06_03_020卡式电话计费器

北航计算机学院艾明晶2020/1/181《计算机EDA设计》实验教程实验九卡式电话计费器2020/1/182内容概要实验目的实验要求实验指导实验内容实验报告2020/1/183实验目的了解卡式电话计费器的工作原理。掌握卡式电话计费器的设计方法。2020/1/184实验要求设计一个卡式电话计费器计费器在话卡插入后，能将卡中的币值读出并显示出来；在通话过程中，根据话务种类计话费并将话费从卡值中扣除，卡值余额每分钟更新一次；计时与计费数据均以十进制形式显示出来。话务分为3类：市话、长话和特话。市话按每分钟3角钱计费，长话按每分钟6角钱计费，特话不收费。当卡中余额不足时产生告警信号，当告警时间达到15s时切断当前通话。实现设计的编程下载2020/1/185实验指导卡式电话计费器的接口示意图时钟clk卡插入信号card接通信号state话务种类decide[1..0]通话disptime卡值余额dispmoney写卡信号write读卡信号read告警信号warn切断通话cut卡式电话计费器2020/1/186信号定义输入信号•时钟信号（clk）：频率为1Hz•卡插入信号（card）•接通信号（state）•话务种类（decide[1..0]）•设置卡内金额的个位（set_money_low）•设置卡的金额的高位（set_money_high）2020/1/187输出信号•通话时间（disptime[7..0]）•卡值余额（dispmoney[7..0]）•写卡信号（write）•读卡信号（read）•告警信号（warn）•切断通话（cut）•接通信号(state_out)•话务种类（decide_out[1..0]）2020/1/188中间变量•reg[7:0]money;//卡内余额•reg[7:0]dtime；//通话计时•regt1m;//分时钟，写卡的时刻•integernum1,temp;//num1——对通话时间计数；temp用于计告警时间设计思路整个设计account.v主要由3个always模块组成，分别完成产生分时钟，电话计费和计时以及在告警时间过长时切断通话的功能。2020/1/189（1）产生分时钟always@(posedgeclk)//在接通线路的情况下，计数器num1以clk（T=1s）为时钟进行计数，计到59s时，计数器清零，并产生分时钟信号t1m。未接通线路时，num1和t1m均为0。（2）电话计费和计时always@(negedgeclk)begin//首先设置卡内的金额初值//然后进行通话计费和计时2020/1/1810①在卡插入，并接通线路的情况下，当通话时间够1分钟时，采用case语句，根据话务种类（decide的值），进行通话计费②当卡已拔出，或线路未接通时，对一些信号进行复位（3）在告警时间过长时切断通话always@(posedgeclk)//当告警时间达15秒时，产生切断通话信号（cut），电话局根据此信号切断通话，则接通信号变为低电平。//若卡已拔出或线路已断，则复位切断通话信号cut。2020/1/1811实验内容1.用Verilog语言设计卡式电话计费器的逻辑模型（文件名为account.v）为很快观察到卡内余额不足的现象，本实验假定通话时间disptime最长为59分钟；采用LED中D1~D7分别显示输出信号write、read、warn、cut、state_out、decide[0]和decide[1]。2.对account.v进行编译与仿真2020/1/1812仿真要求Tclk=1s，GridSize=1s，仿真结束时间取1000s整体仿真波形图2020/1/1813（1）仿真电话卡插入后，线路接通，打市话的情况。观察各输出信号和中间变量的变化。尤其注意仿真卡中余额不足的情况。2020/1/1814电话卡插入后，设置卡内金额为2元2角，以及线路接通后的仿真波形2020/1/1815打市话，通话时间够1分钟的仿真波形2020/1/1816打市话，通话时间达到7分钟时，卡内余额不足、产生告警、切断通话的仿真波形2020/1/1817（2）再给电话卡充值，仿真线路接通，打长话的情况。观察各输出信号和中间变量的变化。尤其注意仿真卡中余额不足的情况打长话，卡中余额不足的仿真波形2020/1/1818（3）将电话卡拔出、再插入后，仿真打特话2020/1/18193.设计下载用顶层文件文件名为account_top.bdf为减少等待时间，使实验箱上的15秒表示现实电话机上的一分钟。首先用Verilog语言设计一个分频子模块，将实验箱的20MHz系统时钟信号分频到4Hz，则disptime每隔15s加1计数，表示通话的分钟数。然后创建一个顶层图形设计文件account_top.bdf；选择器件EP1C12Q240C8，进行编译。2020/1/1820下载用顶层文件account_top.bdf注：由于键9和键10输出为低有效，所以这里set_money_high和set_money_low信号分别要经过一个反相器后，再与account子块的相应端口相连。2020/1/18214.引脚锁定及编程下载对顶层图形设计文件编译，再进行引脚锁定引脚定义重新编译，生成编程文件.sof文件运行下载程序，将编程目标文件phone.sof文件下载到FPGA器件中2020/1/18225.在线校验首先用键9和键10设置电话卡的金额初值。验证电话卡插入后，线路接通，打市话的情况。•观察read信号何时有效，write信号何时有效，通话时间和卡内余额的变化是否正确。尤其注意观察当卡中余额不足3角时，何时产生warn信号，又在何时产生cut信号。注：7个发光二极管均为高有效2020/1/1823再用键9和键10设置电话卡的金额初值，然后验证线路接通，打长话的情况。•观察read信号何时有效，write信号何时有效，通话时间和卡内余额的变化是否正确。尤其注意观察当卡中余额不足6角时，何时产生warn信号，又在何时产生cut信号。模拟将电话卡拔出后再插入，将decide设置为“11”，验证在卡中余额不足6角时，打特话的情况。•观察read信号为什么状态，是否会产生write信号、warn信号和cut信号，通话时间和卡内余额是否变化，为什么？2020/1/1824操作说明采用模式5。按键9或键10设置卡的余额；按键1，表示电话卡插入；按键3或键4选择话务种类；按键2，表示线路接通。最右边两个数码管（数码2，数码1）显示通话时间的高位和低位；中间两个数码管（键6，键5）显示卡内余额的高位和低位。LEDD1~D7分别表示write、read、warn，cut、state_out、decide_out[0]和decide_out[1]信号。2020/1/1825实验报告详细写出完整的设计说明，并画出程序流程图。根据仿真结果分析卡式电话计费器的工作过程。