自己的自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計

簡易自動售貨機控制系統(tǒng)設(shè)計

隨著科技的發(fā)展和社會的進步，自動售貨機作為自動化商業(yè)機械的代表被廣泛用于公共場所自動售貨，給人們的生活帶來了極大的方便，有“無人小超市”之稱。

本課題是通過使用VHDL語言，基于FPGA可編程芯片，并通過使用QuartusⅡ軟件進行程序設(shè)計，模擬仿真以及功能驗證。 一、課題介紹二、軟件系統(tǒng)設(shè)計第一部分：功能要求第二部分：總體思想第三部分：功能模塊的劃分第四部分：控制狀態(tài)的設(shè)計第一部分：功能要求

本自動售貨機可銷售熱狗（1元），漢堡包（4元），飲料（3元）3種商品;允許投入1元，2元，5元硬幣;售貨機有2個輸出口,分別輸出貨品和找零;另外有4個LCD數(shù)碼管,2個用來顯示已經(jīng)投入的幣值,2個用來顯示找零數(shù)。在自動售貨機控制系統(tǒng)的工作過程中，可分為三個狀態(tài)：初始狀態(tài)、投幣狀態(tài)和找零狀態(tài)。在每一個狀態(tài)中完成特定的功能。系統(tǒng)運行流程如圖1所示。

圖1系統(tǒng)運行流程圖第二部分：總體思想

自動售貨機包括三個商品，依據(jù)三種商品分別設(shè)為三個按鈕，A1,A3,A4。當(dāng)顧客選擇其中的一種商品時，售貨機發(fā)送出一個信號按鈕不再生效，用一個LED燈顯示。設(shè)置三個按鈕：a1,a2,a5來表示投入的硬幣是1元、2元、5元。當(dāng)顧客確定某種商品且投入了足額的硬幣，投幣時限到時，投幣窗口找零，用七段顯示管顯示找零數(shù)，同時送出商品，指示燈out亮。第三部分：功能模塊的劃分

自動售貨機控制系統(tǒng)的功能模塊邏輯上劃分為主控制模塊、商品選擇模塊、投幣處理模塊、找零模塊、分頻模塊和顯示模塊。自動售貨機系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2自動售貨機系統(tǒng)框圖

第四部分：控制狀態(tài)的設(shè)計

此售貨機分為三種狀態(tài)，每一個狀態(tài)能完成一定得功能：初始狀態(tài)，投幣狀態(tài)，找零狀態(tài)。（1）初始狀態(tài)：當(dāng)售貨機通電后進入初始狀態(tài)，顧客購買時，可根據(jù)選擇xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb鍵購買商品，從而進入下一狀態(tài)。當(dāng)顧客購買錯誤或不再購買時按下start重新進入初始狀態(tài)。（2）投幣狀態(tài)：在這個狀態(tài)時xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb鍵失效。投入錢（1元，2元，5元），當(dāng)投入硬幣等于或者超過商品價格時進入下一狀態(tài)。投幣時間為30秒超過30秒，售貨機拒絕接受錢幣。（3）找零狀態(tài)：投幣結(jié)束，售貨機自動判別總錢數(shù)，若在時限到來之際，總錢數(shù)少于顧客所需商品的單價，則退出錢幣，用LED顯示退錢數(shù)。若大于或等于商品數(shù)則通過控制系統(tǒng)找零，用LED顯示找零數(shù)，送出商品。出貨找零，表示一次工作已經(jīng)結(jié)束，等待下一個信號到來，進行新的售貨。三、模塊仿真

1.投幣模塊

此模塊有六個輸入信號以及兩個輸出信號：qian1,qian2,qian5為不同數(shù)額錢幣輸入信號；en1為主控模塊所發(fā)出的信號，當(dāng)en1信號為1的時候，投幣模塊開始工作；reset為恢復(fù)初始信號，當(dāng)reset信號為1的時候投幣模塊不進行工作；en為給計時器的輸出信號，當(dāng)en為1的時候計時器開始工作；bi為輸出的錢幣數(shù)目。 投幣模塊的作用相當(dāng)于一個計數(shù)的寄存器，在清零的狀態(tài)下可以準確的計算投幣數(shù)額，記錄并保存總幣值。三、模塊仿真

通過程序所得到的仿真圖如下所示： 1、當(dāng)reset輸入為0，輸入5元，2元，1元時，仿真結(jié)果如圖3所示：圖3reset輸入為0時的仿真結(jié)果三、模塊仿真

2.當(dāng)reset輸入為1時，輸入5元，2元，1元，bi輸出應(yīng)為0。仿真結(jié)果如圖4所示：圖4reset輸入為1時的仿真結(jié)果三、模塊仿真2.商品選擇模塊

