北邮数字电路实验自动售货机

word文档 可自由复制编辑 数字电路与逻辑设计实验 简易自动售货机

学院： 电子工程学院 班号： 学号： 姓名： 班内序号： 辅导老师： 时间： 一、设计课题的任务要求 1、 实验目的 1)进一步熟练掌握VHDL语言和QuartusⅡ软件的使用； word文档 可自由复制编辑

2) 理解状态机的工作原理和设计方法； 2、实验内容 设计一个简易的自动售货机，能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。 3、基本要求 1）用 2 个数码管（disp5，disp4）显示钱数，以元为单位。用3 个按键（btn0，btn1，btn2）分别表示一元、五元、十元，每按一次按键，增加一次相应的钱数，上限99元。 2）再用 3 个按键（btn3，btn4，btn5）分别对应3 种商品，其中，商品甲售价3 元、商品乙售价8 元、商品丙售价12 元； 3）买东西时，先输入钱币，再按对应的商品键。每按一次商品键，钱数要相应地减少，同时有声光（蜂鸣器或发光二极管）提示购买成功。剩余钱数大于3 元可继续按商品键再次购买；当剩余钱数少于3 元时，表示钱数的数码管disp5，disp4 显示为零，同时用数码管disp0 显示退出的钱数。 4）买东西时，按下商品键，若输入的钱数少于商品的价格，表示钱数的数码管 disp5，disp4 显示为零，同时用数码管（disp1、disp0）显示退出的钱数，并用蜂鸣器或发光二极管闪烁表示购买失败。 5）按下商品键时，用数码管disp2 表示当前购买的商品，1 代表商品甲，2 代表商品乙，3 代表商品丙。 word文档 可自由复制编辑

6）用 btn7 做为退出功能键，退出键可以随时按下，按下后，数码管（disp5，disp4）显示为零，同时数码管（disp1、disp0）显示退出的钱数，表示结束购买，钱款全部退出。 4、提高要求： 1）用点阵设计显示投币动画、出货动画，购买成功/失败动画； 2）允许随时输入钱币，购买时，钱款不足有声光报警并等待追加钱币或选择别的商品； 3）商品数量管理，有缺货提示； 4）用点阵动态显示商品名称和库存数量等。 5）自拟其它功能。

二、设计思路及原理框图 1、原始设计思路及框图 (a)实验设计思路 用户可投入三种面值的钱，选择相应商品进行购买，若钱数足够，二极管亮，商品调出；若钱数不够，蜂鸣器响，商品不会调动，此时可继续投币，直到钱数够了商品才会调出，期间若钱数小于等于3元，系统会退回钱币，一次购买结束。若任何一阶段用户点击退出，系统也会退回钱币，一次购买结束。

具体思路简述： word文档 可自由复制编辑

投入钱（动画1），计数，按键购买。1、钱不够（动画1），蜂鸣器，可继续投钱 2、钱够（动画2），二极管发光，减数值。每次减数值进行计算，<=3时，退钱（动画3），显示钱数。>3时，维持原状态。 按7退出，显示退钱数（动画4），其他显示为0，结束。

(b)总体框图

图1、总体设计框图 如图：1：Disp5 disp4 （数码管组1） 投入的钱数，上限99 2：Disp1 disp0 （数码管组2） 退回的钱数，上限99 3: Btn2 btn1 btn0 （按钮）钱数 十元 五元 一元 4：Btn5 btn4 btn3 （按钮）甲（3元）乙（8元）丙（12元）三种商品 5：蜂鸣器 6：发光二极管 7：Btn7 （按钮）退出 8：点阵图案

1 2 3 4 7 5

6 8 word文档 可自由复制编辑 (c)模块划分（简化，未标蜂鸣器，二极管）

如上图所示，主要分为分频模块，控制模块，点阵显示模块和数码显示模块。 1)分频模块：输入50Mhz信号后分别分为clk_10(10hz),clk_50k(50khz)。其中,clk_10用来控制电路基本运算，clk_50k用于点阵及数码管的刷新显示。 2）控制模块：控制其他各个模块，使功能能得到实现。 3）点阵显示模块：对应相应的用户操作显示相应点阵动画。 4）数码管显示模块：对输入结果译码后在数码管上进行显示。 word文档 可自由复制编辑

(d)控制流程图（简化，未标蜂鸣器、二极管） (e)状态转移图 Out_A2_L:出货品，动画2 Add_A1_S:投入钱，动画1 Back_A3:退钱，动画3 Exit:退出

