EDA课程设计自动售货机控制系统

《电子设计自动化（EDA）技术》课程设计报告 题目: 自动售货机控制系统

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院 系： 专 业： 学 号：

指导教师： 完成时间: 年 月 日 设计题目 自动售货机控制系统

设计要求 设计一个模拟自动售货机的逻辑控制电路 1、它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口。 2、每次只能投入一枚一元或五角硬币。 3、投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水。 4、投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币。

设计过程 使用VHDL语言的原因： 利用语言的灵活性及功能强大的EDA工具，可以轻松完成硬件的功能扩充与升级，还可以实现更复杂的数字系统，整个设计过程相对于传统的设计方法，有较大的突破。VHDL语言作为现代数字系统的重要设计工具，以其灵活、简洁的设计风格在电路设计中发挥着越来越重要的作用。 选用状态机的原因： 我们提出了两套方案：一种是进程，一种是状态机。 进程就是把程序分割成很多个独立的版快。相互之间用信号连接，设计过程中出现了很多问题。因为VHDL语言跟纯软件语言存在很大的区别，必须考虑硬件是否能够实现，所以VHDL语言不能随便使用信号，且不可以随便使用时钟上升沿驱动进程。因此我们选用了另一种方案——状态机实现。 有限状态机FSM(Finite State Machine)及其设计技术是实用数字系统设计中实现高效率、高可靠逻辑控制的重要途径。所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句，而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。此外，与VHDL的其它描述方式相比，状态机的VHDL表述丰富多样，程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的特点。

成绩评定

指导教师评语

课程设计等 级 目 录

一、课程设计题目、内容与要求 ……………………………………… 1、设计题目…………………………………………………………… 2、具体要求……………………………………………………………

二、系统设计 …………………………………………………………… 1、 设计思路………………………………………………………… 2 、系统原理（包含：框图等阐述）与设计说明等内容

三、系统实现 …………………………………………………………… 注：此部分阐述具体实现，包含主要逻辑单元、模块、源代 码等内容

四、系统仿真 ………………………………………………………… 五、硬件验证（操作）说明……………………………………………… 六、总结 ……………………………………………………………… 七、参考书目 ………………………………………………………… 一、课程设计题目、内容与要求 1、 设计题目 自动售货机控制系统 2、 具体要求 设计一个模拟自动售货机的逻辑控制电路 1、它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口。 2、每次只能投入一枚一元或五角硬币。 3、投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水。 4、投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币 二、系统设计

1、设计思路 根据设计要求可以对售货机的基本功能进行确定。它应该能够区分一元和五角硬币，并且能够对投入的货币进行累加。当所投币值达到商品售价。就自动送出商品。因为题目要求只有一种商品并且其售价为一元五。根据这一特殊点可设计方案如下：用两个开关分别模拟投入一元和五角硬币时产生的信号，高电平有效。用两颗LED分别模拟售出商品和找钱信号，灯亮有效。具体功能实现如下： 1、连续两次将IN-YUAN置1，则OUT灯会亮，且ZHAOQIAN也会亮。表示买一元五的矿泉水，投了两元钱，则售出商品，找回五角零钱。2、连续三次将IN-JIAO置1，则OUT灯会亮，而ZHAOJIAN不会亮。表示买一元五的矿泉水，当所投钱币达到一元五时就自动售出商品，完成交易。3、分别将IN-YUAN，IN-JIAO置1，则OUT灯会亮，而ZHAOJIAN不会亮。原理同2。 2、系统原理 自动售货机的所有信号均由同步时钟信号clk的正边沿触发。由于售货机的硬币接受器一般是一个机械设置装置，投币时产生的信号要比同步信号clk要慢得多，一般可持续好几个周期，必须对投币输入信号进行处理，使每一次投币时在clk脉冲周期内只能产生一个脉冲作为功能控制模块的投币驱动信号。因此可将该系统分为两个模块。 Shuru SHJ_CTRL OUT

ZHAOJIAN

（图一）自动售货机控制系统各模块连接图 自动售货机控制系统模块之间连接如图一所示，其中“shuru”为投币输入信号处理模块，它是利用D触发器和几个门电路组成的一个简单时序逻辑电路。主要起到对输入信号进行存储和延时的作用。其输出信号作为功能控制模块“SHJ_CTRL”的输入驱动信号。功能控制模块“SHJ_CTRL”则用VHDL语言实现。它主要起到对输入信号进行分析处理的作用。是整个系统的核心。其中，OUT为自动售货机的矿泉水输出信号，ZHAOQIAN为找钱输出信号。

PIN-YUAN A PIN-JIAO A Z B Y CLK 三、系统实现 1、功能控制模块 1）自动售货机控制功能的状态描述 取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投入时A=0。投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。给出矿泉水和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y表示，给出矿泉水时Z=1，不给时Z=0，找回一枚五角硬币时Y=1，不找时Y=0。 根据上面的功能描述，可用三个状态S0，S1，S2表示，未投币前的初始状态为S0，投入五角硬币以后为S1，投入一元硬币后(包括投入一枚一元硬币和投入两枚五角硬币的情况)为S2，再投入一枚五角硬币后电路返回S0，同时输出为Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬币，则电路也应能返回S0，同时输出为Z=1，Y=1。根据上面的分析可得到状态转换图如图二所示。

00/00 AB/ZY 01/10 01/00 或10/11 10/10 10/00 00/00 01/00 00/00

图二

S2S0 S1 2） 自动售货机功能控制模块的VHDL实现 根据上面所示的状态转换图，用VHDL语言中的CASE_WHEN结构和IF_THEN_ELSE语句实现控制功能，源程序如下： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY shj_ctrl 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<='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'; ELSE 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、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为矿泉水输出

信号，Y为找钱输出信号。

3、投币输入信号处理模块 投币输入信号的处理电路如图三所示，其中IN_yuan和IN_jiao作为一元硬币和五角硬币的投币输入信号，A和B为相应的输出信号，作为功能控制模块的输入信号，而且A、B输出是在投币输入信号IN_yuan和IN_jiao为高电平1之后的一个周期内被设置为1。

（图三 ） 投币输入信号的处理电路 （图四） 投币输入电路的仿真图 经过仿真结果如图四所示，实现了每次投币后在一个clk周期内只产生一个可靠的脉冲驱动信号。

四、系统仿真 自动售货机控制系统功能仿真

整个控制系统通过MAX+PLUSII软件进行编译和仿真，仿真结果如图五所示符合电路设计要求。并把程序下载到芯片MAXEP1K10TC100-3进行验证与实际相符。

图五 控制系统功能仿真图 五、硬件验证（操作）说明