HDL项目设计自动售货机.docx
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HDL项目设计自动售货机
河海大学计算机与信息学院（常州）
课程设计报告
题目HDL课程设计自动售货机
专业、学号电信1062610302
授课班号278605
学生姓名李珊珊
指导教师奚吉
完成时间2012年8月30日
摘要
《HDL硬件描述语言》是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教学是它的一个极为重要的环节。
因此通过自主设计自动售货机，让我们能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，并且进一步加深对分析、解决实际的数字电路问题的认识，。
本设计主要利用QuartusII平台，采用VHDL硬件描述语言编程的设计方法设计系统核心电路的硬件程序，之后借助ModelSim软件进行软件仿真，经过验证可以实现功能后，再将程序通过QuartusⅡ平台进行调试，最后将生成的目标文件下载到实验台内的FPGA芯片以实现该系统，并结合实验箱进行具体的显示。
最终完成的自动售货机系统具有投币处理、商品选择、找零、异常退币等主要功能。
本次设计中，用七个开关依次分别表示三种币值和四种价格的小商品，用数码管显示退币。
当投币并选择商品后，若投币总值大于等于商品价格，则成功购买，对应所购买商品的LED灯亮，数码管显示退币金额；若投币总值小于商品价格，则显示异常，商品LED灯不亮，所投金额全部退回，数码管显示退币金额。
【关键词】自动售货机HDLQuartusIIFPGA
ABSTRACT
"TheHDLhardwaredescriptionlanguage"isatechnical,appliedsubject,experimentalteachingisoneofitsmostimportantlink.Therefore,throughindependentdesignaauto-vendingmachine,sothatwecantotheclassroomtheoreticalknowledgeandpracticalapplicationofcombined,andtofurtherdeepentheanalysis,solvepracticaldigitalcircuitproblems,.
ThisdesignmainlyusesQuartusIIplatform,usingVHDLhardwaredescriptionlanguageprogrammingdesignmethodfordesignofsystemcorecircuithardwareprogram,followedbyModelSimsoftwarethroughsoftwaresimulation,validationfunctioncanbeachieved,thentheprogramthroughtheQuartusⅡplatformindebugging,finallywillgeneratethetargetfiledownloadtoexperimentalplatformFPGAchiptorealizethesystem,andcombiningwiththeexperimentalboxforaspecificdisplay.Finalcompletionofavendingmachinesystemhavingacoinprocessing,productselection,change,refundandothermajorfunctionalabnormalities.
Inthisdesign,withsevenswitchesrespectivelyrepresentthethreecurrencyandfourkindsofpricesofcommodity,withdigitaldisplaybackcurrency.Whenthecoinandmerchandiseselection,ifthecoinvaluegreaterthanorequaltocommodityprices,successfulbuy,correspondingtopurchaseLEDlights,digitaltubedisplaytherefundamount;ifthecoinvaluelessthancommodityprices,commoditydisplayabnormalities,LEDlightisnotbright,theinvestmentamountofallreturned,digitaltubedisplaytherefundamount.
