自动售饮料机设计
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１
现代电路与系统设计
自动售饮料机设计
姓名：王保健 学号：1200030052
２ 自动售饮料机设计
1设计要求的提出和功能的构想[1][2]
① 该饮料机能识别0.5元和1.0元两种硬币；
② 售出3种不同价格的饮料，饮料价格分别为2.5元、3.0元和3.5元；
③ 具有找零功能；
④ 购买者能自主选择所购买的饮料；
⑤ 饮料机在每卖出一次饮料后能自动复位。
因为饮料的价格最高为3.5元，所以设计饮料机最多可接受4.0元的硬币。
2分析设计要求并画出原始状态图
该自动售饮料机设有一个投币孔，通过传感器来识别两种硬币，给出两个不同的信号。在此用half_dollar和one_dollar分别表示投入0.5元和1.0元硬币后电路接收到的两个信号；三个饮料选择按键choose01表示选择价格为2.5元的饮料，choose10表示选择价格为3.0元的饮料，choose11表示选择价格为3.5元的饮料；rest表示复位按键；有2个输出口分别为饮料出口dispense和找零出口out1；用s0表示初始状态，s1表示投入0.5元硬币时的状态，s2表示投入1.0元硬币时的状态，s3表示投入1.5元硬币时的状态，s4表示投入2.0元时的状态；clk表示时钟信号；机器最多接受的钱币为4.0元。
当投入的钱币到达2.5元或高于2.5元时机器处于开始出售饮料的状态。当到达2.5元时如果选择购买2.5元的饮料(choose01)则系统给出一个饮料，即dispense为高电平一次。如果投入的钱币到达3.0元并且选择购买2.5元的饮料则系统显示给出一个饮料并找出1枚0.5元的硬币，即dispense为高电平一次out1为高电平一次。如果选择购买3.0元的饮料(choose10)，则系统显示给出一个3.0元的饮料，即饮料输出信号dispense为高电平一次。依次类推。
图1.1为本次设计所构想的状态图。
３
图1.1 状态图
3程序设计
根据上述对自动售饮料机逻辑状态的分析，编写程序如下：
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity stmch1 is
port(clk , rst ,half_dollar ,one_dollar: in std_logic;
choose :in std_logic_vector(1 downto 0);
out1 ,dispense: out std_logic);
end stmch1;
状态2 状态1
状态4 状态3
购买01 投入0.5元 投入0.5元
投入0.5元 投入0.5元 投入0.5元
投入1.0元 投入1.0元
状态5 状态6
状态7 状态8 投入0.5元
不购买01 购买11 购买10 不购买11 不购买10 投入1.0元
投入1.0元
投入1.0元 投入1.0元
４ architecture behave of stmch1 is
type state_values is (s0 , s1 , s2 ,s3 ,s4,s5 ,s6 , s7);
signal state , next_state: state_values;
begin
process (clk , rst)
begin
if rst = '1' then
state <= s0;
elsif (clk'event and clk='1') then
state <= next_state;
end if;
end process;
process (state , half_dollar ,one_dollar ,choose)
begin
out1 <= '0';dispense<='0';
next_state <= s0;
case state is
when s0 =>
if (half_dollar='1') then
next_state <= s1;
elsif (one_dollar='1' )then
next_state <= s2;
else next_state <= s0;
end if;
when s1 =>
if (half_dollar='1') then
next_state <= s2;
elsif( one_dollar='1') then
next_state <= s3;
else next_state <= s1;
end if;
when s2 =>
if (half_dollar='1') then
next_state <= s3;
elsif( one_dollar='1') then
next_state <= s4;
else next_state <= s2;
end if;
when s3 =>
if (half_dollar='1') then
next_state <= s4;
elsif( one_dollar='1') then
５ next_state<=s5;
else next_state <= s3;
end if;
when s4 =>
if (half_dollar='1') then
if(choose="01") then
dispense<='1';
else next_state <= s4;
end if;
elsif( one_dollar='1')then
if(choose="01") then
dispense<='1';
out1<='1';
elsif (choose="10") then
dispense<='1';
end if;
else next_state<=s4;
end if;
when s5 =>
if (choose="01") then dispense<='1';
elsif (choose="10") then
if (half_dollar='1')then
dispense<='1';
elsif(one_dollar='1')then
dispense<='1';
out1<='1';
end if;
else next_state<=s5;
end if;
when s6 =>
if (choose="01") then
dispense<='1';
out1<='1';
elsif (choose="10") then dispense<='1';
elsif (choose="11") then
if (half_dollar='1')then
dispense<='1';
elsif(one_dollar='1')then
dispense<='1';
out1<='1';
end if;
else next_state<=s6;
end if;
when s7=>
６ if (choose="11") then
dispense<='1';
else next_state<=s7;
end if;
end case;
end process;
end behave;
4 仿真波形分析
根据投币信息和购买类型的不同组合，会产生很多种输出波形。在此仅以几种典型情况为例，给出其仿真波形。如下图4.5为当选择购买2.5元的饮料并投入三枚1.0元的硬币时的波形。
由图可以看到当投入3.0元时，dispense（饮料机的饮料输出端）给出高电平一次，也就是系统给出一个价值2.5元的饮料和out1（找零的输出端）为高电平一次，即给出0.5元的硬币一枚。
图4.5 投两枚1元硬币购买饮料1时的波形
如下图4.6所示为当选择饮料2，即价格为3.0元的饮料时，投入两枚3.0元的硬币时所出现的波形。因为价格和所投入的钱币相同，所以找零为零，只给出一个价格为3.0元的饮料，即dispense在上升沿到来时变为高电平一次。
７
图4.6 投三枚1元硬币购买饮料2时的波形
如图4.7所示为当选择饮料3时，并投入4枚1.0元的硬币时的波形图。在这时机器应该给出1个价格为3.5元的饮料的同时给出一枚0.5元的硬币。
在图中我们看到当投入4枚一元的硬币后的第一个上升沿到来后，dispense和out1同时出现高电平一次，即给出一个价格为3.5元的饮料并找出0.5元，这与所设想的一样，说明所编写的程序是正确的。
图4.7 投4枚1元硬币购买饮料3时的波形
