进制信号译成相应的七段共阳极数码管的编码。数据输入data[3..0]，译码输出led7s[6..0]。

图11.译码模块图形文件

译码模块程序：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity ymq is
port(data: in std_logic_vector(3 downto 0);
led7s: out std_logic_vector(6 downto 0));
end ;
architecture one of ymq is
begin
process(y)
begin
case y is
when "0000"=>led7s<="1000000"; --0
when "0001"=>led7s<="1111001"; --1
when "0010"=>led7s<="0100100"; --2
when "0011"=>led7s<="0110000"; --3
when "0100"=>led7s<="0011001"; --4
when "0101"=>led7s<="0010010"; --5
when "0110"=>led7s<="0000010"; --6
when "0111"=>led7s<="1111000"; --7
when "1000"=>led7s<="0000000"; --8
when "1001"=>led7s<="0010000"; --9
when others=>null;
end case;
end process;
end ;

图12.译码模块波形仿真

3. 使用说明

按键说明：
A按键：为开始按钮，即当车辆进入停车场时，按下A开始计时，并显示进入车辆的车牌号及收费费率。B按键：为停止按钮，即当车辆驶出停车场时，按下B按钮，停止计时，并滚动显示，车牌号、停车时间及停车费用。费率按键：为费率设置按钮，每按一次，费率加1。Reset按钮为总复位按钮。clk为系统时钟，绑定到实验箱上的50MHz的时钟上，led7s[6..0]为数码管段选控制信号，sel[7..0]为8个数码管的位选控制信号。

测试方法：首先按下复位键，然后设置八位拨码开关的值（车牌号)，此时，数码管显示三位车牌号信息和费率，按下费率按键可以设置费率的值（每按一次加1，范围0~99），过一段时间，按下B键，此时8位数码管会滚动显示，三位车牌号，四位停车时间和三位停车费。按下复位键，可重新测试。

系统的引脚绑定如图13所示，实际操作中只需要按下图绑定即可。

图13.系统引脚绑定

4. 心得与体会

两周的EDA课程设计，我终于能在第8天成功的设计出了我的课题：模拟停车场管理系统，虽然在速度上我没能赶上部分同学，但是与他们不同的是，从软件到硬件完全是我一个人做出来的。没有人跟我同一个题目，网上也找不到资料，完全是一个人的战斗，但最后，我相信我赢得了这场战斗的胜利，圆满完成了模拟停车场管理系统的软硬件设计。
在这场战斗中我有很大的收获，首先我采用层次化结构化设计，将此项设计任务分成若干模块，规定每一模块的功能和各模块之间的接口，然后再将各模块联合起来调试，加深了我们对层次化设计的概念的认识。在设计的过程中，虽然遇到了很多困难，但是通过向老师和同学请教以及自己不断摸索、测试，一个个难题迎刃而解。从而提高了我独立发现问题、分析问题、解决问题的能力，其次，我也明白了一个道理，任何一件事情，只有亲自去做的时候才知道它到底难不难，有多难。我们就像小马过河中的小马，需要自己多去尝试。

参考文献

[1].《 EDA技术实用教程》潘松，黄继业.. 北京：科学出版社，2006
[2].《 VHDL设计实例与仿真》姜雪松，吴钰淳，王鹰等.. 北京：机械工业出版社，2007
[3]. 《基于Quartus Ⅱ的FPGA／CPLD设计》李洪伟，袁斯华..北京：电子工业出版社，2006