【自动化】售货机控制系统的设计[001].pdf

cheng课程设计题目：自动售货机控制系统的设计目的与任务：（1）进一步掌握 MAX+PLUS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+PLUS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，若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买成功。（4）若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买失败。chengcheng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。时钟钱数输入商品选择分频器控制器译码显示图 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，chengcheng若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号 COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN 的值与物品价格进行比较，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。图 2 设计原理图二、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）LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY CLKGEN ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;NEWCLK:OUT STD_LOGIC);END CLKGEN;chengchengARCHITECTURE BEHAVE OF CLKGEN ISSIGNAL Q:INTEGER RANGE 0 TO 14999;SIGNAL DIVCLK:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THENIF Q 14999 THEN Q=Q+1;ELSE DIVCLK=NOT DIVCLK;Q=0;END IF;END IF;END PROCESS;NEWCLK=DIVCLK;END BEHAVE;（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 IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SHOUHUOJI ISP ORT(CLK:IN STD_LOGIC;COIN1:IN STD_LOGIC;-1 元信号COIN2:IN STD_LOGIC;-2 元信号COIN3:IN STD_LOGIC;-5 元信号PRICE1:IN STD_LOGIC;-2 元商品PRICE2:IN STD_LOGIC;-5 元商品chengchengPRICE2:IN STD_LOGIC;-5 元商品PRICE3:IN STD_LOGIC;-10 元商品Y0:OUT STD_LOGIC;-购买成功信号Y1:OUT STD_LOGIC;-退币信号MONEY:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);PAYBACK:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END SHOUHUOJI;ARCHITECTURE BEHAV OF SHOUHUOJI ISSIGNAL COIN:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-保存钱数SIGNAL COUT:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-保存找零BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLKEVENT AND CLK=1 THENIFCOIN1=1THENCOIN=COIN+1;Y0=0;Y1=0;ELSIF COIN2=1THENCOIN=COIN+2;Y0=0;Y1=0;ELSIF COIN3=1THENCOIN=COIN+5;Y0=0;Y1=0010 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-2;ELSEY0=0;Y1=1;COUT=0101 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-5;ELSEY0=0;Y1=1;COUT=1010 THEN Y0=1;Y1=0;COUT=COIN-10;ELSEY0=0;Y1=1;COUT=COIN;END IF;chengchengEND IF;END IF；END PROCESS;MONEY=COIN;-输入的钱数PAYBACK DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT DOUT=00000000;END CASE;END PROCESS;END BEHAV;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。图 3 分频器仿真结果图chengcheng2）控制电路的仿真如图 4、图 5、图 6 所示。图 4输入 7 元，购买 5 元商品，找零 2 元，Y0 显示购买成功图 5输入 13 元，购买 10 元商品，找零 3 元，Y0 显示购买成功chengcheng图 6输入 7 元，购买 10 元商品，Y1 显示购买失败，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。图 7显示电路仿真结果系统的硬件验证应用 GW48 实验系统，选择实验电路结构图NO.5，管脚定义如下：CLK 接 CLOCK1、COIN1 接 PIO0、COIN2 接 PIO1、COIN3 接 PIO2、PRICE1 接 PIO3、PRICE2接 PIO4、PRICE3 接 PIO5；MONEY7.0 接 PIO16PIO23（数码管 1、数码管2）、PAYBACK7.0 接PIO24PIO31（数码管 3、数码管 4）、Y0 接 PIO8（二极管 D1）、Y1 接 PIO9（二极管 D2）。硬件验证方法：选择实验模式5，时钟信号 CLK 与 CLOCK1 信号组中的 3MHz 信号相连，用键 1键 3 输入钱数，用键 4键 6 选择商品，观察数码管及二极管的显示情况。chengchengcheng