自动售货机设计.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date自动售货机设计合 肥 学 院自动售货机设计一、实验任务前提：单一商品的设定值是4元，多个商品时就设定值自拟（1）自动售货机的投币口每次可以投入1元、2元、5元，且规定投入1元或2元后不得再投入5元；（2）当投入总值等于设定值时，售货机就自动送出货物；当投入的总值超过设定值时，售货机会显示余额，送出商品并自动找零；（3）编写程序，实现售单一商品的功能。按照以上要求，编写程序，实现售单一商品的功能；二、实验内容2.1设计思路图1：自动售货机RTL实验原理图图2：自动售货机的状态装换图实验原理：本次实验是在状态机的基础上设计一个自动售货机，共分为6个状态，即S0，S1，S2，S3，S4，S5，分别表示此时的金额为0元，1元，2元，3元，4元，5元。在时钟的控制下：当现态为S0（即0元），输出的MONEY为0元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S1（即1元）；若此时CIN为2元，则次态为S2（即2元）；若此时CIN为5元，则次态为S5（即5元）；：当现态为S1（即1元），输出的MONEY为1元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S2（即2元）；若此时CIN为2元，则次态为S3（即3元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；：当现态为S2（即2元），输出的MONEY为2元，有Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S3（即3元）；若此时CIN为2元，则次态为S4（即4元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；：当现态为S3（即3元），输出的MONEY为3元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S4（即4元）；若此时CIN为2元，则次态为S5（即5元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；：当现态为S4（即4元），输出的MONEY为4元，有Y0，无Y1信号，故PAYBACK为0元。次态为S0；：当现态为S5（即5元），输出的MONEY为5元，有Y0和Y1信号，故PAYBACK为1元。次态为S0。2.2实验流程图图3：单一商品时流程图三、实验过程3.1实验代码见附录3.2仿真波形图1单一商品的仿真波形 图4：仿真波形图波形图分析如下：输入金额为0元，则输出总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出余额也为0元；：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；：输入金额为1元，但是此时有一个清零复位信号，则此时的输出总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额为0元；：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；：输入金额为2元，在原有的1元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为3元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额为0元；：输入金额为2元，在原有的3元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为5元，有商品输出信号和退币信号，故输出的余额为1元；：输入金额为5元，因为设定的输入1元，2元以后不得在输入5元，故此时输出的总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，所以此时输出的余额为0元；：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；：输入金额为1元，在原有的1元的基础上加上现在的1元，则此时的输出总金额为2元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；：输入金额为2元，在原有的2元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为4元，有商品购买成功信号，但无退币信号，故此时的余额为0元。3.3硬件实现3.3.1模式选择选择模式1 3.3.2引脚锁定1单一商品四、实验结果4.1硬件实现图片4.1.1单一商品时当CIN=1时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来到时，输出总金额为1元，此时没有商品输出，也没有退币两个时钟脉冲来到时，输出总金额为2元，此时没有商品输出，也没有退币三个时钟脉冲来时，输出金额为3元，此时没有商品输出，也没有退币四个时钟脉冲来时，输出金额为4元，此时有商品输出，没有退币当CIN=2时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来时，输出的总金额为2元，此时没有商品输出，也没有退币两个时钟脉冲来时，输出的总金额为4元，此时有商品输出，没有退币当CIN=5元时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来时，输出的总金额为5元，此时有商品输出，有退币且为1元 五、实验总结刚开始看到这个题目时，我就觉得一头雾水，不知道怎么开始设计这个项目，上网也查阅了很多资料，但收获仍是很少，无从下手，不知如何编写代码去实现项目的要求。后经同学提醒，本次项目是需要使用状态机去实现自动售货的功能，与之前我们上机实验中的“有限状态机的实现”很类似，于是，我便开始边看边想，慢慢地编写代码。在编写代码的时候，出现错误是很正常的，我根据QUARTUS软件平台上的错误提醒一一纠正过来了，编译无误后，开始进行波形仿真，但是出现了问题，代码没有出现编译错误，但是没有实现我想要的功能，检查了代码以后我仍然不知道问题出在哪里，于是询问同学，在同学的帮助下，找到了我代码问题所在之处，我编写的代码并不完整，也输出了很多无效状态，在本次设计要求中有，只能输入1元，2元以及5元，不得输入其他面值的钱币，我在编写代码的时候没有考虑到这一点，尽管编译没有错误，但是波形仿真不对，经修正后，得出理想的仿真波形，然后选择合适的模式，进行引脚锁定，锁定结束后开始下载测试，按照我自己设计的按键键8是时钟CLK、键1输入钱币CIN、译码器5为输入的总金额、译码器6为输出的余额，虽说，试验箱上有复位键，但是我仍然设定了一个按键作为我的RESET复位键，D1是商品购买成功的信号，D1如果亮起，则说明已经成功买到商品，反之，则没有买到，由于我所使用的试验箱的D2灯出了问题，当给了高电平以后，却没有如预期一样亮起，故换做D3作为我实验退币的信号灯，当D3亮起时，则说明此时有钱币退出，反之，则没有。