自动售货机控制系统的VHDL实现

1、目录一、概述1二、自动售货机控制系统的实现21、自动售货机功能描述及控制系统组成22、自动售货机控制功能的状态描述23、自动售货机功能控制模块的VHDL实现34、投币输入信号电路的设计与实现45、自动售货机控制系统功能仿真5三、结束语6四、参考文献7自动售货机控制系统的VHDL实现一、概述有限状态机FSM(Finite State Machine)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。传统的状态机设计方法需进行繁琐的状态分配、绘制状态表、化简次态方程等，而利用VHDL可以避免这些繁琐的过程，直接利用状态转换图进行状态机的描述，所有的状态均可表达为CASE_WHE

2、N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。二、自动售货机控制系统的实现1、自动售货机功能描述及控制系统组成 设计一个自动售货机的逻辑控制电路。它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口，假设每次只能投入一枚一元或五角硬币，投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶饮料，投入两元硬币后，在给出一瓶饮料的同时找回一枚五角的硬币。图1为自动售货机控制系统方框图，由投币信号处理模块和功能控制模块组成。售卖功能控制模块投币信号处理模

3、块投币找钱信号出货图1 自动售货机控制系统2、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。给出饮料和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y表示，给出饮料时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，

4、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2所示。 00/00S0 01/10 或10/11 01/00 10/00S1S2 10/10 00/00 01/00 00/00图2 自动售货机系统状态转换图3、自动售货机功能控制模块的VHDL实现 根据图2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：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY ZIDONG ISPORT(A,B:IN STD_LOGIC;clk:IN STD_LOGIC;Z,Y:OUT STD_

5、LOGIC);END ZIDONG;ARCHITECTURE beha OF ZIDONG ISTYPE states IS(S0,S1,S2);SIGNAL state:states;SIGNAL X:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);BEGINXZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=s1;ELSIF(X=10)THENstate=s2;ELSEstateZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=s2;ELSIF(X=10)THENstate=S0;Z=1;Y=0;ELSEstateZ=0;Y=0;IF(X=01)THENstate=S0;Z=

6、1;Y=0;ELSIF(X=10)THENstate=s0;Z=1;Y=1;ELSEstate=s2;END IF;END CASE;END IF;END PROCESS;END beha; 图3 利用MAX+PLUSII软件及VHDL语言编写控制芯片4、投币输入信号电路的设计与实现 A、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为饮料输出信号，Y为找钱输出信号。通过对程序分析和仿真可以看出，A和B的驱动信号的持续时间必须控制在clk时钟周期内，如果驱动信号时间太短，系统检测不到投币信号，时间太长，会误认为是两次或多次投币，造成误操作。因此，要使整个控制系统可靠运行，还必须设计专门投币输入信号处理

7、电路。 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。基于上面的功能要求，设计了如图4所示的投币输入信号的处理电路，其中yiyuan和wujiao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yiyuan和wujiao为高电平1之后的一个周期内被设置为1。经过仿真结果如图6所示，实现了每次投币后

8、在一个clk周期内只产生一个可靠的脉冲驱动信号。图4 投币信号处理电路图5 投币信号处理电路模块图6 投币信号处理电路仿真5、自动售货机控制系统功能仿真 自动售货机控制系统模块之间连接如图7所示，其中“toubi”为投币输入信号处理模块，其输出信号作为功能控制模块“zidong”的输入驱动信号，“chuhuo”为自动售货机的饮料输出信号，“zhaoqian”为找钱输出信号。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8所示，符合电路设计要求。并把程序下载到芯片MAXEPM7128SLC84-15进行验证与实际相符。图7 自动售卖机控制系统电路图8 自动售卖机控制系统电路仿真三、结束语 VHDL语言有限状态机设计控制电路，可大大降低设计难度和时间，提高设计效率和可靠性，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