自動售貨機的商品選擇模塊，通過自動售貨機上的三個選擇按鍵完成商品選擇，在接收到對應(yīng)三個商品之一的一個選擇信號時進行編譯，將被選擇的商品進行編碼，輸入到主控模塊中，在主控模塊中與所接受的錢幣進行對與計算。輸入信號為a1,a4，a3。而xuan_rg,xuan_hb,xuan_yl為三個輸出信號，與出貨模塊連接。reset與en2信號來自主控模塊，當(dāng)reset為1時模塊進入初始狀態(tài)，不進行選擇。當(dāng)en2為1時，商品可以進行選擇，當(dāng)en2為0時，三個商品選擇鍵無效。

三、模塊仿真

當(dāng)reset輸入為0，en2輸入為1時，d輸出為貨物，仿真結(jié)果如圖5所示：圖5reset輸入為0，en2輸入為0，a8輸入為1時的仿真結(jié)果三、模塊仿真

3.分頻模塊

分頻模塊是用來將外來的時鐘信號進行分頻選用的時鐘信號是由外部的6MHZ的晶振提供的，通過分頻模塊進行分頻以后將得到周期為1HZ的信號。由于仿真所需時間過長，本文選擇100.0ns為一周期的信號，分頻后為6.0us為一周期的信號，時鐘輸入信號為clk，輸出信號為newclk。

通過仿真結(jié)果如下圖6所示： 三、模塊仿真

圖6newclk輸出為1時的仿真結(jié)果三、模塊仿真

4.計數(shù)模塊

由于課題要求自動售貨機控制系統(tǒng)有定時系統(tǒng)，并限定在30s內(nèi)完成投幣，30s之后投幣無效，因此需要設(shè)定一個計數(shù)模塊對投幣時間進行限制。en為接受信號，當(dāng)投幣開始時投幣模塊發(fā)出信號，計數(shù)模塊開始工作，當(dāng)計數(shù)到30時向控制模塊發(fā)出t信號。Clr為控制器發(fā)送給計數(shù)模塊的一個信號，當(dāng)clr為1時，計數(shù)器歸零。Clk為分頻模塊發(fā)送的時鐘信號。

通過程序所得的仿真結(jié)果如圖7下：

圖7計數(shù)模塊仿真三、模塊仿真1當(dāng)en為1時，clr為0時，t在clk第30個上升沿輸出為1，仿真結(jié)果如圖8所示：圖8t輸出為1時的仿真結(jié)果三、模塊仿真2當(dāng)en為1時，clr為1時，t輸出為0，仿真結(jié)果如圖9所示：

圖9t輸出為0時的仿真結(jié)果三、模塊仿真5.出貨模塊

出貨模塊是自動售貨機給出相關(guān)貨物的信號，本課題要求貨物為三個商品，因此出貨模塊有4個輸入信號xuan_rg，xuan_sb，xuan_yl，為所購商品的輸入信號，en為控制模塊所給的信號當(dāng)en=1時出貨模塊開始工作，然后對顧客所選擇貨物進行出貨。 出貨模塊的仿真結(jié)果如下： 1當(dāng)輸入信號en為1，xuan_rg信號為1時，chu_rg信號為1，仿真結(jié)果如圖10所示：三、模塊仿真圖10chu_rg信號為1時的仿真結(jié)果三、模塊仿真

2當(dāng)輸入信號en為0，xuan_rg信號為1時，chu_rg信號為0，仿真結(jié)果如圖11所示：圖11chu_rg信號為0時的仿真結(jié)果三、模塊仿真

6.顯示模塊 顯示模塊的作用是對購物結(jié)束后的所需找零數(shù)目進行顯示。找零顯示模塊的輸入端接收來自控制模塊的輸入信號，輸出端外接LED顯示燈，由于找零的數(shù)目為范圍為0至8，因此只需要一個LED顯示燈，輸出信號為a，b，c，d，e，f，g。仿真結(jié)果如圖12所示：三、模塊仿真圖12LED的仿真結(jié)果三、模塊仿真

7.主控模塊

主控模塊為自動售貨機控制系統(tǒng)的核心部分，在主控模塊中將輸入的錢幣數(shù)目與商品的價格進行對比，然后進行找零并發(fā)出出貨信號。輸入信號t為計時信號，當(dāng)時間超過30s時，商品不再接受貨幣。Clk為控制系統(tǒng)的時鐘信號。輸出信號di，c分別為找零顯示模塊的輸入信號與找零信號。en為控制出貨模塊的信號，當(dāng)en值為1時，確認出貨模塊可以輸出商品。Start為復(fù)位信號，當(dāng)start值為1時，自動售貨機回到初始狀態(tài)。Clr為計數(shù)模塊的控制信號，當(dāng)收貨完成后，clr輸出為1，計數(shù)模塊回到初始狀態(tài)歸零。En1與en2分