自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的VHDL實(shí)現(xiàn)

1、目錄一、概述1二、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)21、自動(dòng)售貨機(jī)功能描述及控制系統(tǒng)組成22、自動(dòng)售貨機(jī)控制功能的狀態(tài)描述23、自動(dòng)售貨機(jī)功能控制模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)34、投幣輸入信號(hào)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)功能仿真5三、結(jié)束語(yǔ)6四、參考文獻(xiàn)7自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的VHDL實(shí)現(xiàn)一、概述有限狀態(tài)機(jī)FSM(Finite State Machine)及其設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)用數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠邏輯控制的重要途徑。傳統(tǒng)的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法需進(jìn)行繁瑣的狀態(tài)分配、繪制狀態(tài)表、化簡(jiǎn)次態(tài)方程等，而利用VHDL可以避免這些繁瑣的過(guò)程，直接利用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖進(jìn)行狀態(tài)機(jī)的描述，所有的狀態(tài)均可表達(dá)為CASE_WHE

2、N結(jié)構(gòu)中的一條CASE語(yǔ)句，而狀態(tài)的轉(zhuǎn)移則通過(guò)IF_THEN_ELsE語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)。此外，與VHDL的其它描述方式相比，狀態(tài)機(jī)的VHDL表述豐富多樣，程序?qū)哟畏置鳎Y(jié)構(gòu)清晰，易讀易懂；在排錯(cuò)、修改和模塊移植方面也有其獨(dú)到的特點(diǎn)。二、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)1、自動(dòng)售貨機(jī)功能描述及控制系統(tǒng)組成 設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)售貨機(jī)的邏輯控制電路。它有兩個(gè)投幣口分別為一元投幣口和五角投幣口，假設(shè)每次只能投入一枚一元或五角硬幣，投入一元五角硬幣后機(jī)器自動(dòng)給出一瓶飲料，投入兩元硬幣后，在給出一瓶飲料的同時(shí)找回一枚五角的硬幣。圖1為自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)方框圖，由投幣信號(hào)處理模塊和功能控制模塊組成。售賣(mài)功能控制模塊投幣信號(hào)處理模

3、塊投幣找錢(qián)信號(hào)出貨圖1 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)2、自動(dòng)售貨機(jī)控制功能的狀態(tài)描述 取投幣信號(hào)為輸入邏輯變量，投入一枚一元硬幣時(shí)用A=1表示，未投入時(shí)A=0。投入一枚五角硬幣用B=1表示，未投入時(shí)B=0。給出飲料和找錢(qián)為兩個(gè)輸出變量，分別用Z和Y表示，給出飲料時(shí)Z=1，不給時(shí)Z=0，找回一枚五角硬幣時(shí)Y=1，不找時(shí)Y=0。 根據(jù)上面的功能描述，可用三個(gè)狀態(tài)S0，S1，S2表示，未投幣前的初始狀態(tài)為S0，投入五角硬幣以后為S1，投入一元硬幣后(包括投入一枚一元硬幣和投入兩枚五角硬幣的情況)為S2，再投入一枚五角硬幣后電路返回S0，同時(shí)輸出為Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬幣，則電路也應(yīng)能返回S0，

4、同時(shí)輸出為Z=1，Y=1。根據(jù)上面的分析可得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。 00/00S0 01/10 或10/11 01/00 10/00S1S2 10/10 00/00 01/00 00/00圖2 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3、自動(dòng)售貨機(jī)功能控制模塊的VHDL實(shí)現(xiàn) 根據(jù)圖2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，用VHDL語(yǔ)言中的CASE_WHEN結(jié)構(gòu)和IF_THEN_ELSE語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)控制功能，源程序如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ZIDONG ISPORT(A,B:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;Z,Y:OUT STD_