【Keywords】auto-vendingmachineHDLQuartusIIFPGA
系统设计
1.设计目标
（1）用四个发光二极管分别模拟售出价值为5角、1元、1.5元和2元的小商品，购买者可以通过开关选择任意一种标价中的小商品。
（2）灯亮时表示该小商品售出。
（3）用开关分别模拟5角、1元硬币和5元纸币投入，可以用几只发光二极管（或数码管）分别代表找回剩余的硬币。
（4）每次只能售出一种小商品，当所投硬币达到或超过购买者所选面值时，售出货物并找回剩余的硬币，回到初始状态；
（5）当所投硬币值不足面值时，可通过一个复位键退回所投硬币，回到初始状态。
2.设计方案比较
本设计可以通过多种方案来实现，例如采用数字逻辑电路制作，用IC器件连接焊接外围电路实现，这种电路很直观，简单方便。
但应用数字逻辑电路制作，使用的器件较多，连接复杂，体积大，功耗大。
电路中焊点和线路较多会,使成品的稳定度和精度大大降低。
在本设计中，主要采用另一种方案：
使用现场可编程逻辑器件（FPGA）制作，利用VerilogHDL硬件描述语言编程进行控制，然后利用QuartusⅡ平台实现。
采用FPGA实现,它的优点是所有电路集成在一块芯片上，此方案所需的外围电路简单,这样它的体积就减少了，同时还提高了系统的稳定度。
还可以用软件QuartusⅡ5.0进行仿真和调试等。
设计人员可以充分利用HDL硬件描述语言方便的编程，提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本；而且易于进行功能的扩展，实现方法灵活，调试方便，修改容易。
3.系统框图
选择商品
找零
初始状态
币值不足
币值充足
投币
4.详细方案
根据题目的基本要求，自动售货机的问题实际就是状态转换的问题，不同的状态对应不同的输出。
我们设计的自动售货机有四个状态，即初始状态、选择商品状态、投币状态、找零状态。
初始状态：
各变量都设置为零，按下rst键后，一切恢复到初始状态。
选择商品状态：
分别有价格为0.5元、1元、1.5元和2元的商品，每次选择商品前，设置一个标志位表示选择商品状态。
此自动售货机每一次售货时只能一次选择一种商品，当同时选择两种以上时，选择商品无效，数码管显示清零，重新进行商品选择。
选择商品后，数码管显示所选商品价格。
投币状态：
当选好商品后，开始投币，同样有一标志位表示投币金额。
投币口只接受三种面值的钱币0.5元、1元和5元，可以同时投入多种面值钱币。
完币后，先有一个确认买商品的过程，若投了币但又不购买商品了，完币后，先有一个确认买商品的过程，若投了币但又不购买商品了，就将全部投币金额退回；若确认购买商品，则进入下一状态：
找零状态。
找零状态：
投完币，并确认购买商品后，进入找零状态。
首先要将所投的金额与所选商品的价格做比较，若所投金额小于商品价格，则退回所投钱币；若大于等于商品价格，则两者做差，得到需要找零的钱。
实际过程中，我们将此问题分为两部分来实现：
输入部分和输出部分。
输入部分：
包括复位信号、选择商品信号和投币信号。
四种小商品的选择可以分别用四个输入端代替，三种币值可以分别用三个输入端表示。
时钟信号clk为每个时钟的上升沿触发系统的状态转换；复位信号为上升沿触发，按下后自动回复初始状态；选择信号为4个按键，表示4种不同价值的小商品，高电平有效；投币信号为3个按键，表示3种币值，高电平有效；确定信号为选择投币后按确定键才能判断输出。
输出部分：
包括币值显示信号、货物信号及找零信号。
其中，用相应的指示灯表示所选货物、投币币值，用数码管显示找零信号。
5.程序
moduleseller（b1,b2,b3,pri_5,pri_10,pri_15,pri_20,clk,rst,out1,out2,goods,money）;
inputb1,b2,b3;
inputpri_5,pri_10,pri_15,pri_20;
inputrst;
inputclk;
outputout1,out2;
outputgoods;
outputmoney;
reg[0:
2]money;
reg[0:
3]goods;
reg[0:
6]out1;
reg[0:
6]out2;
always@（clk）
if（rst）
begin
money=3'b000;
out1=7'b0111111;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0000;
end
else
begin
if（b1==1&&b2==0&&b3==0）
begin
money=3'b001;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
if（b1==0&&b2==1&&b3==0）
begin
money=3'b010;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b0000110;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
if（b1==0&&b2==0&b3==1）
begin
money=3'b100;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1100110;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b1111111;
out2=7'b1100110;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_15==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1001111;
goods=4'b0100;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_20==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1001111;
goods=4'b1000;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
end
end
if（b1==1&&b2==1&&b3==0）
begin
money=3'b011;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b0000110;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_15==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b0111111;
goods=4'b0100;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b0000110;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
end
if（b1==1&&b2==0&&b3==1）
begin
money=3'b101;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1100110;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_15==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1100110;
