EDA课程设计自动售货机控制系统.docx

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EDA课程设计自动售货机控制系统

《电子设计自动化（EDA）技术》课程设计报告

题目:

自动售货机控制系统

姓名：

院系：

专　　业：

学号：

指导教师：

完成时间:

年月日

设计题目

自动售货机控制系统

设计要求

设计一个模拟自动售货机的逻辑控制电路

1、它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口。

2、每次只能投入一枚一元或五角硬币。

3、投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水。

4、投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币。

设计过程

使用VHDL语言的原因：

利用语言的灵活性及功能强大的EDA工具，可以轻松完成硬件的功能扩充与升级，还可以实现更复杂的数字系统，整个设计过程相对于传统的设计方法，有较大的突破。

VHDL语言作为现代数字系统的重要设计工具，以其灵活、简洁的设计风格在电路设计中发挥着越来越重要的作用。

选用状态机的原因：

　我们提出了两套方案：

一种是进程，一种是状态机。

进程就是把程序分割成很多个独立的版快。

相互之间用信号连接，设计过程中出现了很多问题。

因为VHDL语言跟纯软件语言存在很大的区别，必须考虑硬件是否能够实现，所以VHDL语言不能随便使用信号，且不可以随便使用时钟上升沿驱动进程。

因此我们选用了另一种方案——状态机实现。

有限状态机FSM（FiniteStateMachine）及其设计技术是实用数字系统设计中实现高效率、高可靠逻辑控制的重要途径。

所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句，而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。

此外，与VHDL的其它描述方式相比，状态机的VHDL表述丰富多样，程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的特点。

成绩评定

指导教师评语

课程设计等

级

一、课程设计题目、内容与要求………………………………………

1、设计题目……………………………………………………………

2、具体要求……………………………………………………………

二、系统设计……………………………………………………………

1、设计思路…………………………………………………………

2、系统原理（包含：

框图等阐述）与设计说明等内容

三、系统实现……………………………………………………………

注：

此部分阐述具体实现，包含主要逻辑单元、模块、源代

码等内容

四、系统仿真…………………………………………………………

五、硬件验证（操作）说明………………………………………………

六、总结………………………………………………………………

七、参考书目…………………………………………………………

一、课程设计题目、内容与要求

1、设计题目

自动售货机控制系统

2、具体要求

设计一个模拟自动售货机的逻辑控制电路

1、它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口。

2、每次只能投入一枚一元或五角硬币。

3、投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水。

4、投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币

二、系统设计

1、设计思路

根据设计要求可以对售货机的基本功能进行确定。

它应该能够区分一元和五角硬币，并且能够对投入的货币进行累加。

当所投币值达到商品售价。

就自动送出商品。

因为题目要求只有一种商品并且其售价为一元五。

根据这一特殊点可设计方案如下：

用两个开关分别模拟投入一元和五角硬币时产生的信号，高电平有效。

用两颗LED分别模拟售出商品和找钱信号，灯亮有效。

具体功能实现如下：

1、连续两次将IN-YUAN置1，则OUT灯会亮，且ZHAOQIAN也会亮。

表示买一元五的矿泉水，投了两元钱，则售出商品，找回五角零钱。

2、连续三次将IN-JIAO置1，则OUT灯会亮，而ZHAOJIAN不会亮。

表示买一元五的矿泉水，当所投钱币达到一元五时就自动售出商品，完成交易。

3、分别将IN-YUAN，IN-JIAO置1，则OUT灯会亮，而ZHAOJIAN不会亮。

原理同2。

2、系统原理

自动售货机的所有信号均由同步时钟信号clk的正边沿触发。

由于售货机的硬币接受器一般是一个机械设置装置，投币时产生的信号要比同步信号clk要慢得多，一般可持续好几个周期，必须对投币输入信号进行处理，使每一次投币时在clk脉冲周期内只能产生一个脉冲作为功能控制模块的投币驱动信号。

因此可将该系统分为两个模块。

ShuruSHJ_CTRL

OUT

ZHAOJIAN

（图一）自动售货机控制系统各模块连接图

自动售货机控制系统模块之间连接如图一所示，其中“shuru”为投币输入信号处理模块，它是利用D触发器和几个门电路组成的一个简单时序逻辑电路。

主要起到对输入信号进行存储和延时的作用。

其输出信号作为功能控制模块“SHJ_CTRL”的输入驱动信号。

功能控制模块“SHJ_CTRL”则用VHDL语言实现。

它主要起到对输入信号进行分析处理的作用。

是整个系统的核心。

其中，OUT为自动售货机的矿泉水输出信号，ZHAOQIAN为找钱输出信号。

三、系统实现

1、功能控制模块

1）自动售货机控制功能的状态描述

　　取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投入时A=0。

投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。

给出矿泉水和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y表示，给出矿泉水时Z=1，不给时Z=0，找回一枚五角硬币时Y=1，不找时Y=0。

