61009133车载GPS导航模拟系统

n      车载GPS导航模拟系统实际上相当于一个独立的GPS终端，它基于真正的

GPS的原型，实现了在点阵板上实现GPS功能的构想。由于不涉及与其他外设的无线信号传输，因而实际上这里的GPS采用的是固定的预存在程序上的图形，不具有更新功能；而在这一张图形上，具体实现了道路搜索展示、行进、定位、视角切换等功能，最终达到了在点阵板顺利实现GPS运行展示的预期目的。

n      GPS导航采用先进的定位与计算技术，给人们的生活带来了极大地便利，已

经逐渐成为现代交通的的眼睛；同时我国的北斗卫星导航系统发展的如火如荼，有望在不久的将来大范围运用。但GPS使用费用高，在我国并不普及。该项目模拟GPS终端系统，可为用户提供一定导航、测速等基本作用。使用户熟悉GPS操作；同时作为终端的一种模拟系统，如果有外在真实信息的输入，在原理上就相当接近真正的GPS了。

n      功能、指标、规模

功能 基础部分：

1. 用户需要输入密码，启动汽车（模拟GPS系统）

2. 用户输入当前位置和终点后，系统自动搜索可用的最佳道路，并在点阵板上予以显示；

3. 用户通过键盘控制行进方向和拐弯方向；

4. 进入道路后，以闪烁的点表示汽车的逐渐运动；

5. 用户通过键盘输入速度，数码管显示剩余道路长度、行驶速度和剩余时间。

6. 智能语音提醒，在应当拐弯时语音提示；

7 提供车祸自动求救功能。车辆遭遇车祸时自动发出求救警报

提高部分：

      8. 随着汽车的运动，点阵显示的道路的观察视角可以随之发生变化

9. 道路记录功能，提供给司机作为回程时参考

     10．路线修改功能，若驾驶员不小心偏离最佳航线，系统会自动寻找路线回到主道路。

指标：道路能分不同颜色正确显示；正确运行输入输出功能；正确完成道路的搜索过程；可以基本展示出车辆运行的整个过程，运行过程中起点和终点闪烁；数码管显示正确无误；转向灯、状态指示灯等正常运行；运行过程中道路修正、以前道路展示、视角转换等功能正确无误。

规模：该项目主体定位于16*16点阵来展示整个道路画面，整个操作在开发板上运行，依靠键盘作为输入的工具，数码管、LED灯、点阵板作为输出负载，属于属于较为复杂的小型化、实用型FPGA系统。

n      控制面板

              实际图像:

           操作规则：

1. 按START键系统运行

2. 输入当前位置横纵坐标，按确定。

3. 输入终点的横纵坐标，按确定；若输入错误，只需按下E即可重新进行输入。

4. 再按确定，即可显示可用道路

5. 运行中驾驶员通过方向键控制车辆运行；通过A、B键切换运行速度；按7键启动视角切换功能，3键关闭该功能；按下C键可以随时查看走过的道路。

6. 偏离主道路后按HELP键，显示回至主道路的路径。

7 返回时，按PAST即可调出最近运行道路，以供回程参考

8. RST由外在开关输入，使得系统可以随时回到初始状态。

 注：START键为“F”，HELP、PAST键均为“E”；上下左右方向键分别为“1”、“9”、“4”、“6”。

n      输入、输出接口

 输入信号：1. RST信号，由开关直接输入相应接口即可。

            2. 键盘列状态信号，直接由键盘上的COL1、COL2、COL3、COL4输入即可

 输出信号：1.点阵板行扫描信号，具体包括红色red[9..0]和绿色green[9..0]两种信号；

            2. 点阵板列扫描信号，为周期性变化的rows[9..0];

            3. 键盘行扫描信号，只需将COL[3..0]输出到ROW[3..0]即可;

            4. 数码管显示信号，连接至六个数码管，分别为x1[7..0], y1[7..0], x2[7..0], y2[7..0], redlen[7..0] , timeleft[7..0],表示起点横纵坐标、终点横纵坐标，剩余道路长度，剩余时间等。

            5. finish , rled , lled, wrong接至LED显示，分别是到达终点信号，右转向灯，左转向灯，输入错误提醒

            6. state[3..0]接至LED显示，表示当前状态；rot[1..0]表示当前视角与原始视角之间的角度差，接至LED显示。

n      核心问题

n      解决方案

n      系统框图

简化框图：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n      模块功能描述

n      模块接口标注（参数、协议）

采用EP1C6Q240C8实验箱，其输入输出的实际连线与管脚表如下：

 

