自己的自动售货机控制系统设计

1、LOGO简简易自易自动动售售货货机控制系机控制系统设计统设计n 随着科技的发展和社会的进步，自动售货机随着科技的发展和社会的进步，自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所自动售货，给人们的生活带来了极大的方便，有自动售货，给人们的生活带来了极大的方便，有“无人小超市无人小超市”之称。之称。n 本课题是通过使用本课题是通过使用VHDLVHDL语言，基于语言，基于FPGAFPGA可编可编程芯片，并通过使用程芯片，并通过使用QuartusQuartus软件进行程序设软件进行程序设计，模拟仿真以及功能验证。计，模拟仿真以及功能验证。一、课题介绍一、

2、课题介绍二、软件系统设计二、软件系统设计u第一部分：功能要求第一部分：功能要求u第二部分：总体思想第二部分：总体思想u第三部分：功能模块的划分第三部分：功能模块的划分u第四部分：控制状态的设计第四部分：控制状态的设计第一部分：功能要求第一部分：功能要求 本自动售货机可销售热狗（本自动售货机可销售热狗（1 1元），汉堡包（元），汉堡包（4 4元），饮料（元），饮料（3 3元）元）3 3种商品种商品; ; 允许投入允许投入1 1元，元，2 2元元，5 5元硬币元硬币; ; 售货机有售货机有2 2个输出口个输出口, , 分别输出货品分别输出货品和找零和找零; ; 另外有另外有4 4个个LCD LCD

3、 数码管数码管, 2, 2个用来显示已个用来显示已经投入的币值经投入的币值,2,2个用来显示找零数。个用来显示找零数。 在自动售货机控制系统的工作过程中，可分在自动售货机控制系统的工作过程中，可分为三个状态：初始状态、投币状态和找零状态。为三个状态：初始状态、投币状态和找零状态。在每一个状态中完成特定的功能。在每一个状态中完成特定的功能。系统运行流程如图系统运行流程如图1 所示。所示。图图1 1系统运行流程图系统运行流程图第二部分：总体思想第二部分：总体思想 自动售货机包括三个商品，依据自动售货机包括三个商品，依据三三种商品分种商品分别设为三个按钮，别设为三个按钮，A1,A3,A4。当顾客选择

4、其中。当顾客选择其中的一种商品时，售货机发送出一个信号按钮不再的一种商品时，售货机发送出一个信号按钮不再生效，用一个生效，用一个LED灯显示。设置三个按钮：灯显示。设置三个按钮：a1,a2,a5来表示投入的硬币是来表示投入的硬币是1元、元、2元、元、5元元。当顾客确定某种商品且投入了足额的硬币，投。当顾客确定某种商品且投入了足额的硬币，投币时限到时，投币窗口找零，用七段显示管显示币时限到时，投币窗口找零，用七段显示管显示找零数，同时送出商品，指示灯找零数，同时送出商品，指示灯out亮。亮。第三部分：功能模块的划分第三部分：功能模块的划分 自动售货机控制系统的功能模块逻辑上划分自动售货机控制系统

5、的功能模块逻辑上划分为主控制模块、商品选择模块、投币处理模块、为主控制模块、商品选择模块、投币处理模块、找零模块、分频模块和显示模块。自动售货机系找零模块、分频模块和显示模块。自动售货机系统框图如图统框图如图2 2所示。所示。图图2 自动售货机系统框图自动售货机系统框图 显示显示JTAGJTAG 接接口口找零找零时钟时钟电源电源投币投币商品选择商品选择分频器分频器控制器控制器外扩存储器模外扩存储器模第四部分：控制状态的设计第四部分：控制状态的设计 此售货机分为三种状态，每一个状态能完成一定得功能：此售货机分为三种状态，每一个状态能完成一定得功能：初始状态，投币状态，找零状态。初始状态，投币状态

6、，找零状态。（1 1）初始状态：当售货机通电后进入初始状态，顾客购）初始状态：当售货机通电后进入初始状态，顾客购买时，可根据选择买时，可根据选择xuan_rg,xuan_yl,xuan_hbxuan_rg,xuan_yl,xuan_hb键购买商品，键购买商品，从而进入下一状态。当顾客购买错误或不再购买时按下从而进入下一状态。当顾客购买错误或不再购买时按下startstart重新进入初始状态。重新进入初始状态。（2 2）投币状态：在这个状态时）投币状态：在这个状态时xuan_rg,xuan_yl,xuan_hbxuan_rg,xuan_yl,xuan_hb键失效。投入钱（键失效。投入钱（1 1元

