1、電子設計自動化（EDA）技術課程設計報告 題目: 自動售貨機控制系統 姓 名： 院 系： 專業： 學 號： 指導教師： 完成時間: 年 月 日設計題目自動售貨機控制系統設計要求設計一個模擬自動售貨機的邏輯控制電路1、 它有兩個投幣口分別為一元投幣口和五角投幣口。2、 每次只能投入一枚一元或五角硬幣。3、 投入一元五角硬幣后機器自動給出一瓶礦泉水。4、 投入兩元硬幣后，在給出一瓶礦泉水的同時找回一枚五角的硬幣。設計過程使用VHDL語言的原因：利用語言的靈活性及功能強大的EDA工具，可以輕松完成硬件的功能擴充與升級，還可以實現更復雜的數字系統，整個設計過程相對于傳統的設計方法，有較大的突破。VHD

2、L語言作為現代數字系統的重要設計工具，以其靈活、簡潔的設計風格在電路設計中發揮著越來越重要的作用。選用狀態機的原因： 我們提出了兩套方案：一種是進程，一種是狀態機。 進程就是把程序分割成很多個獨立的版快。相互之間用信號連接，設計過程中出現了很多問題。因為VHDL語言跟純軟件語言存在很大的區別，必須考慮硬件是否能夠實現，所以VHDL語言不能隨便使用信號，且不可以隨便使用時鐘上升沿驅動進程。因此我們選用了另一種方案狀態機實現。有限狀態機FSM(Finite State Machine)及其設計技術是實用數字系統設計中實現高效率、高可靠邏輯控制的重要途徑。所有的狀態均可表達為CASE_WHEN結構中

3、的一條CASE語句，而狀態的轉移則通過IF_THEN_ELsE語句實現。此外，與VHDL的其它描述方式相比，狀態機的VHDL表述豐富多樣，程序層次分明，結構清晰，易讀易懂；在排錯、修改和模塊移植方面也有其獨到的特點。成績評定指導教師評語課程設計等級目 錄 一、課程設計題目、內容與要求 1、設計題目2、具體要求 二、系統設計 1、 設計思路2 、系統原理（包含：框圖等闡述）與設計說明等內容 三、系統實現 注：此部分闡述具體實現，包含主要邏輯單元、模塊、源代碼等內容 四、系統仿真 五、硬件驗證（操作）說明 六、總結 七、參考書目 一、課程設計題目、內容與要求1、 設計題目自動售貨機控制系統2、 具

4、體要求 設計一個模擬自動售貨機的邏輯控制電路 1、它有兩個投幣口分別為一元投幣口和五角投幣口。 2、每次只能投入一枚一元或五角硬幣。 3、投入一元五角硬幣后機器自動給出一瓶礦泉水。 4、投入兩元硬幣后，在給出一瓶礦泉水的同時找回一枚五角的硬幣二、系統設計1、設計思路 根據設計要求可以對售貨機的基本功能進行確定。它應該能夠區分一元和五角硬幣，并且能夠對投入的貨幣進行累加。當所投幣值達到商品售價。就自動送出商品。因為題目要求只有一種商品并且其售價為一元五。根據這一特殊點可設計方案如下：用兩個開關分別模擬投入一元和五角硬幣時產生的信號，高電平有效。用兩顆LED分別模擬售出商品和找錢信號，燈亮有效。具

5、體功能實現如下：1、 連續兩次將IN-YUAN置1，則OUT燈會亮，且ZHAOQIAN也會亮。表示買一元五的礦泉水，投了兩元錢，則售出商品，找回五角零錢。2、連續三次將IN-JIAO置1，則OUT燈會亮，而ZHAOJIAN不會亮。表示買一元五的礦泉水，當所投錢幣達到一元五時就自動售出商品，完成交易。3、分別將IN-YUAN，IN-JIAO置1，則OUT燈會亮，而ZHAOJIAN不會亮。原理同2。2、系統原理 自動售貨機的所有信號均由同步時鐘信號clk的正邊沿觸發。由于售貨機的硬幣接受器一般是一個機械設置裝置，投幣時產生的信號要比同步信號clk要慢得多，一般可持續好幾個周期，必須對投幣輸入信號進

6、行處理，使每一次投幣時在clk脈沖周期內只能產生一個脈沖作為功能控制模塊的投幣驅動信號。因此可將該系統分為兩個模塊。 Shuru SHJ_CTRLPIN-YUAN APIN-JIAO BCLK A ZB YCLK OUT ZHAOJIAN（圖一）自動售貨機控制系統各模塊連接圖自動售貨機控制系統模塊之間連接如圖一所示，其中“shuru”為投幣輸入信號處理模塊，它是利用D觸發器和幾個門電路組成的一個簡單時序邏輯電路。主要起到對輸入信號進行存儲和延時的作用。其輸出信號作為功能控制模塊“SHJ_CTRL”的輸入驅動信號。功能控制模塊“SHJ_CTRL”則用VHDL語言實現。它主要起到對輸入信號進行分析

