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1、课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 自动售货机控制系统的设计与仿真 初始条件：设计一个自动售货机控制系统，具有投币和选择商品等功能。可出售四种商品，分别为纯净水（1.5 元） 、牛奶（2 元） 、果汁（2.5 元） 、可乐（3 元） 。在购买过程中，采取投币方式，只能投入 0.5 元和 1 元两种规格的硬币，且一次只能投入一枚硬币。要求完成的主要任务: 1. 顾客通过按键选择某种商品后，由数码管显示该商品价格。顾客投币过程中，数码管显示投币额。2. 投币后，按下确认键，判断投币额是否足够，若投币额足够则根据顾客的要求自动售货并找零。若投币额不够，则报警 5s
2、 并退钱。3. 投币后，按下取消键，则终止交易，自动退钱。4. 售货机还具有供商家使用的累加卖货额的功能，由数码管显示累加的售出金额。5. 广泛调研，提出几种可行的方案，多方论证，确定设计方案。在 EDA 仿真软件上完成设计和仿真。6. 按规定格式完成报告书。7. 近 5 年参考文献不少于 5 篇。时间安排：1. 06 月 24 日 布置设计任务；2. 06 月 30 日 收集资料并确定设计方案；3. 07 月 0103 日 系统设计、编程、仿真和调试； 4. 07 月 04 日 撰写课程设计报告； 5. 07 月 05 日 答辩。 课设答疑/答辩地点：鉴主 501 室指导教师签名： 2012
3、 年 6 月 23 日系主任（或责任教师）签名： 2012 年 6 月 23 日1 绪论 自动售货机（Vending Machine）起源于公元前 215 年的古埃及，当时用于人们在神庙里用金币购买圣水。19 世纪 70 年代，自动售货机在美国、日本迅猛发展，如今已成为世界上最大的现金交易市场。作为一种前卫的零售方式，自动售货机已在 45 个国家广泛普及。据统计，日本平均每 23人就拥有一台自动售货机，美国平均每 40 人拥有一台自动售货机，美国自动售货机的零售营业额高达 293 亿美元，日本每个消费者每年在自动售货机上的消费金额达 5.5 元。全世界每年通过自动售货机销售商品的总额已达 20
4、00 亿美元。 近些年，随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。自动售货机在北京、上海、大连、沈阳、西安开始出现，成为不少年轻人时髦的购物选择。在国家相关政府部门的大力支持下，中国的自动售货机产业以超常规的速度迅猛发展，并带动了一批新的服务业、物流运输配送业的快速发展，丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助服务时代。 基于 FPGA 的自动售货机的设计，主要完成的任务是使用 VHDL 语言，在 MAXPLUSSII 上完成电路的设计，程序的编译，基本功能的完善、模拟整个自动售货机的工作过程。电路的设计模块分为几个模块：主控
5、模块、译码模块、顶层模块。各个模块完成不同的任务，合在一起就构成了一个自动售货机。在售货机的设计过程中，使用 VHDL 语言，根据各个模块的不同功能和它们之间的控制关系进行编写。软件模块直接在 MAXPLUSSII 上进行。进入 21 世纪，随着人们对效率的追求，人工售货已不能不满足人们的需求。对此，自动售货机的设计就用了很大的应用空间和市场。 基于 FPGA 的自动售货机设计，采用软件开发模块，开发成本底，而且功能设计上有很大的灵活度，需要在软件上进行简单的修该就能实现不同的功能要求，能够满足不同的环境要求。Quartus是 Altera 公司推出的新一代开发软件，适合于大规模逻辑电路设计。
6、它的设计流程概括为设计输入、设计编译、设计仿真和设计下载等过程。它支持多种编辑输入法，包括图形编辑输入法，VHDL、VerilogHDL 和 AHDL 的文本编辑输入法，符号编辑输入法，以及内存编辑输入法。Quartus与 MATLAB 和 DSP Builder 结合可以进行基于 FPGA的 DSP 系统开发，是 DSP 硬件系统实现的关键 EDA 工具，与 SOPC Builder结合，可实现 SOPC 系统开发。2 系统的工作原理2.1 设计要求及任务要求设计一个自动售货机控制系统，具有投币和选择商品等功能。可出售四种商品，分别为纯净水（1.5 元） 、牛奶（2 元） 、果汁（2.5 元
7、） 、可乐（3元） 。在购买过程中，采取投币方式，只能投入 0.5 元和 1 元两种规格的硬币，且一次只能投入一枚硬币。1.顾客通过按键选择某种商品后，由数码管显示该商品价格。顾客投币过程中，数码管显示投币额。2.投币后，按下确认键，判断投币额是否足够，若投币额足够则根据顾客的要求自动售货并找零。若投币额不够，则报警 5s 并退钱。3.投币后，按下取消键，则终止交易，自动退钱。4.售货机还具有供商家使用的累加卖货额的功能，由数码管显示累加的售出金额。2.2 系统设计方案论证方案一：通过一步一步的 process，按顺序将程序运行下去，并且用while loop 语句实现对售出金额的累加，完成目
