自动售货机控制系统的设计

课程设计题目：自动售货机控制系统的设计目的与任务：（1） 进一步掌握MAX+PLUS软件的使用方法；（2） 会使用VHDL语言设计小型数字电路系统；（3） 掌握应用MAX+PLUS软件设计电路的流程；（4） 掌握自动售货机的设计方法；（5） 会使用GW48实验系统。内容和要求：设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。（1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。（2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。（3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。（4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示购买失败。设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）一、 系统设计方案根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。时钟分频器 控制器商品选择钱数输入译码显示 图1 系统组成框图系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。（1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。（a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品 价格进行比较，然后控制找零。（3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。 图2 设计原理图二、 系统主要VHDL源程序（1） 分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频）LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CLKGEN ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; NEWCLK:OUT STD_LOGIC);END CLKGEN; ARCHITECTURE BEHAVE OF CLKGEN IS SIGNAL Q:INTEGER RANGE 0 TO 14999; SIGNAL DIVCLK: STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF Q 14999 THEN Q =Q+1; ELSE DIVCLK = NOT DIVCLK;Q =0; END IF; END IF; END PROCESS;NEWCLK = DIVCLK;END BEHAVE;（2） 自动售货机控制器源程序（ 3种钱数为1元、2元、5元；3种物品的价格为2元、5元、10元 ） LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SHOUHUOJI ISP ORT ( CLK: IN STD_LOGIC; COIN1: IN STD_LOGIC; -1元信号 COIN2: IN STD_LOGIC; -2元信号 COIN3: IN STD_LOGIC; -5元信号 PRICE1: IN STD_LOGIC; -2元商品 PRICE2: IN STD_LOGIC; -5元商品 PRICE2: IN STD_LOGIC; -5元商品 PRICE3: IN STD_LOGIC; -10元商品 Y0: OUT STD_LOGIC; -购买成功信号 Y1: OUT STD_LOGIC; -退币信号 MONEY: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); PAYBACK: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END SHOUHUOJI;ARCHITECTURE BEHAV OF SHOUHUOJI IS SIGNAL COIN: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -保存钱数SIGNAL COUT: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -保存找零 BEGIN PROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF COIN1=1 THEN COIN = COIN+1; Y0=0;Y1=0; ELSIF COIN2=1 THEN COIN = COIN+2; Y0=0;Y1=0; ELSIF COIN3=1 THEN COIN = COIN+5; Y0=0;Y1= 0010 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-2; ELSE Y0=0;Y1=1;COUT= 0101 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-5; ELSE Y0=0;Y1=1;COUT= 1010 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-10;ELSE Y0=0;Y1=1;COUT=COIN; END IF;END IF;END IF；END PROCESS;MONEY=COIN; - 输入的钱数PAYBACK DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT=; END CASE; END PROCESS;END BEHAV;三、 系统仿真与硬件验证（1） 系统的有关仿真1）分频电路的仿真如图3所示，为了便于仿真，在仿真时采用20分频，由图可看出每经过10个外部时钟，新时钟翻转一次，实现了分频。 图3 分频器仿真结果图 2）控制电路的仿真 如图4、图5、图6所示。 图4 输入7元，购买5元商品，找零2元，Y0显示购买成功 图5 输入13元，购买10元商品，找零3元，Y0显示购买成功 图6 输入7元，购买10元商品， Y1显示购买失败，退币7元3）显示电路的仿真 如图7所示，当大于9时分开显示。 图7 显示电路仿真结果系统的硬件验证 应用GW48实验系统，选择实验电路结构图NO.5，管脚定义如下： CLK接CLOCK1 、COIN1 接PIO0、COIN2接 PIO1、COIN3接PIO2、PRICE1接 PIO3、 PRICE2接PIO4、PRICE3接 PIO5；MONEY7.0 接PIO16PIO23（数码管1、