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1、摘 要本设计采用EDA技术，利用FPGA芯片来设计一个自动售货机，机器设有2个投币孔，可以接受一元和五角的硬币，每瓶饮料2.5元，可用2个按键来代替。还设有2个输出，要求有找零和提示信号，分别输出饮料和找零，设计按照EDA课程设计的流程，源代码的编写，前仿真，综合，然后布局布线，后仿真，前、后仿真验证成功后，下载到FPGA实验箱上进行验证，与传统的设计方式相比，本设计由于采用了FPGA芯片来实现，它将大量的电路功能集成到一个芯片中，并且可以由用户自行设计逻辑功能，提高了系统的集成度和可靠性。【关键词】EDA技术、FPGA芯片、源代码的编写、仿真Abstract: Based on the ED
2、A technology, Using the FPGA chip design a vending machine, the machine has two slot, can accept a bottle and the coin, 2.5 yuan, can drink two buttons instead. Also has two output, for a change and output signal hint, respectively, in accordance with the change drinks and design of process, curricu
3、lum design, EDA simulation code written before, the comprehensive and layout, after wiring, simulation, a simulation test before and after the success, download to verify the FPGA experiment box, and the traditional design methods, this design compared with FPGA chips to realize the circuit, it will
4、 be a function integration to a chip, and can be designed by the user, improve the system logic function of integration and reliability.【Keywords】 Electronic Design Automatic Technology , Flied Programmable, Gate Array, Source code, Simulation中部石漠化综合防治水土保持区，要加强林草植被的保护与恢复，加强山洪地质灾害防治，加强石漠化综合治理，遏制石漠化蔓延
5、，增强区域水土保持能力；东部生物多样性保护水土保持区，要加强自然保护区建设和流域水土流失区综合治理，切实保护生物多样性和特有自然景观，增强森林生态系统功能。前 言随着电子技术和计算机技术的飞速发展，电子线路的设计工作也日益显得重要。经过人工设计、制作实验板、调试在修改的多次循环才定型的传统产品设计方法必然被计算机辅助设计所取代，因为这种费时费力又费资源的设计调试方法既增加了产品开发的成本，又受到实验工作场地及仪器设备的限制。为了克服上述困难，加拿大Interactive Image Technologies公司推出的基于Windows 9598NT操作系统的EDA软件。他可以将不同类型的电路组
6、合成混合电路进行仿真。此外，从另一角度来看，随着计算机技术和集成电路技术的发展，现代电子与电工设计，已经步入了电子设计自动化（EDA）的时代，采用虚拟仿真的手段对电子产品进行前期工作的调试，已成为一种发展的必然趋势。通过对实际电子线路的仿真分析，从而提高对电路的分析、设计和创新能力。数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，而且希望A
7、SIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件(FPLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。FPGA(现场可编程门阵列)与 CPLD(复杂可编程逻辑器件)都是可编程逻辑器件，它们是在PAL,GAL等逻辑器件的基础之上发展起来的。同以往的PAL,GAL等相比较，FPGACPLD的规模比较大，它可以替代几十甚至几千块通用IC芯片。这样的FPGACPLD实际上就是一个子系统部件。本设计采用EDA技术，利用FPGA芯片来设计一个自动售货机，机器设有2个投币孔，可以接受一元和
8、五角的硬币，每瓶饮料2.5元，可用2个按键来代替。还设有2个输出，要求有找零和提示信号，分别输出饮料和找零，设计按照EDA课程设计的流程，源代码的编写，仿真,布局布线，验证成功后，下载到FPGA实验箱上进行验证，与传统的设计方式相比，它将大量的电路功能集成到一个芯片中，并且可以由用户自行设计逻辑功能，提高了系统的集成度和可靠性。目 录1、EDA技术发展及介绍11.1EDA技术的介绍11.2 EDA技术的发展11.3 EDA技术的发展趋势22、总体方案设计32.1设计内容32.1设计方案比较32.3方案论证43、单元模块设计与实现53.2供电电路53.3 复位电路54、系统设计详细说明64.1
