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1、数 电 课 程 设 计 报 告题目：自动售货机的EDA实现设计学 院： 信息科学与工程学院 专业班级： 电子信息科学与技术08-1 学生姓名： 何伟伟 组 员： 何颖 指导教师： 张秀娟 目录摘要 3一、自动售货机的系统结构41.1自动售货机的系统结构 41.2自动售货实现的设计要求 5二、自动售货机的功能介绍 52.1此次设计的自动售货机的功能简介 52.2实现自动售货机的功能的设计思路 6三、分步模块设计及波形辅助分析 63.1 Verilog语言简介 63.2程序变量名称解释 63.3商家整体复位模块及分析 63.4顾客货品选择模拟以及显示模块及分析 83.5顾客货币选择以及显示模块及分
2、析 93.6投入货币不足引起警告准备找零显示模块及分析103.7货物送出及商家卖货额累加显示模块及分析103.8警告3s或者是按键3s后自动复位准备模块及分析11四、设计仿真 114.1 Modelsim简介 114.2 完整的程序代码 12五、附录 17六、参考文献 19摘要随着经济发展，21世纪进入信息化，为更好的实现人们生活水平的提高，生活更好、更便捷、更经济已经成为人们追求的对象。然而小型自动售货机就是在这样的时代背景下产生的，由于它的操作方便简洁等优越性能很好的符合人们需求，故它很快形成了自己市场，并日益扩大。本文也是基于这个背景下，和读者一起探讨，本文详细介绍了自动售货机系统的方案
3、设计、软件规划和编写，并重点描述了自动售货机系统的工作原理、系统设计、软件编程的原则和技巧，主要实现自动售货机的功能。该系统以Verilog编程为核心，以Modelsim软件为辅助，程序结构分模块设计，故结构清晰，加上仿真器仿真结果最大程度说明问题，符合课程设计要求，并加以解释与说明。另外，用Verilog编程时.v重要，_tb.v也重要，仿真结果只能根据波形图来说明问题，经过多次努力，测试文件已经相当成熟，很好的满足了设计要求，.v文件穿插文中配合讲解的需要，_tb.v（测试文件）在附录中给出，以供查阅。关键词：自动售货机 Verilog 仿真一、自动售货机的系统结构1.1自动售货机的总体系
4、统结构 自动售货机是集光、机、电一体化的独立机构，它只需要顾客投币和按购物键选择即可自动售货及退找零钱，一下都是针对本人具体程序而言，实际中硬件电路的实现只要作相应的改变即可，按键编码，显示用7448译码再用7段数码管显示即可，其工作程序如下图售货机的工作原理是：（1） 顾客选择某货物：只需要按相应按键即可（用state来模拟） （2）顾客选择某货币：只需要按相应按键即可（用state_next来模拟）（3）顾客投币：投币后按确认键（用give模拟，sure为确认键）（4）钱数判断：足够，则找零并送出货物（送出货物用goods1、goods2、goods3、goods4来模拟），不足则报警3s
5、（用warning来模拟）（5）卖货额累加：每次成功交易之后卖货额累加（用profit来模拟）（6）系统复位：包括sure之后3s自动复位和商家整体复位综合所述，售货机系统可以分为六部分组成，即商家整体复位模块及分析、顾客货品选择模拟以及显示模块及分析、顾客货币选择以及显示模块及、投入货币不足引起警告准备找零显示模块及分析、货物送出及商家卖货额累加显示模块及分析、警告3s或者是按键3s后自动复位准备模块及分析，因为顾客购买时是一步一步来操作的，故要有一个等待的过程，为解决上述问题，本文采用为每步制造条件，符合条件则执行，不符合则等待，故在Verilog中用wait语句实现，另外，为实现3s计时
6、功能，故引入时钟clk（当然本文只是示意，满足功能即可，累计为5个时钟周期）。1.2 自动售货实现的设计要求: （1）设计一个自动售货机，此机能出售1元、2元、5元、10元的四种商品。出售哪种商品可有顾客按动相应的一个按键即可，并同时用数码管显示出此商品的价格。（2）顾客投入硬币的钱数也是有1元、2元、5元、10元四种，但每次只能投入其中的一种硬币，此操作通过按动相应的一个按键来模拟，并同时用数码管将投币额显示出来。（3）顾客投币后，按一次确认键，如果投币额不足时则报警，报警时间3秒。如果投币额足够时自动送出货物（送出的货物用相应不同的指示灯显示来模拟），同时多余的钱应找回，找回的钱数用数码管
7、显示出来。（4）顾客一旦按动确认键3秒后，自动售货机即可自动恢复到初始状态，此时才允许顾客进行下一次购货操作。（5）售货机还应具有供商家使用的累加卖货额的功能，累加的钱数要用数码管显示，显示2位即可。此累加器只有商家可以控制清零。（6）此售货机要设有一个由商家控制的整体复位控制 二、自动售货机的功能介绍2.1 此次设计的自动售货机的功能简介基本原理：硬件实现中，顾客首先按键来选择自己想购买的货物，自动售货机会用数码管显示出来，然后顾客再选择货币种类，自动售货机也用数码管显示出来，顾客投币，自动售货机通过货币识别器来识别货币，顾客按确认键3s之后，自动售货机马上做出判断，投入的钱大于价格，则送出
