自动售货机控制系统的设计讲解

1、课程设计题目：自动售货机控制系统的设计：（1）进一步掌握MAX+PLUSII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+PLUSII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。：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

2、）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。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。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

3、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，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。CLKGEIMcilkhewcm.k|GHOUHUCJI1hriff1_C：ILK-uTm.vfn猛111rurairrrv+iirr：1

4、MlTEgBIMST1yJ8-、算1的二.urrjp1."?阿女iHFirrmRL>"JUQU,ihFirfjCCrR1CEAFHTOflG*£*.wjFhICElPAICE30XIANISHI'肛匚:附"-匚n的阚?.,g.D1MQ3P.OUT7.rS<J'%图2设计原理图系统主要VHDLW程序(1)分频器的源程序(外部时钟选用3MHz实现3万分频)LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYCLKGENISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;NEWCLK:OUTSTDLO

5、GIC);ENDCLKGEN;ARCHITECTUREBEHAVEOFCLKGENISSIGNALQ:INTEGERRANGE0TO14999;SIGNALDIVCLK:STD_LOGIC;BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFQ<14999THENQ<=Q+1;ELSEDIVCLK<=NOTDIVCLK;Q<=0;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;NEWCLK<=DIVCLK;ENDBEHAVE;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

6、2元、5元、10元)LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYSHOUHUOJIISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;COIN1:INSTD_LOGIC;-1元信号COIN2:INSTD_LOGIC;-2元信号COIN3:INSTD_LOGIC;-5元信号PRICE1:INSTD_LOGIC;-2元商品PRICE2:INSTD_LOGIC;-5元商品PRICE2:INSTD_LOGIC;-5元商品PRICE3:INSTD_LOGIC;-10元商品Y0:OUTSTD_LOGIC;

7、-购买成功信号Y1:OUTSTD_LOGIC;-退币信号MONEY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);PAYBACK:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);ENDSHOUHUOJI;ARCHITECTUREBEHAVOFSHOUHUOJIISSIGNALCOIN:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-保存钱数SIGNALCOUT:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);-保存找零BEGINPROCESS(CLK)BEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCOIN1=&#

8、39;1'THENCOIN<=COIN+1;Y0<='0'Y1<='0'ELSIFCOIN2='1'THENCOIN<=COIN+2;Y0<='0'Y1<='0'ELSIFCOIN3='1'THENCOIN<=COIN+5;Y0<='0'Y1<='0'ELSIFPRICE1='1'THENIFCOIN>="0010"THENY0<='1'Y1&

9、lt;='0'COUT<=COIN-2;ELSEY0<='0'Y1<='1'COUT<=COIN;ENDIF;ELSIFPRICE2='1'THENIFCOIN>="0101"THENY0<='1'Y1<='0'COUT<=COIN-5;ELSEY0<='0'Y1<='1'COUT<=COIN；ENDIF;ELSIFPRICE3='1'THENIFCOIN>=&

10、quot;1010"THENY0<='1'Y1<='0'COUT<=COIN-10;ELSEY0<='0'Y1<='1'COUT<=COIN;ENDIF;ENDIF;ENDIF；ENDPROCESS;MONEY<=COIN;-输入的钱数PAYBACK<=COUT;-找零ENDBEHAV;(3)译码显示源程序(总钱数应小于16元)LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYXIANSHIISPORT(DIN:INSTD_LOGIC

11、_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);ENDXIANSHI;ARCHITECTUREBEHAVOFXIANSHIISBEGINPROCESS(DIN)BEGINCASEDINISWHEN"0000"=>DOUT<="00000000"WHEN"0001"=>DOUT<="00000001"WHEN"0010"=>DOUT<="00000010"WHEN"0011&

12、quot;=>DOUT<="00000011"WHEN"0100"=>DOUT<="00000100"WHEN"0101"=>DOUT<="00000101"WHEN"0110"=>DOUT<="00000110"WHEN"0111"=>DOUT<="00000111"WHEN"1000"=>DOUT<="00001

13、000"WHEN"1001"=>DOUT<="00001001"WHEN"1010"=>DOUT<="00010000”;WHEN"1011"=>DOUT<="00010001”;WHEN"1100"=>DOUT<="00010010”;WHEN"1101"=>DOUT<="00010011”;WHEN"1110"=>DOUT<=&qu

14、ot;00010100”;WHEN"1111"=>DOUT<="00010101”;WHENOTHERS=>DOUT<="00000000”;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDBEHAV;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Nams tf-CLK oM-K 献。00HO每经过10个外部时钟，新时钟翻转一次，实现了分频。叩s5物叫M卵酉中叫ns翌心期眄网kmniiiiinniiniEinnnnniinniiiii图3分频器仿真结果图2）控制电路的

15、仿真如图4、图5、图6所示。31廿口630n=iachsIECKiao.i*-COINS» PPCE1rt-FRl 旧A PRL£1LMi阳-aH-H：tfcoinno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3）显示电路的仿真如图7所示，当大于9时分开显示。Name:-口的划us加$Ik'Ou1Ek1解删1MH:1J-11:三！（F9D0UTHLB6但I11口【MX%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