7、處理的作用。是整個系統的核心。其中，OUT為自動售貨機的礦泉水輸出信號，ZHAOQIAN為找錢輸出信號。三、系統實現1、功能控制模塊1）自動售貨機控制功能的狀態描述 取投幣信號為輸入邏輯變量，投入一枚一元硬幣時用A=1表示，未投入時A=0。投入一枚五角硬幣用B=1表示，未投入時B=0。給出礦泉水和找錢為兩個輸出變量，分別用Z和Y表示，給出礦泉水時Z=1，不給時Z=0，找回一枚五角硬幣時Y=1，不找時Y=0。 根據上面的功能描述，可用三個狀態S0，S1，S2表示，未投幣前的初始狀態為S0，投入五角硬幣以后為S1，投入一元硬幣后(包括投入一枚一元硬幣和投入兩枚五角硬幣的情況)為S2，再投入一枚五角

8、硬幣后電路返回S0，同時輸出為Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬幣，則電路也應能返回S0，同時輸出為Z=1，Y=1。根據上面的分析可得到狀態轉換圖如圖二所示。 00/00S2222S0 oo 0O0S1AB/ZY 01/10 01/00 或10/11 10/10 10/0000/00 01/00 00/00圖二2） 自動售貨機功能控制模塊的VHDL實現 根據上面所示的狀態轉換圖，用VHDL語言中的CASE_WHEN結構和IF_THEN_ELSE語句實現控制功能，源程序如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY shj_ctrl

9、 IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC; clk:IN STD_LOGIC; Z,Y:OUT STD_LOGIC); END shj_ctrl ;ARCHITECTURE beha OF shj_ctrl IS TYPE states IS(S0,S1,S2); SIGNAL state:states; SIGNAL X:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN X<=A&B; PROCESS(x,state) BEGIN IF rising_edge(clk) THEN CASE state IS WHEN S0=>Z<=&

10、#39;0'Y<='0' IF(X="01")THEN state<=s1; ELSIF(X="10")THEN state<=s2; ELSE state<=s0; END IF; WHEN S1=>Z<='0'Y<='0' IF(X="01")THEN state<=s2; ELSIF(X="10")THEN state<=S0; Z<='1'Y<='0' E

11、LSE state<=s1; END IF; WHEN S2=>Z<='0'Y<='0' IF(X="01")THEN state<=S0; Z<='1'Y<='0' ELSIF(X="10")THEN state<=s0; Z<='1'Y<='1' ELSE state<=s2; END IF; END CASE; END IF; END PROCESS; END beha; 上面程序中，A、

12、B分別為一元硬幣和五角硬幣驅動信號，Z為礦泉水輸出信號，Y為找錢輸出信號。3、 投幣輸入信號處理模塊投幣輸入信號的處理電路如圖三所示，其中IN_yuan和IN_jiao作為一元硬幣和五角硬幣的投幣輸入信號，A和B為相應的輸出信號，作為功能控制模塊的輸入信號，而且A、B輸出是在投幣輸入信號IN_yuan和IN_jiao為高電平1之后的一個周期內被設置為1。（圖三 ） 投幣輸入信號的處理電路 （圖四） 投幣輸入電路的仿真圖經過仿真結果如圖四所示，實現了每次投幣后在一個clk周期內只產生一個可靠的脈沖驅動信號。四、系統仿真自動售貨機控制系統功能仿真 整個控制系統通過MAX+PLUSII軟件進行編譯和

13、仿真，仿真結果如圖五所示符合電路設計要求。并把程序下載到芯片MAXEP1K10TC100-3進行驗證與實際相符。 圖五 控制系統功能仿真圖五、硬件驗證（操作）說明 因為實驗室條件有限，無法進行具體的硬件驗證。則可以先擬訂方案如下：（本次實驗采用EDA2000實驗系統，配合相關儀器設備，進行驗證。）1、將程序下載到芯片MAXEP1K10TC100-32、實物連接 1）將A，B分別用導線連接開關 2）CLK 連接板載時鐘3）Z，Y分別接LED燈4、 進行模擬仿真 1）連續兩次將IN-YUAN置1，觀察結果。 2）連續三次將IN-JIAO置1，觀察結果。 3）分別將IN-YUAN，IN-JIAO置1，觀察結果。4、分析硬件模擬和軟件