7、，元，2 2元，元，5 5元），当投入硬币等于或者元），当投入硬币等于或者超过商品价格时进入下一状态。投币时间为超过商品价格时进入下一状态。投币时间为3030秒超过秒超过3030秒，秒，售货机拒绝接受钱币。售货机拒绝接受钱币。 （3 3）找零状态：投币结束，售货机自动判别总钱数，若）找零状态：投币结束，售货机自动判别总钱数，若在时限到来之际，总钱数少于顾客所需商品的单价，则退出在时限到来之际，总钱数少于顾客所需商品的单价，则退出钱币，用钱币，用LEDLED显示退钱数。若大于或等于商品数则通过控制显示退钱数。若大于或等于商品数则通过控制系统找零，用系统找零，用LEDLED显示找零数，送出商品。出

8、货找零，表示显示找零数，送出商品。出货找零，表示一次工作已经结束，等待下一个信号到来，进行新的售货。一次工作已经结束，等待下一个信号到来，进行新的售货。三、模块仿真三、模块仿真1.投币模块投币模块 此模块有六个输入信号以及两个输出信号：此模块有六个输入信号以及两个输出信号：qian1,qian2,qian5qian1,qian2,qian5为不同数额钱币输入信号；为不同数额钱币输入信号；en1en1为主控模块所发出的信号，当为主控模块所发出的信号，当en1en1信号为信号为1 1的时的时候，投币模块开始工作；候，投币模块开始工作；resetreset为恢复初始信号，为恢复初始信号，当当rese

9、treset信号为信号为1 1 的时候投币模块不进行工作；的时候投币模块不进行工作；enen为给计时器的输出信号，当为给计时器的输出信号，当enen为为1 1的时候计时器开的时候计时器开始工作；始工作；bibi为输出的钱币数目。为输出的钱币数目。 投币模块的作用相当于一个计数的寄存器，投币模块的作用相当于一个计数的寄存器，在清零的状态下可以准确的计算投币数额，记录在清零的状态下可以准确的计算投币数额，记录并保存总币值。并保存总币值。三、模块仿真三、模块仿真通过程序所得到的仿真图如下所示：通过程序所得到的仿真图如下所示：1 1、当、当resetreset输入为输入为0 0，输入，输入5 5元，元

10、，2 2元，元，1 1元元时，仿真结果如图时，仿真结果如图3 3所示：所示：图图3 reset3 reset输入为输入为0 0时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真2.2.当当resetreset输入为输入为1 1时，输入时，输入5 5元，元，2 2元，元，1 1元，元，bibi输出应为输出应为0 0。仿真结果如图。仿真结果如图4 4所示：所示：图图 4 reset输输入入为为1时时的仿的仿真结真结果果三、模块仿真三、模块仿真2.2.商品选择模块商品选择模块 自动售货机的商品选择模块，通过自动售货自动售货机的商品选择模块，通过自动售货机上的三个选择按键完成商品选择，在接收到对机上的三

11、个选择按键完成商品选择，在接收到对应三个商品之一的一个选择信号时进行编译，将应三个商品之一的一个选择信号时进行编译，将被选择的商品进行编码，输入到主控模块中，在被选择的商品进行编码，输入到主控模块中，在主控模块中与所接受的钱币进行对与计算。输入主控模块中与所接受的钱币进行对与计算。输入信号为信号为a1,a4a1,a4，a3a3。而。而xuan_rg,xuan_hb,xuan_ylxuan_rg,xuan_hb,xuan_yl为三个输出信号，与出货模块连接。为三个输出信号，与出货模块连接。reset reset 与与en2en2信号来自主控模块，当信号来自主控模块，当resetreset为为1

12、1时模块进入初始时模块进入初始状态，不进行选择。当状态，不进行选择。当en2en2为为1 1时，商品可以进行时，商品可以进行选择，当选择，当en2en2为为0 0时，三个商品选择键无效。时，三个商品选择键无效。三、模块仿真三、模块仿真 当当resetreset输入为输入为0 0，en2en2输入为输入为1 1时，时，d d输出为货物，输出为货物，仿真结果如图仿真结果如图5 5所示：所示：图图5 reset5 reset输入为输入为0 0，en2en2输入为输入为0 0，a8a8输入为输入为1 1时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真 3. 3.分频模块分频模块 分频模块是用来将外来的

