基于vhdl的自动售货机控制电路设计本科论文.doc
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1、 #本科毕业论文(设计)题 目 基于VHDL的自动售货机控制电路设计学 生 #指导教师 #年 级 #专 业 电气工程及其自动化#学院 #学院#年#月郑重声明本人的毕业论文(设计)是在指导教师 #的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为,本人愿意承担由此产生的各种后果,直至法律责任,并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文(设计)作者(签名): 年 月 日基于VHDL的自动售货机控制电路设计摘 要随着科学技术的快速发展和市场的逐渐繁荣,众多投币式自动售货机已经风靡世界发达国家。这些运用现代的电子技术和机电技术的自动服务设施,为人们的日常生活带
2、来了很大的便利。本论文介绍了VHDL的特点及应用,以自动售货机为例,详细说明了其实现的过程。本文使用VHDL描述自动售货机各模块的结构、行为、功能和接口并用MAX+plus II仿真。通过定义售货过程的各个状态以及各个状态之间的转换从而实现了自动售后机的选择多个商品,投掷钱币,找零退币,显示状态,多次交易等功能。给出了各个模块的源程序以及模块之间连接图,并通过仿真验证做出必要的分析。仿真结果说明本次设计能满足自动售货机所要求的功能,从而实现了电路设计的自动化和智能化。关键词 自动售货机;VHDL;EDA;MAX+plus III The Vending Machine CircuitDesig
3、n Based On VHDLQu feifan Directed by TA.Lian lianAbstractWith the rapid development of science and technology and market prosperity gradually, many coin-operated vending machines have become hugely popular around the world developed countries. The use of modern electronic technology and mechanical a
4、nd electrical technology automatic facilities, for Peoples Daily life has brought great convenience.This paper introduces the characteristics and applications of VHDL, vending machines, for example, the process of its implementation is described in detail. This article USES the VHDL description vend
5、ing machine structure, behavior and function of each module and the interface with the MAX + plus II simulation. By defining each state of the process of sales and the transformation between each state so as to realize the automatic after-sales machine select multiple commodities, throwing COINS, ch
6、ange work, display status, multiple transactions, and other functions. Shows the various modules of the source program and connection diagram between modules, and make the necessary analysis is validated by computer simulation. The simulation results show that the design can meet the vending machine
7、 the required functions, so as to realize the circuit design of automation and intellectualization.KEY WORDS The vending machine; VHDL; EDA; MAX+plus IIIII目 录摘要IAbstractII1前言11.1 课题背景11.2 课题的目的与意义11.3 自动售货机的国内外发展及现状22 相关技术与设计工具52.1 EDA技术介绍52.1.1 EDA技术概念与应用5 2.1.2 EDA技术的历史与发展趋势62.2 VHDL语言介绍82.2.1 VHD
8、L语言概念、特点与优势82.2.2 VHDL语言结构102.3 MAX+plus软件介绍122.3.1 软件概述122.3.2 Max+plus开发系统的特点122.3.3软件功能使用及设计流程132.4 本章小结183 自动售货机系统设计分析193.1 自动售货机的设计任务与要求193.2 自动售货机的设计需求分析193.3 自动售货机的系统工作流程193.4 自动售货机模块的划分203.5 自动售货机各工作状态之间转换223.6 本章小结224 自动售货机各功能模块的仿真分析234.1 总控模块的仿真分析234.2 二进制译码模块的仿真分析264.3 BCD译码模块的仿真分析274.4 顶