根据上面的功能描述，可用三个状态S0，S1，S2表示，未投币前的初始状态为S0，投入五角硬币以后为S1，投入一元硬币后（包括投入一枚一元硬币和投入两枚五角硬币的情况）为S2，再投入一枚五角硬币后电路返回S0，同时输出为Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬币，则电路也应能返回S0，同时输出为Z=1，Y=1。

根据上面的分析可得到状态转换图如图二所示。

00/00

AB/ZY

01/1001/00

或10/11

10/10

10/00

00/0001/0000/00

图二

2）自动售货机功能控制模块的VHDL实现

　　根据上面所示的状态转换图，用VHDL语言中的CASE_WHEN结构和IF_THEN_ELSE语句实现控制功能，源程序如下：

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYshj_ctrlIS

PORT（A,B:

INSTD_LOGIC;

clk:

INSTD_LOGIC;

Z,Y:

OUTSTD_LOGIC）;

ENDshj_ctrl;

ARCHITECTUREbehaOFshj_ctrlIS

TYPEstatesIS（S0,S1,S2）;

SIGNALstate:

states;

SIGNALX:

STD_LOGIC_VECTOR（1DOWNTO0）;

BEGIN

X<=A&B;

PROCESS（x,state）

BEGIN

IFrising_edge（clk）THEN

CASEstateIS

WHENS0=>Z<='0';Y<='0';

IF（X="01"）THEN

state<=s1;

ELSIF（X="10"）THEN

state<=s2;

ELSE

state<=s0;

ENDIF;

WHENS1=>Z<='0';Y<='0';

IF（X="01"）THEN

state<=s2;

ELSIF（X="10"）THEN

state<=S0;

Z<='1';Y<='0';

ELSE

state<=s1;

ENDIF;

WHENS2=>Z<='0';Y<='0';

IF（X="01"）THEN

state<=S0;

Z<='1';Y<='0';

ELSIF（X="10"）THEN

state<=s0;

Z<='1';Y<='1';

ELSE

state<=s2;

ENDIF;

ENDCASE;

ENDIF;

ENDPROCESS;

ENDbeha;

上面程序中，A、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为矿泉水输出信号，Y为找钱输出信号。

3、投币输入信号处理模块

投币输入信号的处理电路如图三所示，其中IN_yuan和IN_jiao作为一元硬币和五角硬币的投币输入信号，A和B为相应的输出信号，作为功能控制模块的输入信号，而且A、B输出是在投币输入信号IN_yuan和IN_jiao为高电平1之后的一个周期内被设置为1。

（图三）投币输入信号的处理电路

（图四）投币输入电路的仿真图

经过仿真结果如图四所示，实现了每次投币后在一个clk周期内只产生一个可靠的脉冲驱动信号。

四、系统仿真

自动售货机控制系统功能仿真

整个控制系统通过MAX+PLUSII软件进行编译和仿真，仿真结果如图五所示符合电路设计要求。

并把程序下载到芯片MAXEP1K10TC100-3进行验证与实际相符。

图五控制系统功能仿真图

五、硬件验证（操作）说明

因为实验室条件有限，无法进行具体的硬件验证。

则可以先拟订方案如下：

（本次实验采用EDA2000实验系统，配合相关仪器设备，进行验证。

）

1、将程序下载到芯片MAXEP1K10TC100-3

2、实物连接

1）将A，B分别用导线连接开关

2）CLK连接板载时钟

3）Z，Y分别接LED灯

4、进行模拟仿真

1）连续两次将IN-YUAN置1，观察结果。

2）连续三次将IN-JIAO置1，观察结果。

3）分别将IN-YUAN，IN-JIAO置1，观察结果。

4、分析硬件模拟和软件仿真，两者结果是否相同。

六、总结

7、参考书目

1.史国生主编.《电气控制与可编程控制器技术》（第二版）.北京：

化学工业出版社，2007年

2.钱锐主编.《PLC应用技术》.北京：

科学出版社,2006年

3.洪志育编著.《例说PLC》.北京：

人民邮电出版社,2006年

4.张凤珊主编.《电气控制及可编程序控制器》（第二版）.北京：

中国轻工业出版社,2003年

5.吴丽主编.《电气控制与PLC实用教程》.郑州：

黄河水利出版社，2005年