13、时钟信号进行分频分频模块是用来将外来的时钟信号进行分频选用的时钟信号是由外部的选用的时钟信号是由外部的6MHZ6MHZ的晶振提供的，的晶振提供的，通过分频模块进行分频以后将得到周期为通过分频模块进行分频以后将得到周期为1HZ1HZ的信的信号。由于仿真所需时间过长，本文选择号。由于仿真所需时间过长，本文选择100.0ns100.0ns为为一周期的信号，分频后为一周期的信号，分频后为6.0us6.0us为一周期的信号，为一周期的信号，时钟输入信号为时钟输入信号为clkclk，输出信号为，输出信号为newclknewclk。 通过仿真结果如下图通过仿真结果如下图6 6所示：所示：三、模块仿真三、模块

14、仿真 图图 6 newclk6 newclk输出为输出为1 1时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真 4. 4.计数模块计数模块 由于课题要求自动售货机控制系统有定时系统，并限定在由于课题要求自动售货机控制系统有定时系统，并限定在30s30s内完成投币，内完成投币，30s30s之后投币无效，因此需要设定一个计数模块之后投币无效，因此需要设定一个计数模块对投币时间进行限制。对投币时间进行限制。enen为接受信号，当投币开始时投币模块发为接受信号，当投币开始时投币模块发出信号，计数模块开始工作，当计数到出信号，计数模块开始工作，当计数到3030时向控制模块发出时向控制模块发出t t信信号

15、。号。ClrClr为控制器发送给计数模块的一个信号，当为控制器发送给计数模块的一个信号，当clrclr为为1 1时，计时，计数器归零。数器归零。ClkClk为分频模块发送的时钟信号。为分频模块发送的时钟信号。 通过程序所得的仿真结果如图通过程序所得的仿真结果如图7 7下：下：图图7 7 计数模块仿真计数模块仿真三、模块仿真三、模块仿真1 1 当当enen为为1 1时，时，clrclr为为0 0时，时，t t在在clkclk第第3030个上升沿输出为个上升沿输出为1 1，仿真结果，仿真结果如图如图8 8所示：所示：图图 8 t8 t输出为输出为1 1时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿

16、真2 2 当当enen为为1 1时，时，clrclr为为1 1时，时，t t输出为输出为0 0，仿真结果如图，仿真结果如图9 9所示：所示： 图图 9 t9 t输出为输出为0 0时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真5.5.出货模块出货模块 出货模块是自动售货机给出相关货物的信号出货模块是自动售货机给出相关货物的信号，本课题要求货物为三个商品，因此出货模块有，本课题要求货物为三个商品，因此出货模块有4 4个输入信号个输入信号xuan_rgxuan_rg，xuan_sbxuan_sb，xuan_ylxuan_yl，为所购，为所购商品的输入信号，商品的输入信号，enen为控制模块所给的信

17、号当为控制模块所给的信号当en=1en=1时出货模块开始工作，然后对顾客所选择货时出货模块开始工作，然后对顾客所选择货物进行出货。物进行出货。 出货模块的仿真结果如下：出货模块的仿真结果如下： 1 1当输入信号当输入信号enen为为1 1，xuan_rgxuan_rg信号为信号为1 1时，时，chu_rgchu_rg信号为信号为1 1，仿真结果如图，仿真结果如图1010所示：所示：三、模块仿真三、模块仿真图图10 chu_rg10 chu_rg信号为信号为1 1时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真 2 2 当输入信号当输入信号enen为为0 0，xuan_rgxuan_rg信号为信

18、号为1 1时，时，chu_rgchu_rg信号信号为为0 0，仿真结果如图，仿真结果如图 1111所示：所示：图图11 chu_rg11 chu_rg信号为信号为0 0时的仿真结果时的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真6.6.显示模块显示模块 显示模块的作用是对购物结束后的所需找零数显示模块的作用是对购物结束后的所需找零数目进行显示。找零显示模块的输入端接收来自控制目进行显示。找零显示模块的输入端接收来自控制模块的输入信号，输出端外接模块的输入信号，输出端外接LEDLED显示灯，由于找显示灯，由于找零的数目为范围为零的数目为范围为0 0至至8 8，因此只需要一个，因此只需要一个LEDLED显示显示灯，输出信号为灯，输出信号为a a，b b，c c，d d，e e，f f，g g。仿真结果。仿真结果如图如图1212所示：所示：三、模块仿真三、模块仿真图图12 LED12 LED的仿真结果的仿真结果三、模块仿真三、模块仿真7.7.主控模块主控模块 主控模块为自动售货机控制系统的核心部分，在主控主控模块为自动售货机控制系统的核心部分，在主控模块中将输入的钱币数目与商品的价格进行对比，然后进模块中将输入的钱币数目与商品的价格进行对比，然后进行找零并发出出货信号。输入信号行找零并发出出货信号。输入信号t t为计时信号，当时间超为计时信号，当时间超过过30s30s时，商品不再接