9、层模块的仿真分析274.5本章小结28结论29参考文献30致谢31I第1章 前言1.1 课题背景自动售货机是一种在无人状况下通过投入钱币自动售货的机器。自动售货机不受时间,地点的限制,能够节省人力、空间、方便交易。自动售货机主要分为三累:食品自动售货机、饮料自动售货机、综合自动售货机。现在在机场、地铁、商场、公园等人员密集的场所,很容易发现自动售货机的身影。顾客只要投入几元的纸币或硬币,就可以方便地买到诸如饮料、口香糖等小商品。作为一种新型的零售方式,自动售货机已经逐渐引起人们的注意。自动售货机具有销售方式新、市场潜力大、技术含量高、商品货真价实等优点,因此它具有广阔的市场前景。由于VHDL已
10、经成为IEEE标准所规范的硬件描述语言,目前大多数EDA工具几乎都支持VHDL,这为VHDL的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在硬件电路设计过程中,主要的设计文件是用VHDL编写的源代码,由于VHDL具有易读和结构化的特点,所以易于修改和设计。1.2 课题的目的与意义本设计要实现自动售货机的基本功能,如选择货物,投币,找零,显示,多次交易等功能。利用软件MAX+plus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,与一般的软件开发不同,VHDL编程更需要熟悉一些底层的硬件知识,特别是数字逻辑电路的设计,因此VHDL编程的方法、思路都要更多的与硬件电路联系起来。完成系统
11、各个功能模块的硬件程序设计后,在软件平台上进行编译和电路仿真。通过本课题的研究,可以掌握电子控制系统的基本原理与其实现,通过对各个模块的编程及其仿真,对MAX+plus软件的使用有所了解。每个波形模块的VHDL实现加深了硬件描述语言的学习。最终的顶层文件的调试,更是体现了综合知识的运用。设计综合了本专业所学几门重要专业课程的内容,包括EDA技术、数字电子技术等的学习,较为符合电气工程及其自动化专业的培养要求,有助于实践能力、创新能力、设计能力的提高。1.3 自动售货机的国内外发展及现状20世纪70年代,自动售货机是在日本,欧洲发展起来的高新科技产品。它是一种新型的消费方式,被人们夸张的称为24
12、小时工作的售货员,并且销售商品种类繁多。从原来的单纯销售邮票,现扩大到销售各种饮料,食品,香烟,电话卡,药品,报纸,车票,小百货等种类很多。目前,自动售货机在40多个国家和地区被广泛使用,美国平均40人拥有1台机器,日本平均18人拥有1台自动售货机, 70%份额的罐装饮料在日本是通过自动售货机销售的,甚至在日本流行一种玩笑说如果全日本停电一整天日本将饿着肚子,没地方吃午饭,这也许是一个夸张的玩笑,但是,这一玩笑也说明现实生活当中人们的确已经离不开自动售货机。 自动售货机在中国发展的历史:1993年,美国、韩国、日本的二手自动售货机进入中国,当时只能识别硬币。1995年,百事可乐、可口可乐开始小
13、量布放使用硬币的自动售冷饮机。1997年,南开戈德开发出“GD人民币智能识别系统”。1998年,南开戈德自行研制成功“GD自动售货机”,成为我国第一家规模生产同时识别纸硬币自动售货机的公司。1998年,加拿图1-1是日常生活中的自动售货机。大“科汇”公司在广州开始销售、摆放“Vendo”等进口机器。1998年10月,南开戈德组建“天津戈德微超贸易有限公司”(现“天津戈德移动商务有限公司”前身),成为国内第一家规模经营自动售货机的单位。20002001年,青岛“澳柯玛”、 广州“金沙”、长沙“艾博” 等相继进入自动售货机行业。图1-1是日常生活中的自动售货机。 虽然自动售货机在中国的发展缓慢,但
14、是可以预见,自动售货机在中国的市场前景是巨大的。它在促进人们消费的同时,还能带动经济的发展。自动售货机正在向市场化的方向迅速发展着。3第2章 相关技术与设计工具2.1 EDA技术介绍2.1.1 EDA技术概念与应用EDA技术是指以计算机为工作平台,融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果,进行电子产品的自动设计。利用EDA工具,电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设计电子系统,大量工作可以通过计算机完成,并可以将电子产品从电路设计、性能分析到设计出IC版图或PCB版图的整个过程的计算机上自动处理完成。20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较为先进的国家,一直在积极探索
15、新的电子电路设计方法,并在设计方法、工具等方面进行了彻底的变革,取得了巨大成功。在电子技术设计领域,可编程逻辑器件(如CPLD、FPGA)的应用,已得到广泛的普及,这些器件为数字系统的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过软件编程而对其硬件结构和工作方式进行重构,从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的数字系统设计方法、设计过程和设计观念,促进了EDA技术的迅速发展。EDA在教学、科研、产品设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面,几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用VHDL语言
