基于VerilogHDL的自动售货机设计.docx

基于VerilogHDL的自动售货机设计.docx

《基于VerilogHDL的自动售货机设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于VerilogHDL的自动售货机设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于VerilogHDL的自动售货机设计

密级：

NANCHANGUNIVERSITY

学士学位论文

THESISOFBACHELOR

（2012—2016年）

题目基于VerilogHDL的自动售货机设计

学院：

信息工程学院系电子信息工程系

专业班级：

学生XX：

学号：

指导教师：

职称：

教授

起讫日期：

2016.3.14——2016.6.3

基于VerilogHDL的自动售货机设计

专业：

电子信息工程学号：

6100212164

学生XX：

田启泽指导教师：

陶凌

摘要

自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受地点和时间的限制，能够支持线上，线下多种支付方式，出货迅速，并且操作简单方便，因此受到了社会各群体的欢迎。

现目前自动售货机多为单片机设计，常出现因功能单一不能满足顾客需求，性能不稳定带来各种售货出错等现象。

本文将论述采用EDA方法，以QuartusⅡ为软件开发平台，使用VerilogHDL语言设计，经过仿真后，在FPGA器件中实现自动售货机系统的详细流程。

经过仿真验证设计可以实现投币计次，两种售价均为两元的商品选择，购物操作无条件取消，按键消抖，以及投币退币数量显示功能。

硬件电路用一个按键电路实现投币功能，以led的点亮的数量指示投币的数量和商品出货情况，并以七段数码管显示退币的数量。

关键词：

自动售货机；VerilogHDL；FPGA；EDA；QuartusⅡ

DesignofVendingMachineBasedonVHDL

Abstract

Vendingmachinesaremonlyusedasmercialautomatedequipment,itisnotrestrictedsometroubleaspects,suchasplace,timeandsoon.Itsupportonline,offlinepaymentmethods,fastshipping,andeasyoperation,thereforehasbeenweledbyallsocialgroups.Vendingmachinesarecurrentlyamostlysingle-chipdesign,oftenduetoasinglefunctioncannotmeetcustomerneeds,bringavarietyofsalesperformanceproblemsduetounstablecapability.

ThisarticlewilldiscussesthesellingprocessofthevendingmachinebyusingQuartusⅡassoftwaredevelopmentplatform,withtheEDAmethodandthroughVerilogHDLlanguagedesigning,aftersimulating,plyingvendingmachinesysteminFPGAdevices.Aftersimulationdesigneditcanbeachievedcoinmeteringandselectionofmoditiesbotharepricedattwoyuan,unconditionallycanceled,keydebounceandcoin-coinnumberdisplay.Hardwarecircuitusingafunctionkeycircuitsreplayscoin-operated,thenumberofledlightsindicatesthenumberofshipmentsofgoodsandcoin,andusingseven-segmentLEDtodisplaythenumberofcoinreturn.

Keywords:

vendingmachine；VerilogHDL；FPGA；EDA；QuartusⅡ

第一章绪论

1.1自动售货机研究背景

中国产业调研网发布的2016年版中国自动售货机市场现状调研与发展趋势趋势分析报告认为,居民收入水平显步攀升，自动售货机的迅猛发展得益于消费群体追逐灵活、智能、高效以及自助式服务。

现今自动售货机已经成为了欧美发达国家经济发展中的一个不可分割部分,特别是对青年一代,这种伴随其成长的前卫零售方式更可谓是一种新的消费时尚[1]。

自动售货机具有技术含量高、销售方式新、市场潜力大、商品货真价实等优点,决定了它广阔的发展。

而且,它与电子购物等新型消费方式相通,能创造出巨大的商机。

自动售货机在一些发达国家应用非常普遍,1930年,美国研制出世界第一台自动售货机,主要贩卖香烟。

而自动售货机在我国的投入使用,也已经有20多年的时间,但一直没有全面普及。

十九世纪三十年代，我国开始引进日韩等国的老旧机器投入市场，到如今的自主研发和生产贩卖机，我国自动售货机生产工厂，运营商家蹒跚起步，攻克了一道道技术，市场难题，已经在国内零售行业内打下了良好的基础，开辟了一条顺畅的零售之路。