 

n      系统工作状态流程

n      各模块的仿真波形，详细注释输入输出功能端口

主程序仿真图：

端口说明：

opeartion为键盘输入

x1、y1是当前坐标

x2、y2是终点坐标

searchflag是搜索寄存器

state是状态寄存器

initflag是初始化寄存器。

 

BCD码转八段码模块：

Shuru:BCD码输入

Clk:时钟；

Shuchu :八段码输出；

 

转向灯模块：

Clk: 时钟；

Iled：主程序输入转向信号

Oled：输出转向灯

Rst：清零信号

n      预期的目标与当前实现功能的差异详细注释

    预期实现的道路显示、道路搜索、人员运行、道路修正、视角切换、以往道路显示等功能得到了实现；但是车祸报警功能没有实现，因为涉及到外设，非常复杂；同时，原先设定的几张图级联的想法也没有实现，即只能在一张图上运行以上诸多操作，而不能形成“地图网”。而在完成的功能中，我增加了状态提示，转向角显示等功能，同时，分别完善和简化了一些功能，如：视角切换的初始方向只能是固定的，简化了要求；而输入错误时可以重新输入，则是扩展了原来的功能。

n      可以进一步发挥提高的部分

1.      在每步运行前，如果能够给出具体提示，则会更好；

2.      加上测醉驾的外设，利用酒精传感器与AD转换实现酒架报警，则功能更趋完善；

3.      可以增加多幅图，能够自由实现几幅图之间的切换，能够在不同地图上共同连接成一条道路，实现“地图网”。

n      课程设计体会

数字系统的设计实际上是一次自主学习的过程，这个过程中有过挣扎，有过失望，有时甚至想要放弃；但同时也有成就，快乐和自信，现在回想起来，学到了很多。

课程要求我们用硬件描述语言编写一个相对复杂的系统，而硬件描述语言我们从没接触过，老师上课也不讲述，所以这完全靠我们自学了。这样一个过程，虽然是痛苦的，却毫无疑问，极大地锻炼了我们自主学习、查找资料、发现分析解决问题等的能力，现在想来。如果不是有这门课，我恐怕始终不会相信自己可以靠自学完全掌握这样一门设计语言。

整个设计过程，我选择了Verilog语言，因为它与C语言即极为相似，容易掌握。而这个过程，却也有好多问题：比如Verilog语言中，我多采用了非阻塞赋值，需要在以时钟作用下同步运行；而C++则不是这样，它往往是顺序执行，前一行执行完了才执行下一行；这样两门语言就产生了差距，处理的办法是在Verilog中设计节拍，在节拍的作用下，每次只执行一小段，整体看来就相当于顺序执行。这实际上是自己思考的结果，很好的锻炼了自己独立思考的能力。

在整个设计过程中，我始终注意到了两点，一是多用状态寄存器，因为状态寄存器可以很好的传递信息，而代价却很小，因而用起来很方便，我在程序中设置了许多临时变量，使得整个程序看起来很复杂，实际上确是井然有序；而是避免任何隐患的产生，在程序中我考虑到了诸如输入错误如何处理、如何在闪烁的点亮的时候运行到下一个地方，如何保证正序旋转和反向旋转互不干扰，可以叠加，且每次只执行一次等等，这些考虑，使得系统抗风险能力大幅度提高，拥有着较高稳定性，因而也就能更好的展示出来。

调试程序是整个系统设计的大头，往往耗费的时间比编程还多。同时自己的实践，我总结出了以下几点：一是最好在调试前进行仿真，仿真无误后再进实验室进行调试；二是分模块检验，最好保证每一块都是对的，这样才能级联起来构成系统；三，要对自己的程序十分的熟悉，要经常看，搞清楚哪几个量会影响特定输出，调试时如果发现那个量不正确，只需注意查看其影响因素即可；最后一点，如果实在发现不了错误，而运行结果又不对，就可以了考虑以下是不是硬件的问题了，因为实验室的条件实在不敢恭维了，弄不好花了一天时间没调试出来，却最后发现是硬件不行，那就冤枉了。

整个数字系统的设计，占用了我们很多的时间，尤其是接近考试周的宝贵时间。但我们确实学到了很多东西，它将成为我们一个难忘的记忆，见证着我们不畏困难、勇往直前的学习精神，见证着我们的成功。以后的道路上，即便再有其他困难，有了这样一种历练，我们会更加从容不迫的应对。

[1] 徐莹隽、常春等编著，数字逻辑电路设计实践.北京：高等教育出版社，2008.5

[2] 夏宇闻等编著，Verilog数字系统设计教程。北京：北京航空航天大学出版社,2003

[3] 姚远，李辰编著 ,FPGA开发入门与典型实例。北京:人民邮电出版社,2010