goods=4'b0100;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_20==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1001111;
goods=4'b1000;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
end
end
if（b1==0&&b2==1&&b3==1）
begin
money=3'b110;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_15==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1100110;
goods=4'b0100;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_20==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1100110;
goods=4'b1000;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1111101;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
end
end
if（b1==1&&b2==1&&b3==1）
begin
money=3'b111;
if（pri_5==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1111101;
goods=4'b0001;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_10==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0010;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_15==1）
begin
out1=7'b0111111;
out2=7'b1101101;
goods=4'b0100;
money=3'b000;
end
else
begin
if（pri_20==1）
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1100110;
goods=4'b1000;
money=3'b000;
end
else
begin
out1=7'b1101101;
out2=7'b1111101;
goods=4'b0000;
money=3'b000;
end
end
end
end
end
end
endmodule
moduleseller（clk,rst,price,yes,money,goods,led_warn,bizhi,led）;
inputclk,rst,yes;
input[2:
0]money;
input[3:
0]goods;
output[3:
0]led;
outputled_warn;
output[11:
0]bizhi;
output[11:
0]price;
regclk_500Hz;
reg[3:
0]led;
regled_warn;
reg[11:
0]bizhi;
reg[11:
0]price;
reg[31:
0]counter;
reg[9:
0]inprice,price_all;
reg[1:
0]flag=2'b00;
parameterCOUNT1=25'd10000;
always@（posedgeclk）
begin
if（counter==0）
begin
counter<=COUNT1;
clk_500Hz<=~clk_500Hz;
end
else
counter<=counter-1;
end
always@（negedgerstorposedgeclk）
begin
if（!
rst）
begin
led=4'b0000;
price_all=0;
led_warn=0;
price=0;
end
else
begin
case（money）
3'b001:
beginprice_all=5;end
3'b010:
beginprice_all=10;end
3'b100:
beginprice_all=50;end
3'b011:
beginprice_all=15;end
3'b101:
beginprice_all=55;end
3'b110:
beginprice_all=60;end
3'b111:
beginprice_all=65;end
default:
beginprice_all=0;end
endcase
case（goods）
4'b0001:
beginprice=5;
end
4'b0010:
beginprice=10;
end
4'b0100:
beginprice=15;
end
4'b1000:
beginprice=20;
end
default:
beginprice=0;
end
endcase
if（yes==1）
begin
if（price_allbegin
led_warn=1;
price=0;
end
else
begin
price_all=price_all-inprice;
case（price）
5:
beginled=4'b0001;end
10:
beginled=4'b0010;end
15:
beginled=4'b0100;end
20:
beginled=4'b1000;end
endcase
end
end
end
always@（posedgeclk_500Hz）
begin
case（flag）
2'b00:
begin
bizhi<={4'b1110,led7（price_all%10）,1'b1};
price<={4'b1110,led7（price%10）,1'b1};
flag=2'b01;
end
2'b01:
begin
bizhi<={4'b1101,led7（price_all/10）,1'b0};
price<={4'b1101,led7（price/10）,1'b0};
flag=2'b00;
end
endcase
end
function[6:
0]led7;
input[3:
0]input;
begin
case（input）
0:
led7=~7'b111_1110;
1:
led7=~7'b011_0000;
2:
led7=~7'b110_1101;
3:
led7=~7'b111_1001;
4:
led7=~7'b011_0011;
5:
led7=~7'b101_1011;
6:
led7=~7'b101_1111;
7:
led7=~7'b111_0000;
8:
led7=~7'b111_1111;
9:
led7=~7'b111_0011;
default:
led7=~7'b111_1111;
endcase
end
endfunction
endmodule
结果与讨论
1.调试步骤
（1）运行Quart
升级会员 