经过几天的努力后，成功的完成了本次单一商品的实验，但是多个商品的实现仍然还存在一些问题，这是我的一点小小的遗憾。但总体来说，我的项目设计还算很成功附录1:单一商品的实验代码LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY automatic IS PORT (CLK,RESET:IN STD_LOGIC; CIN:IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -输入的总钱数 Y0:OUT STD_LOGIC; -购买成功信号 Y1:OUT STD_LOGIC; -退币信号 MONEY:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -输入的总金额数 PAYBACK:OUT STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); -显示余额END automatic;ARCHITECTURE one OF automatic IS TYPE FSM_ST IS(S0,S1,S2,S3,S4,S5); -定义了S0,S1,S2,S3,S4,S5六个状态 SIGNAL CS,NS:FSM_ST; BEGINREG:PROCESS(CLK,RESET) -一共分为两个进程，分别是REG和COMBEGIN IF RESET='1' THEN CS<=S0; -异步清零，清零信号在CLK'EVENT AND CLK='1'之外 ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN CS<=NS; END IF;END PROCESS;COM:PROCESS(CS,CIN)BEGIN CASE CS ISWHEN S0=>MONEY<="000"Y0<='0'Y1<='0'PAYBACK<="000"-S0状态即为初状态，此时没有输出商品，也没有余额，故也没有商品输出信号，也没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S1; -输入1元则下一状态为S1； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S2; -输入2元则下一状态为S2； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S5; -输入5元则下一状态为S5 ELSE NS<=S0; END IF;WHEN S1=>MONEY<="001"Y0<='0'Y1<='0'PAYBACK<="000"-S1状态：输入总金额为1元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S2; -输入1元则下一状态为S2； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S3; -输入2元则下一状态为S3； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S0; -输入5元则下一状态为S0； ELSE NS<=S1; END IF;WHEN S2=>MONEY<="010"Y0<='0'Y1<='0'PAYBACK<="000"-S2状态：输入总金额为2元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S3; -输入1元则下一状态为S3； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S4; -输入2元则下一状态为S4； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S0; -输入5元则下一状态为S0； ELSE NS<=S2; END IF;WHEN S3=>MONEY<="011"Y0<='0'Y1<='0'PAYBACK<="000"-S3状态：输入总金额为3元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S4; -输入1元则下一状态为S4； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S5; -输入2元则下一状态为S5； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S0; -输入5元则下一状态为S0； ELSE NS<=S3; END IF;WHEN S4=>MONEY<="100"Y0<='1'Y1<='0'PAYBACK<="000"-S4状态：输入总金额为4元，余额为0元，有商品输出信号，没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S1; -输入1元则下一状态为S1； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S2; -输入2元则下一状态为S2； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S5; -输入5元则下一状态为S5； ELSE NS<=S0; END IF; WHEN S5=>MONEY<="101"Y0<='1'Y1<='1'PAYBACK<="001"-S1状态：输入总金额为5元，余额为1元，没有商品输出信号，没有余额输出信号 IF CIN="001" THEN NS<=S1; -输入1元则下一状态为S1； ELSIF CIN="010" THEN NS<=S2; -输入2元则下一状态为S2； ELSIF CIN="101" THEN NS<=S5; -输入5元则下一状态为S5； ELSE NS<=S0; END IF;WHEN OTHERS=>MONEY<="000"Y0<='0'Y1<='0'PAYBACK<="000"-非法状态：当输入的不是上述已经列出的状态，则输出的状态都为初状态END CASE;END PROCESS;END one;-