8、标要求。程序通俗易懂，按照大体的思路可以很容易的编出来，但过程有些繁琐，并且在仿真过程中无法正确的仿真出结果。 方案二：通过 VHDL 的状态机以及 CASE 语句进行编程，用 6 个状态分别表示商品选择、投币额累加、找零售货以及总销售额的累加等功能。程序编起来需要对整体有较好的理解，各个状态的切换与跳转要思路清晰，不过在仿真过程中运行成功，且程序分为多个状态，看起来比较清晰。 经比较，方案二更能较好的完成对实验目标的实验，且其仿真正确。所以选择方案二作为最终的方案。2.3 系统模块图和流程图根据设计要求，系统的组成框图如下图 2-1 所示时钟 分频器控制器按键 投币译码显示图 2-1 系统的
9、组成框图图 2-1 可知，该系统主要由分频、控制、译码和显示四个部分构成。当有人需要购买物品时，首先选择所要购买的物品，这时，前两个数码显示管选中商品的单价。之后顾客投币进行购买，后两个数码显示管显示总共投入了多少钱。当按下确认键时，将在系统内部进行比较，比较单价和所投入的金额。若投币金额大于或等于该商品单价时，系统显示成功售出该商品并进行找零，即投币金额与商品单价的差值，然后将售出总额加上这次的物品单价。若投币金额小于该商品单价时，系统显示购买失败，在五秒钟的延迟后退换投币金额，售出总额不变。无论哪种情况，完成后回到初始状态。系统的运行流程如图 2-2图 2-2 总流程图3 单元模块实现3.
10、1 译码驱动模块该二进制译码模块有一个输入端和两个输出端，输入端 b 是一个 7 位的二进制数，输出端 bcd0、bcd1,是两个 4 位的 BCD 码。该模块的主要功能是实现将主控模块输出的二进制数(paid、price、change)转换成 BCD 码，以便输出到七段显示数码器上而显示出来。该模块的原理是将一个 7 位的二进制数转换成 2 个 4 位的 BCD 码，分别为低 4 位和高 4 位。该模块的程序代码如下：Library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity qudong i
11、sport( b:in std_logic_vector(6 downto 0);bcd0:out std_logic_vector(3 downto 0);bcd1:out std_logic_vector(3 downto 0);end qudong;architecture one of qudong isbeginprocess(b)begincase b iswhen0000000=bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0bcd0null;end case;end process;end one;相应的例
12、化元件如图 3-2:图 3-23.2 显示模块该模块有一个输入端和一个输出端。输入端 d 是一个 4 位的 BCD 码，输出端 q 是一个 7 位数，输出连接到一个 LED 数码管显示出来。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity xianshi isport(d:in std_logic_vector(3 downto 0);q:out std_logic_vector(6 downto 0);end xianshi;architecture one of xianshi i
13、sbeginprocess(d)begincase d iswhen0000=qqqqqqqqqqqpaidtemp:=0000000;neededtemp:=0000000; backmoney:=0000000;pricetemp:=0000000;sumtemp:=0000000;qif coin5=0 or coin10=0then if coin5=0 then paidtemp:=paidtemp+5; else paidtemp:=paidtemp+10;end if;neededtemp:=pricetemp-paidtemp;backmoney:=0000000; paid
14、if coin5=0 or coin10=0then if coin5=0then paidtemp:=paidtemp+5;elsepaidtemp:=paidtemp+10;end if;if paidtemp=pricetemp then neededtemp:=0000000; backmoney:=paidtemp-pricetemp; paidif q0000000 then showchange if q failurecurrent_state=qa;end case;end if;end process;end behav;相应的例化元件如图: 图 3-44 总原理图及仿真波
15、形4.1 总原理图总原理图如图 4-15 各模块波形仿真结果5.1 主控模块仿真图5-1 主控模块仿真图当购买牛奶（2元） ，并投币2元时，程序仿真图如图5-1所示。数码管前两个将显示商品单价两元，后两个数码显示管将显示投币金额两元，并显示购买成功，找零金额为0元。5.2 二进制译码仿真图 5-2 二进制译码仿真图当七位二进制数为 00001010 时，代表十进制数 10。此时第一个数码显示管现实的数字为 1，第二个数码显示管显示的数字为 0。表明仿真正确。5.3 BCD 码译码仿真图 5-3 BCD 码译码仿真图当 BCD 码输入为 0000 时，数码显示管表示的二进制数为 0000001，代表十进制数 1。有仿真图可知，当 d 为 0000 时，q 为 1，表明仿真成功。6 心得体会刚开始做这个课程设计的时候，感觉挺难的，因为第一次接触 Quartus软件。让我无从下手。在这段时间里，我学到了很
