东南大学信息科学与工程学院-基于FPGA的自动售货机控制系统

1、数字系统课程设计- 基于FPGA的自动售货机组长：师楠（）组员：徐璇（）一、 设计要求：功能描述：用于模拟自动售货机的工作过程，完成自动售货功能。功能要求：（1）售货机有两个进币孔，可以输入硬币和纸币，售货机有两个进币孔，一个是输入硬币，一个是输入纸币，硬币的识别范围是1 元的硬币，纸币的识别范围是5 元，10 元，20，50 元，100元。乘客可以连续多次投入钱币。（2）顾客可以选择的商品种类有16 种，价格分别为1-16 元，顾客可以通过输入商品的编号来实现商品的选择。即有一个小键盘（0-9 按键）来完成，比如输入15 时要先输入1，再输入5。（3）顾客选择完商品后，可以选择需要的数量。然

2、后可以继续选择商品及其数量，每次可以选择最多三个商品。然后显示出所需金额。顾客此时可以投币，并且显示已经投币的总币值。当投币值达到或超过所需币值后，售货机出货，并扣除所需金额，并找出多余金额。在投币期间，顾客可以按取消键取消本次操作，钱币自动退出。二、 课题分析1）进行购物时，顾客依次选择商品种类和对应的商品数量。一共有16种商品，编号分别为1-16，顾客通过（0-9按键）小键盘输入商品编号和对应的商品数量。若顾客继续选择商品则按下“继续购物”按钮，继续选择下一商品的种类和数量。最多可以选择三种商品，每种商品最多可选择三个。若在商品选择过程中顾客按下“取消”按钮，则回到初始化状态，顾客重新进行

3、选择。2）完成选择后，自动售货机显示所需金额，编号1-16的商品价格分别为1-16元。顾客根据所需金额继续投币，可以连续多次投入1元的硬币和5 元，10 元，20，50 元，100元的纸币。当投币总额大于所需金额时，自动售货机出货并找出零钱。若在投币过程中顾客按下“取消”按钮，则自动售货机自动退出顾客已经投入的钱币。3）根据按键的数值范围（0-9）和商品数量（1-3）的选择范围，设置三个端口，分别用于接收商品编号的个位（4位）、商品编号的十位（4位）、商品数量（2位）。若顾客在商品选择的过程中，选择了三种以上商品或三个以上的个数，则系统不对其作出反应。4）附加功能：管理人员按下reset按钮后

4、，系统重置。默认每种商品机内存货15个，系统进入初始化状态后会自动显示商品剩余库存。开始三、 系统运行流程：Nreset=1pre_stateYinitial_stateitem_state输入商品编号NY输入次数小于3Y cancel=1quantity_stateN输入商品数量计算商品总额total_pricequantity_state计算商品剩余库存并输出continue=1money_stateNY输出total_priceYcancel=1Nchange_outtotal_priceYYcancel=1NNcountertotal_pricechange_out=counterYc

5、hange_stateYcancel=1change_out=counterN计算找零额finish_state输出货物、找零四、程序调试编译通过，如图所示：五、波形仿真：在创建的波形仿真文件中，添加所有输入输出端口进行仿真。时钟周期设定为10ns，测试系统的所有功能是否正常。管理员将reset置1；第一次：购买11号商品3件，投入三枚一员硬币，一张一百元纸币；第二次：购买01号商品1件，continue，购买10号商品2件，continue，购买13号商品3件；投入一张五十纸币，一张十元纸币；第三次：购买03号商品2件，cancel；第四次：购买16号商品2件；投入一张五十纸币；cancel

6、；六、附源代码library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;-*-entity AUTOSELLER is -实体port(-端口定义clk:in std_logic;-时钟continue,cancel,reset:in std_logic;-继续购物、取消、复位coin:in std_logic;-投入硬币cash:in std_logic_vector(4 downto 0); -投入纸币item0:in std_logic_ve

7、ctor(3 downto 0); -选货个位item1:in std_logic_vector(3 downto 0); -选货十位quantity:in std_logic_vector(1 downto 0);-货物数量one_out:out std_logic_vector(4 downto 0);-找钱five_out:out std_logic_vector(4 downto 0);ten_out:out std_logic_vector(4 downto 0);twenty_out:out std_logic_vector(4 downto 0);fifty_out:out st

8、d_logic_vector(4 downto 0);hundred_out:out std_logic_vector(4 downto 0);item0_out:out std_logic_vector(7 downto 0);-出货种类item1_out:out std_logic_vector(7 downto 0);item2_out:out std_logic_vector(7 downto 0);quantity0_out:out std_logic_vector(1 downto 0); -出货数量quantity1_out:out std_logic_vector(1 down

9、to 0);quantity2_out:out std_logic_vector(1 downto 0);sum_out:out std_logic_vector(9 downto 0);-商品总额累计输出available1_out:out std_logic_vector(3 downto 0);-输出库存available2_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available3_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available4_out:out std_logic_vector(3 downto 0);

10、available5_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available6_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available7_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available8_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available9_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available10_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available11

11、_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available12_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available13_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available14_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available15_out:out std_logic_vector(3 downto 0);available16_out:out std_logic_vector(3 downto 0);end AUTOSELLER;-*