5、LOGIC);END ZIDONG;ARCHITECTURE beha OF ZIDONG ISTYPE states IS(S0,S1,S2);SIGNAL state:states;SIGNAL X:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINXZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=s1;ELSIF(X=10)THENstate=s2;ELSEstateZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=s2;ELSIF(X=10)THENstate=S0;Z=1;Y=0;ELSEstateZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=S0;Z=

6、1;Y=0;ELSIF(X=10)THENstate=s0;Z=1;Y=1;ELSEstate=s2;END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;END beha; 圖3 利用MAX+PLUSII軟件及VHDL語(yǔ)言編寫(xiě)控制芯片4、投幣輸入信號(hào)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) A、B分別為一元硬幣和五角硬幣驅(qū)動(dòng)信號(hào)，Z為飲料輸出信號(hào)，Y為找錢(qián)輸出信號(hào)。通過(guò)對(duì)程序分析和仿真可以看出，A和B的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的持續(xù)時(shí)間必須控制在clk時(shí)鐘周期內(nèi)，如果驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)間太短，系統(tǒng)檢測(cè)不到投幣信號(hào)，時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)誤認(rèn)為是兩次或多次投幣，造成誤操作。因此，要使整個(gè)控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行，還必須設(shè)計(jì)專門(mén)投幣輸入信號(hào)處理

7、電路。 自動(dòng)售貨機(jī)的所有信號(hào)均由同步時(shí)鐘信號(hào)clk的正邊沿觸發(fā)。由于售貨機(jī)的硬幣接受器一般是一個(gè)機(jī)械設(shè)置裝置，投幣時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)要比同步信號(hào)clk要慢得多，一般可持續(xù)好幾個(gè)周期，必須對(duì)投幣輸入信號(hào)進(jìn)行處理，使每一次投幣時(shí)在clk脈沖周期內(nèi)只能產(chǎn)生一個(gè)脈沖作為功能控制模塊的投幣驅(qū)動(dòng)信號(hào)。基于上面的功能要求，設(shè)計(jì)了如圖4所示的投幣輸入信號(hào)的處理電路，其中yiyuan和wujiao作為一元硬幣和五角硬幣的投幣輸入信號(hào)，A和B為相應(yīng)的輸出信號(hào)，作為功能控制模塊的輸入信號(hào)，而且A、B輸出是在投幣輸入信號(hào)yiyuan和wujiao為高電平1之后的一個(gè)周期內(nèi)被設(shè)置為1。經(jīng)過(guò)仿真結(jié)果如圖6所示，實(shí)現(xiàn)了每次投幣后

8、在一個(gè)clk周期內(nèi)只產(chǎn)生一個(gè)可靠的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。圖4 投幣信號(hào)處理電路圖5 投幣信號(hào)處理電路模塊圖6 投幣信號(hào)處理電路仿真5、自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)功能仿真 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)模塊之間連接如圖7所示，其中“toubi”為投幣輸入信號(hào)處理模塊，其輸出信號(hào)作為功能控制模塊“zidong”的輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，“chuhuo”為自動(dòng)售貨機(jī)的飲料輸出信號(hào)，“zhaoqian”為找錢(qián)輸出信號(hào)。整個(gè)控制系統(tǒng)通過(guò)MAX+PLUSII軟件進(jìn)行編譯和仿真，仿真結(jié)果如圖8所示，符合電路設(shè)計(jì)要求。并把程序下載到芯片MAXEPM7128SLC84-15進(jìn)行驗(yàn)證與實(shí)際相符。圖7 自動(dòng)售賣(mài)機(jī)控制系統(tǒng)電路圖8 自動(dòng)售賣(mài)機(jī)控制系統(tǒng)電路仿真三、結(jié)束語(yǔ) VHDL語(yǔ)言有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)控制電路，可大大降低設(shè)計(jì)難度和時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率和可靠性，利用語(yǔ)言的靈活性及功能強(qiáng)大的EDA工具，可以輕松完成硬件的功能擴(kuò)充與升級(jí)，還可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，有較大的突