9、Verilog程序源代码74.2仿真前波形及分析84.3仿真波形84.4 定时器原理图104.5 RLT级原理图114.5 仿真后分析115、FPGA器件介绍137、总结147.1设计小结147.2设计收获147.3设计改进157.4 致谢15参考文献161、EDA技术发展及介绍1.1EDA技术的介绍EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。EDA技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，根据硬件描述语言
10、HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件， 是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。 利用EDA工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用。目前EDA技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。例如在飞机制造过
11、程中，从设计、性能测试及特性分析直到飞行模拟，都可能涉及到EDA技术。 EDA设计可分为系统级、电路和物理实现级。硬件描述语言HDL是相对于一般的计算机软件语言，如：C、PASCAL而言的。HDL语言使用与设计硬件电子系统的计算机语言，它能描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接方式。设计者可利用HDL程序来描述所希望的电路系统，规定器件结构特征和电路的行为方式；然后利用综合器和适配器将此程序编程能控制FPGA和CPLD内部结构，并实现相应逻辑功能门级或更底层的结构网表文件或下载文件。目前，就FPGA/CPLD开发来说，比较常用和流行的HDL主要有ABEL-HDL、AHDL和VHDL。 1.2
12、EDA技术的发展可将EDA技术分为三个阶段。（1）七十年代为CAD阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作，产生了计算机辅助设计的概念。（2）八十年代为CAE阶段，与CAD相比，除了纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计，这就是计算机辅助工程的概念。CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。（3）九十年代为ESDA阶段，尽管CAD/CAE技术取得了巨大的成功，但并没有把人从繁重的设计工作中彻底解放出来。在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，各种ED
13、A软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接。基于以上不足，人们开始追求：贯彻整个设计过程的自动化，这就是ESDA即电子系统设计自动化。1.3 EDA技术的发展趋势目前的EDA产业正处在一场大变革的前夕，对更低成本、更低功耗的无止境追求和越来越短的产品上市压力正迫使IC供应商提供采用0.13m或以下的千万门级的系统芯片，而这些系统芯片的高复杂性设计更加依赖于EDA供应商提供全新的设计工具和方法以实现模拟前后端、混合信号和数字电路的完全整合。然而，这些新的需求为当代EDA工具和设计方法带来了不少新的挑战与机会。例如，如何在工艺上防止模拟电路与数字电路之间的干扰；现有
14、的大部份EDA工具最多只能处理百万门级设计规模，随着IC设计向千万门级以上规模发展，现有EDA工具和方法必须进行升级。如何融合各EDA供应商的工具，以便向IC设计界提供更高效能和更方便的RTL-to-GDSII或Con c-e p t-to-GDSII整合设计环境；为保证深亚微米(0.13m或以下)和更低内核工作电压(1.8V或以下)时代的信号完整性和设计时序收敛，必须采用新的设计方法。从目前的EDA技术来看，其发展趋势是政府重视、使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。 中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PCB制板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员开
15、发复杂的片上系统器件。为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要引进和学习一些最新的EDA技术。在信息通信领域，要优先发展高速宽带信息网、深亚微米集成电路、新型元器件、计算机及软件技术、第三代移动通信技术、信息管理、信息安全技术，积极开拓以数字技术、网络技术为基础的新一代信息产品，发展新兴产业，培育新的经济增长点。要大力推进制造业信息化，积极开展计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺（CAPP）、计算机机辅助制造（CAM）、产品数据管理（PDM）、制造资源计划（MRPII）及企业资源管理（ERP）等。有条件的企业可开展“网络制造”，便于合作设计、合作制造，参与国内和国际竞争。开展“数控化”工程和“数字化”工程。自动化仪表的技术发展趋势的测试技术、控制技术与计算机技术、通信技术进一步融合，形成测量、控制、通信与计算机（M3C）结构。在ASIC和PLD设计方面，向超高速、高密度、低功耗、低电压方面发展。 外设技术与EDA工程相结合的市场前景看好，如组合超大屏幕的相关连接，多屏幕技术也有所发展。 中国自1995年以来加速开发半导体产业，先后建立了几所设计中心，推动系列设计活动以应对亚太地区其它EDA市场的竞争。 半导体工艺的每