8、此货物，并找零，否则就会报警持续3s，自动售货机自动恢复初始状态等待为下一顾客服务，同时，它还会为商家做卖货额累加功能，并且这显示只能由商家来清零（商家通过整体复位来清零）那么，基于硬件电路，软件来实现的时候就尽量模仿此按键、显示部分、以及各功能，在本文中用state、state_next、sure、give、clk、reset、goods1、goods2、goods3、goods4、j、display、profit、i、warning、readya、readyb、readyc、readyd、readye、readyf来实现模拟，并且这些变量名称通俗易懂，并且程序已全部给出。2.2实现自动售货
9、机的功能的设计思路 变量选择：货物选择有四种，货币选择有四种，这样可以用编码形式设置成两位即可，但是考虑到与state作为引发条件，故两位不够，为了简便，本文用四位独热码编码方式；设计要求三次显示出货物选择、货币选择、找零显示，当然设置成三个数码管肯定可以，但是为来节约成本，就用一个两位的数码管显示即可，但此时要求数码管时分时使用；卖货额累加显示用八位的，以便在硬件中方便用数码管显示（当然需要7448显示译码器）；另外售出的货物用四个数表示，送出的就为1，此功能与实际要求中四个不同颜色的指示灯显示匹配；实际要求还有说3s，故得引入时钟信号，但实现此功能只需要示意即可，用5个时钟周期示意。 程序
10、构建：本文模块是分步实现，所以得借助中间变量来引发下一次操作，一共六步，大概需要六个变量，结合引发功能，故用wait语句来实现，当wait（）中括号内的条件满足则执行，否则循环等待，按照此想法，故每个子模块中都用到wait语句；另外，此程序明显要求多路选择，故用case语句，满足case（）中对应条件，则执行对应的语句，实现对应的功能，此过程中还得用到辅助变量，本文可用j来实现，为case语句结合使用；当然if、else语句少不了；阻塞语句和非阻塞语句使用，他们只有是立即赋值还是等到下一时钟上升沿来到时再赋值，本文因为考虑到实时性，故主要用到阻塞赋值。 测试文件生成：本来严格的需要用自动生成测
11、试文件，这样可靠性更高，但是结合本文具体设计而言，手工写测试文件足已（程序代码不是很大），考虑到之前.v文件每个模块基本上都用到时钟的上升沿，这个引发条件就迫使测试文件中state和state_next中一直有效，等到sure按下3s后再清零，这使得硬件实现中得考虑这问题（用D触发器等们实现锁存等功能）三、分步分模块设计及波形辅助分析3.1 Verilog语言简介:Verilog HDL 是目前应用最为广泛的硬件描述语言，Verilog HDL可以用来进行各种层次的逻辑设计，也可以进行数字系统的逻辑综合，仿真验证和时序分析等.Verilog HDL适合算法级，寄存器级，逻辑级，门级和版图级等各
12、个层次的设计和描述Verilog HDL进行设计最大的优点是其工艺无关性这使得工程师在功能设计，逻辑验证阶段可以不必过多考虑门级及工艺实现的具体细节，只需根据系统设计的要求施加不同的约束条件，即可设计出实际电路Verilog HDL是一种硬件描述语言(hardware description language)，为了制作数字电路而用来描述ASICs和FPGA的设计之用。Verilog 的设计者想要以 C 编程语言为基础设计一种语言，可以使工程师比较容易学习。Verilog 是由en:Gateway Design Automation公司于大约1984年开始发展。Gateway Design A
13、utomation公司后来被 Cadence Design Systems于1990年所购并.3.2程序变量名称解释clk： 时钟信号，主要是为后面3s计时用；state： 顾客货物选择按键模拟，1000表示选择1元货物，0100表示选择2元货物，0010表示选择5元货物，0001表示选择10元货物；state_next： 顾客货币种类选择模拟，1000表示选择1元货币，0100表示选择2元货币，0010表示选择5元货币，0001表示选择10元货币sure： 确认键（按照要求是，3s后自动售货机自动恢复到初始状态）reset： 商家整体复位，按键后，全都清零，包括卖货额give： 顾客投入的钱数goods1、goods2、goods3、goods4、分别表示出仓1元的货物2元的货物5元的货物10元的货物warning： 模拟投入的钱数不够的发出的警告信号display： 分