16、编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用EDA工具进行电子电路课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习电路仿真工具(如Multisim、PSPICE)和PLD开发工具(如Altera/Xilinx的器件结构及开发系统),为今后工作打下基础。科研方面主要利用电路仿真工具(Multisim或PSPICE)进行电路设计与仿真;利用虚拟仪器进行产品测试;将CPLD/FPGA器件实际应用到仪器设备中;从事PCB设计和ASIC设计等。在产品设计与制造方面,包括计算机仿真,产品开发中的EDA工具应用、系统级模拟及测试环境的仿真,生产流水线的EDA技术应用、产品测试等各个环节。如PCB的制作、电子设备的研
17、制与生产、电路板的焊接、ASIC的制作过程等。从应用领域来看,EDA技术已经渗透到各行各业,如上文所说,包括在机械、电子、通信、航空航航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域,都有EDA应用。另外,EDA软件的功能日益强大,原来功能比较单一的软件,现在增加了很多新用途。如AutoCAD软件可用于机械及建筑设计,也扩展到建筑装璜及各类效果图、汽车和飞机的模型、电影特技等领域。2.1.2 EDA技术的历史与发展趋势在电子设计自动化(英语:Electronic design automation,缩写:EDA)出现之前,设计人员必须手工完成集成电路的设计、布线等工作,这是因为当时所谓集成电路的复
18、杂程度远不如现在。工业界开始使用几何学方法来制造用于电路光绘(photoplotter)的胶带。到了1970年代中期,开发人尝试将整个设计过程自动化,而不仅仅满足于自动完成掩膜草图。第一个电路布线、布局工具研发成功。设计自动化会议(Design Automation Conference)在这一时期被创立,旨在促进电子设计自动化的发展。电子设计自动化发展的下一个重要阶段以卡弗尔米德(Carver Mead)和琳康维于1980年发表的论文超大规模集成电路系统导论(Introduction to VLSI Systems)为标志。这一篇具有重大意义的论文提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想。如
19、果这一想法得到实现,芯片设计的复杂程度可以得到显著提升。这主要得益于用来进行集成电路逻辑仿真、功能验证的工具的性能得到相当的改善。随着计算机仿真技术的发展,设计项目可以在构建实际硬件电路之前进行仿真,芯片布线布局对人工设计的要求降低,而且软件错误率不断降低。直至今日,尽管所用的语言和工具仍然不断在发展,但是通过编程语言来设计、验证电路预期行为,利用工具软件综合得到低抽象级物理设计的这种途径,仍然是数字集成电路设计的基础。从1981年开始,电子设计自动化逐渐开始商业化。1984年的设计自动化会议(Design Automation Conference)上还举办了第一个以电子设计自动化为主题的销
20、售展览。Gateway设计自动化在1986年推出了一种硬件描述语言Verilog,这种语言在现在是最流行的高级抽象设计语言。1987年,在美国国防部的资助下,另一种硬件描述语言VHDL被创造出来。现代的电子设计自动化设计工具可以识别、读取不同类型的硬件描述。根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出,使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。目前的数字集成电路的设计都比较模块化(参见集成电路设计、设计收敛(Design closure)和设计流(Design flow (EDA))。半导体器件制造工艺需要标准化的设计描述,高抽象级的描述将被编译为信息单元(cell)的形式。设计人员在进行逻辑设
21、计时尚无需考虑信息单元的具体硬件工艺。利用特定的集成电路制造工艺来实现硬件电路,信息单元就会实施预定义的逻辑或其他电子功能。半导体硬件厂商大多会为它们制造的元件提供“元件库”,并提供相应的标准化仿真模型。相比数字的电子设计自动化工具,模拟系统的电子设计自动化工具大多并非模块化的,这是因为模拟电路的功能更加复杂,而且不同部分的相互影响较强,而且作用规律复杂,电子元件大多没有那么理想。Verilog AMS就是一种用于模拟电子设计的硬件描述语言。此文,设计人员可以使用硬件验证语言来完成项目的验证工作目前最新的发展趋势是将集描述语言、验证语言集成为一体,典型的例子有SystemVerilog。随着集
22、成电路规模的扩大、半导体技术的发展,电子设计自动化的重要性急剧增加。这些工具的使用者包括半导体器件制造中心的硬件技术人员,他们的工作是操作半导体器件制造设备并管理整个工作车间。一些以设计为主要业务的公司,也会使用电子设计自动化软件来评估制造部门是否能够适应新的设计任务。电子设计自动化工具还被用来将设计的功能导入到类似现场可编程逻辑门阵列的半定制可编程逻辑器件,或者生产全定制的专用集成电路。从目前的EDA技术来看,其发展趋势是使用普及、应用广泛、工具多样、软件功能强大。中国EDA市场已渐趋成熟,不过大部分设计工程师面向的是PCB制板和小型ASIC领域,仅有小部分(约11%)的设计人员开发复杂的片
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- 基于 vhdl 自动 售货 控制电路 设计 本科 论文
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