12、-architecture behave of AUTOSELLER issignal price:std_logic_vector(7 downto 0);-单个商品价格signal counter:std_logic_vector(9 downto 0);-投币总额signal total_price:std_logic_vector(9 downto 0); -商品总额累计shared variable number1:std_logic_vector(3 downto 0); -暂存库存shared variable number2:std_logic_vector(3 downto

13、0);shared variable number3:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number4:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number5:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number6:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number7:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number8:std_logi

14、c_vector(3 downto 0);shared variable number9:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number10:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number11:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number12:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number13:std_logic_vector(3 downto 0);shared var

15、iable number14:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number15:std_logic_vector(3 downto 0);shared variable number16:std_logic_vector(3 downto 0);type state_type is(pre_state,initial_state,item_state,quantity_state,money_state,compare_state,change_state,finish_state); - 定义一个类型state_type，且值为（）s

16、ignal state:state_type;beginprocess(continue,clk,reset)variable change:std_logic;-为1允许找钱variable change_out:std_logic_vector(9 downto 0);-找钱总额暂存variable one_tmp :std_logic_vector(4 downto 0);-找钱数暂存variable five_tmp :std_logic_vector(4 downto 0);variable ten_tmp :std_logic_vector(4 downto 0);variable

17、 twenty_tmp :std_logic_vector(4 downto 0);variable fifty_tmp :std_logic_vector(4 downto 0);variable hundred_tmp:std_logic_vector(4 downto 0);variable n:integer range 0 to 2;-暂存选货次数variable itemout0,itemout1,itemout2:std_logic_vector(7 downto 0); -种类暂存variable quanout0,quanout1,quanout2:std_logic_vec

18、tor(1 downto 0); -货物数量暂存variable cancel_tmp:std_logic;-取消暂存beginif(clkevent and clk=1)thenif reset=1 thenstatenumber1:=1111;number2:=1111;number3:=1111;number4:=1111;number5:=1111;number6:=1111;number7:=1111;number8:=1111;number9:=1111;number10:=1111;number11:=1111;number12:=1111;number13:=1111;numb

19、er14:=1111;number15:=1111;number16:=1111;state item0_out=;item1_out=;item2_out=;quantity0_out=00;quantity1_out=00;quantity2_out=00; one_out=00000;five_out=00000;ten_out=00000;twenty_out=00000;fifty_out=00000;hundred_out=00000;sum_out=;available1_out=number1;available2_out=number2;available3_out=numb

20、er3;available4_out=number4;available5_out=number5;available6_out=number6;available7_out=number7;available8_out=number8;available9_out=number9;available10_out=number10;available11_out=number11;available12_out=number12;available13_out=number13;available14_out=number14;available15_out=number15;availabl

21、e16_out=number16; total_price=; counter=; change:=0;n:=0;one_tmp:=00000;five_tmp:=00000;ten_tmp:=00000;twenty_tmp:=00000;fifty_tmp:=00000;hundred_tmp:=00000;itemout0:=;itemout1:=;itemout2:=;quanout0:=00;quanout1:=00;quanout2:=00;cancel_tmp:=0; stateif npricepricepricepricepricepricepricepricepricepr

22、icepricepricepricepricepricenull;end case;if (item1&item0)= then state itemout0:= item1&item0;when 1 = itemout1:= item1&item0;when 2 = itemout2:= item1&item0;when others=null;end case; state=quantity_state; end if;else stateif(cancel=1)thenstate=initial_state;elseif quantity=00 then change:=0;change

23、_out:=;state=initial_state;elsetotal_price quanout0:= quantity;n:=n+1;when 1 = quanout1:= quantity;n:=n+1;when 2 = quanout2:= quantity;n:=n+1;when others=null;end case;case price iswhen=number1:=number1-quantity;when=number2:=number2-quantity;when=number3:=number3-quantity;when=number4:=number4-quan

24、tity;when=number5:=number5-quantity;when=number6:=number6-quantity;when=number7:=number7-quantity;when=number8:=number8-quantity;when=number9:=number9-quantity;when=number10:=number10-quantity;when=number11:=number11-quantity;when=number12:=number12-quantity;when=number13:=number13-quantity;when=num

25、ber14:=number14-quantity;when=number15:=number15-quantity;when=number16:=number16-quantity;when others=NULL;end case;available1_out=number1;available2_out=number2;available3_out=number3;available4_out=number4;available5_out=number5;available6_out=number6;available7_out=number7;available8_out=number8

26、;available9_out=number9;available10_out=number10;available11_out=number11;available12_out=number12;available13_out=number13;available14_out=number14;available15_out=number15;available16_out=number16;if(continue=1)then state=item_state;else statesum_out=total_price;if(cancel=1)thencancel_tmp:=1;chang

27、e:=1;change_out:=counter;statecountercountercountercountercountercounternull;end case;stateif(cancel=1)thencancel_tmp:=1;change:=1;change_out:=counter;state=total_price thenchange:=1;change_out:=counter-total_price;state=change_state;else stateif(cancel=1)thenchange:=1;cancel_tmp:=1;change_out:=counter;end if;if(change_out=100) thenhundred_tmp:=hundred_tmp+1;change_out:=change_out-100;end if;if(change_out=50)thenfifty_tmp:=fifty_tmp+1;change_out:=change_out-50;end if;if(change_out=40)thentwenty_tmp:=twenty_tmp+2;change_out:=change_ou