目前我国的自动售货机发展趋势已经日渐清晰，自动售货机市场已经慢慢由沿海发达地区向中西部欠发达地区拓展[2]。

中国是世界上经济发展最快的国家之一,但是目前市场上仅置放了区区4万台自动售货机。

许多企业家开始成立自动售货机公司,但还没有找到有效的定价模式。

在许多公司当中,仅有一家是盈利的,因为它们占据了有利的地点，售货机功能齐全，商品的价位更容易让广大百姓接受，除了供应日常的食品之外，还提供了其他许多物品。

由于中国自动售货机市场起步较晚，民众对自动售货机的接受度低，对其安全性存在种种质疑，这是中国自动售货机市场发展缓慢的主要原因。

除此之外，贩卖机的功能单一，价格不具备市场竞争力，货币识别能力也比较差，这些都是影响消费者进行选择的重要因素。

由于自动售货机在国内属于新鲜事物，民众对其充满了好奇之心，蓄意破坏者大有人在，自动售货机投入市场初期，在一些城市几乎遭到"灭顶之灾"。

曾经有人将价值昂贵的自动售货机毁坏，只是为了拿去其中价格低廉的商品。

可以说自动售货机在某种程度代表的是城市发达程度,同时也考验着人们的素质与涵养。

现如今，伴随着自动售货机技术的成熟和市民对自动售货机的加深了解，新的消费方式也逐步促进了人们更高的文明素质,自动售货机的发展命运正在悄悄地发生着变化。

原先,自动售货机由于不能识辨新币和功能比较单一,钱币有被卡的现象不时出现,安全性也不如现在,造成自动售货机被损坏的情况时有发生。

如今，自动售货机可以做到同时制冷与加热，可以满足不同人群的消费需求[3]。

安全，透明的展示窗可以起到良好的广告效果。

货币识别技术也日趋完善，能够识别二十元以下（包括二十元）的所有币种，并且还能够识别货币的真假。

控制系统更是方便智能，可以根据市场需求设定营业时间以及灯光的照明时间，节能效果极好。

同时,还具备了一般的公务能力，统计，盘点，打印等功能是样样具备。

1.2自动售货机的研究意义

随着中国经济的不断腾飞，居民收入显著增加，消费水平逐步攀升，社会智能化程度不断加深，人们的消费意识向智能高效，省时安全转变，自动售货机将以其独特的优势在经济腾飞浪潮中进一步在市场经济体制中获得更广泛的支持与欢迎。

就其目前在中国的现状而言，自动售货机在中国的发展必然在未来几年中取得举足轻重的进步。

时代的发展为自动售货机的普及奠定了良好的背景，然而自动售货机在中国的现状大大落后于欧美等发达国家。

究其原因，第一，我国自动售货机的研发与普及较欧美国家起步晚是一个比较重要的因素，第二，国内自动售货机要普遍发展也有着相当的技术瓶颈。

然而国内企业普遍缺乏自主创新能力，无法攻克自动售货机研究技术难题。

自动售货机市场在未来几年将极度繁华，然而国内的硬件设备还不具有迎接繁华时代到来的基础。

目前我国分布的自动售货机大都为国外引进，外国技术容易遏制我国相关技术的发展。

自动售货机作为一种集成度极高的高新产品，要想在国内普及国产自动售货机，必须解决各类技术问题，才有可能赶超欧美，实现自动售货机在中国的普及目标[4]。

1.3自动售货机的国内外研究现状

国内市场自动售货机仅仅引入不到十年，依然处于市场导入期，竞争相对来不是很激烈。

自动售货机在国内处处充满着无限商机。

截至2016年，国内自动售货机拥有量约为13万台，相对于14亿人口的国家，这个数字远远不能够满足消费者的需求。

假如按中国现有的城市人口6.7亿人计算,平均每10000人中才有一台自动售货机。

相对于东南亚，欧美西方发达国家拥有量是远远落后的。

在很多的发达国家中，自动售货机的营业额可以占到零售业总额的百分之六十及以上，而且保持平均每年百分之五的增速。

大好的市场趋势，促使着自动售货机生产商和运营商不断改革其生产技术和运营成本。

目前国内制造商共有一百家之多，运营商更是多达五十家之多。

此外,国外巨头企业也开始进入中国市场[5]。

日本自动售货机市场已经趋于饱和，其国内自动售货机行业老大--富士电气集团，世界规模最大的日本自动售货机运营商--日本饮料公司，已经开始觊觎中国这片尚未完全被开发的市场。

无独有偶,美国自动售货机行业巨头DeAmertek集团、恒新集团等行业巨头也开始在投放它们的产品，中国企业迎难而上，困难重重。

截至目前，相关企业已经开拓了四种销售模式。

第一种是具有强大经济实力的专业运营商进行整体购买。

第二种是合资或合作的形式,双方在某个市场上发掘出共同利益点，展开合作或者合资。

利用资源优势，共同开拓市场。

第三种是租赁给有意于自动售货机行业的创业者。

第四种方式是生产厂家囊括生产，运营于一身。

自动售货机的发展阶段如图1-1所示。

图1-1

另外,国内一些自动售货机企业为了提升产品竞争力,已经进入了自主创新模式。

2004年,XX和XX出现了一种通过手机就可以购物的自动售货机。

用户不必现场缴纳现金，只需要在交话费的同时将货款一并结算即可，这种购物方式虽说不能够颠覆传统付费模式，但也在一定程度上冲击了传统购物模式的霸主地位。

与此同时，中国自动售货机市场进入全新的e时代购物新模式。

新平台基于无线通讯技术实现实时库存管理系统、电子结算、LCD大屏互动广告等几大新型功能[6]。

1.4自动售货机设计的主要内容

本文主要研究利用自动售货机来完成商品选择、投币计次、出货操作、led数码管显示等功能。

主要完成了以下几个方面的工作：

1.对自动售货机的研究背景及其研究意义做了简短的分析。

2.对设计中用的EDA技术以及VerilogHDL语言、QuarterⅡ软件开发平台相关技术做了简单的介绍。

3.在对自动售货机的整个控制系统进行了研究梳理之后，提出了售货机的整体设计方案。

4，对各个子模块功能的利用VerilogHDL语言程序的输入的方式进行了详细的分析设计，并且对每一个子模块进行了仿真测试，对其相对应的功能进行了验证。

5，最后对整个系统进行了仿真，对整个自动售货机的功能进行了验证。

第二章相关技术简介

2.1EDA技术简介

EDA（ElectronicDesignAutomation）技术全称为电子设计自动化技术。

这是一种高效的电子设计自动化工具，是随着集成电路和计算机技术飞速发展而应运而生的设计工具。

它主要辅助设计以下三个方面的工作，一是集成电路设计，二是电子电路设计，三是印刷电路板设计。

应用EDA技术，可以在计算机环境下进行模拟，检验，布图和测试。

不仅可以节省开发成本，还可以很大程度的提升各种设计的质量。

EDA技术的发展是与可