钱不足 钱足够

退出 退出 退出

钱不足 word文档 可自由复制编辑

2、原始基本思路的补充或改进 （a）为实现提高要求，加上提取货物这一模块，这样就会多一个状态，系统变为5个状态。此时显示货物数目也需要数码管，因而用disp3、disp2来显示数目。这样原本显示商品种类的数码管会被占用，此时考虑将这两个数码管的显示数值设成4项循环显示。 （b）同时循环显示甲乙丙三种货物数目需要加一个循环模块。 （c）为了使购买过程操作错误或其他情况导致退钱后，用户可以继续购买，设定按btn7才完全退出。即第一次错误或退出会到退钱的状态，再按一次btn7才是完全退出。一次错误或退钱后再加入货币还可继续与原货币累加并继续购买。 最后所得各个模块连接图如下 word文档 可自由复制编辑

三、仿真波形及波形分析 1、售货机主程序模块仿真分析

说明：clk：时钟（上升沿有效）。e:退出。insert:进货。 a1:投入1元。a2:投入5元。a3:投入10元。 b1:购买甲（3元）。b2:购买乙（8元）。b3:购买丙（12元）。 c1,c2,c3分别表示甲、乙、丙三种商品剩余数量。（disp3与2显示） change：剩余退回的钱数（disp1与0的显示）。 money：售货机中已投入钱数（disp5与4显示）。 goodtype：购买商品的种类。 状态：s1：表示投币成功。 s2：表示购买成功。 s3：表示退钱。 s4：表示退出。 s5：表示缺货。

（a）运行开始，先进货。为迎合中国大众的消费心理需求，设定的

是价格3元、8元、12元的货物每次分别提货数量30、20、10。第一次进货仿真如下，此时货源充足，s5=0。

注：由于加了防抖电路，所以在后一个时钟上升沿到来时，货物数才增加。具体语句如下页所示。 word文档 可自由复制编辑

（b）按键进行投币和购买，每次投币，money数会相应增加（状态s1）；每次购买货物，若购买成功，则money减少、相应货物数减小、、goodtype显示商品种类，状态为s2。当选择商品价格大于投入钱币时，系统退钱，money变为0，change变为原money数，状态变为s3。 word文档 可自由复制编辑

（c）最大限额为99的限定。当投入钱数会大于99时，系统不接受该投币。

（d）剩余钱数小于3时，系统退钱，money为0，change为原来money值。s2成功的同时到s3。 word文档 可自由复制编辑

（e）退出后系统退钱，需要退钱后再加钱还可以购买的仿真。 （f）缺货提示，货物为0时，购买不成功，状态s5显示缺货。 2、分频模块仿真。 说明：该模块中实际分出了三个时钟clk_1,clk_10,clk_50k。为了仿真的便捷性，此处只仿真一个简单5分频，模块程序中的三个clk与该仿真原理相同，代码写法也相同。 word文档 可自由复制编辑

3、循环模块仿真。 如下图所示，此模块可实现三个状态的循环。

4、数码管显示模块仿真。 说明：clk：输入时钟。 m,n分别为：money和change。 c1、c2、c3分别为甲乙丙的数量。 cat控制六个数码管哪个亮（低电平有效）。 X:正在亮的数码管显示的数值。 Goodtype：商品类型。4个状态，00时分别显示甲乙丙商品数；01、10、11时分别代表购买的是甲或乙或丙。 t:4个循环状态，00,01,10分别控制显示甲乙丙的数量。11无显示。

（a）goodtype为00时，受t的控制循环显示甲乙丙的商品数。如下图所示，x显示的48,95为16，此时对应状态t3，表示其显示c3的商品数。 word文档 可自由复制编辑

（b）如下图所示，当goodtype循环变化，对应数码管显示商品种类121--3,109--2,48--1。

（c）下面x显示的为16、32、00,16、32、00，...即m，n，c1的值。此时goodtype为00，t为00（对应c1）。

5、点阵显示模块仿真。 说明：clk_1、clk_2:输入时钟。 s1、s2、s3、s4、s5：分别对应投币动画，出货动画，钱数不足动画，成功退出动画和缺货提示动画。 Col：动画或图像的点阵显示。 Row：控制哪一排的点阵可以亮。 t：循环状态。00：显示甲，01：显示乙，10：显示丙。 此处对循环显示的甲乙丙和5动画中的一个动画进行讨论。 word文档 可自由复制编辑

（a）如下，当s无明确状态，t循环变化时可循环显示甲乙丙。下图依次为两个甲、两个乙、两个丙。

形如下图 （b）下图为s1投钱时的动画。