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

目的与彳壬务：

（1）进一步掌握MAX+PLUSn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+PLUSII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，假设输入的钱数大于物

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置成功。

〔4〕假设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

示购置失败。

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。

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,

假设按下的是钱数键，那么将钱数保存于中间信号COIN，假设下次按下的仍是钱数键，

COIN的值那么加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，那么将COIN的值与物

品价格进行比拟，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。

CLKGEN

CLKNEUCLKSHOUHUOJI

CLK

COINIY0逑JQYI

COINSYJLXIANSHI

C0IN3N0NEYC3..O]DIN[3..0]D0UT[7..0]I>M0NEY[7；0]

PRIGNJ.FRYBNGK[.0J

PRICE?

XIANSHI

PRICES"1

0INr3..01D0UTr7..014~~>PAY0ACKI7J0]

图2设计原理图

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〕

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYCLKGENIS

PORT（CLK:INSTD_LOGIC;

NEWCLK:OUTSTD.LOGIC);

ARCHITECTUREBEHAVEOFCLKGENIS

SIGNALQ:INTEGERRANGE0TO14999;

SIGNALDIVCLK:STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='l'THEN

IFQ<14999THENQ<=Q+1;

ELSEDIVCLK<=NOTDIVCLK;Q<=0;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

NEWCLK<=DIVCLK;

ENDBEHAVE;

(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正EE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYSHOUHUOJIIS

PORT(CLK:INSTD.LOGIC;

COINI:INSTD_LOGIC;-1元信号

COIN2:INSTD_LOGIC;-2元信号

COIN3:INSTD_LOGIC;--5元信号

PRICE1:INSTD_LOGIC;••2兀商品

PRICE2:INSTD_LOGIC;--5兀商品

PRICE2:INSTD_LOGIC;-5元商品

PRICE3:INSTD_LOGIC;--10元商品

YO:OUTSTD_LOGIC;一购置成功信号

Yl:OUTSTD_LOGIC;--退币信号

MONEY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);

PAYBACK:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));

ENDSHOUHUOJI;

ARCHITECTUREBEHAVOFSHOUHUOJIIS

SIGNALCOIN:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);--保存钱数

SIGNALCOUT:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);--保存找零

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='l'THEN

IFCOINl='l'THENCOIN<=COIN+1;Y0<=,0';Yl<='0';

ELSIFCOIN2='l'THENCOIN<=COIN+2;Y0<='0';Yl<=,0';

ELSIFCOIN3='l'THENCOIN<=COIN+5;Y0<='0';Yl<='0';

ELSIFPRICEl='l'THEN

IFCOIN>="0010"THENYO<=,l';Yl<='0,;COUT<=COIN-2;

ELSEYO<=,0,;Y1<=,1,;COUT<=COIN;

ENDIF;

ELSIFPRICE2='l'THEN

IFCOIN>="0101"THENYO<='l';Yl<='0';COUT<=COIN-5;

ELSEYO<=,0';Y1<='1';COUT<=COIN;

ENDIF;

ELSIFPRICE3='l'THEN

IFCOIN>="1010"THENY0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-10;

ELSEY0<='O';Y1<='1'；COUT<=COIN;

ENDIF;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

MONEY<=COIN;--输入的钱数

PAYBACK<=COUT;-找零

ENDBEHAV;

（3）译码显示源程序〔总钱数应小于16元〕

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYXIANSHIIS

P0RT(DIN:INSTD_L0GIC_VECT0R(3D0WNT00);

DOUT:OUTSTD_L0GIC_VECT0R(7DOWNTO0));

ENDXIANSHI;

ARCHITECTUREBEHAVOFXIANSHIIS

BEGIN

PROCESS(DIN)

BEGIN

CASEDINIS

WHEN"0000"=>DOUT<="00000000";

WHEN"0001"=>DOUT<="00000001";

WHEN"0010"=>DOUT<="00000010";

WHEN"0011"=>DOUT<="00000011";

WHEN"0100"=>DOUT<="00000100,;

WHEN"0101"=>DOUT<="00000101,;

WHEN"0110"=>DOUT<="OOOOOHO,;

WHEN"0111"=>DOUT<="OOOOOH1,;

WHEN"1000"=>DOUT<="00001000";

WHEN"1001"=>DOUT<="00001001";

WHEN"1010"=>DOUT<="00010000";

WHENn1011"=>DOUT<="00010001";

WHEN"1100"=>DOUT<="00010010";

WHEN"1101"=>DOUT<="00010011";

WHEN"1110"=>DOUT<="00010100";

WHEN"1111"=>DOUT<="00010101"；

WHENOTHERS=>DOUT<="00000000";

ENDCASE;

ENDPROCESS;

ENDBEHAV;

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。

O.Otis

0-CLK

-dNEWCLK

朗Q

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。

0.0ns

图5输入13元，购置10元商品，找零3元，YO显示购置成功

00ns

图6输入7元，购置10元商品，Y1显示购置失败，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。

加$

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