自動售貨機控制系統(tǒng)的VHDL實現(xiàn)

1、目錄一、概述1二、自動售貨機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)21、自動售貨機功能描述及控制系統(tǒng)組成22、自動售貨機控制功能的狀態(tài)描述23、自動售貨機功能控制模塊的VHDL實現(xiàn)34、投幣輸入信號電路的設(shè)計與實現(xiàn)45、自動售貨機控制系統(tǒng)功能仿真5三、結(jié)束語6四、參考文獻7自動售貨機控制系統(tǒng)的VHDL實現(xiàn)一、概述有限狀態(tài)機FSM(Finite State Machine)及其設(shè)計技術(shù)是實用數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中實現(xiàn)高效率、高可靠邏輯控制的重要途徑。傳統(tǒng)的狀態(tài)機設(shè)計方法需進行繁瑣的狀態(tài)分配、繪制狀態(tài)表、化簡次態(tài)方程等，而利用VHDL可以避免這些繁瑣的過程，直接利用狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖進行狀態(tài)機的描述，所有的狀態(tài)均可表達為CASE_WHE

2、N結(jié)構(gòu)中的一條CASE語句，而狀態(tài)的轉(zhuǎn)移則通過IF_THEN_ELsE語句實現(xiàn)。此外，與VHDL的其它描述方式相比，狀態(tài)機的VHDL表述豐富多樣，程序?qū)哟畏置?，結(jié)構(gòu)清晰，易讀易懂；在排錯、修改和模塊移植方面也有其獨到的特點。二、自動售貨機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)1、自動售貨機功能描述及控制系統(tǒng)組成 設(shè)計一個自動售貨機的邏輯控制電路。它有兩個投幣口分別為一元投幣口和五角投幣口，假設(shè)每次只能投入一枚一元或五角硬幣，投入一元五角硬幣后機器自動給出一瓶飲料，投入兩元硬幣后，在給出一瓶飲料的同時找回一枚五角的硬幣。圖1為自動售貨機控制系統(tǒng)方框圖，由投幣信號處理模塊和功能控制模塊組成。售賣功能控制模塊投幣信號處理模

3、塊投幣找錢信號出貨圖1 自動售貨機控制系統(tǒng)2、自動售貨機控制功能的狀態(tài)描述 取投幣信號為輸入邏輯變量，投入一枚一元硬幣時用A=1表示，未投入時A=0。投入一枚五角硬幣用B=1表示，未投入時B=0。給出飲料和找錢為兩個輸出變量，分別用Z和Y表示，給出飲料時Z=1，不給時Z=0，找回一枚五角硬幣時Y=1，不找時Y=0。 根據(jù)上面的功能描述，可用三個狀態(tài)S0，S1，S2表示，未投幣前的初始狀態(tài)為S0，投入五角硬幣以后為S1，投入一元硬幣后(包括投入一枚一元硬幣和投入兩枚五角硬幣的情況)為S2，再投入一枚五角硬幣后電路返回S0，同時輸出為Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬幣，則電路也應(yīng)能返回S0，

4、同時輸出為Z=1，Y=1。根據(jù)上面的分析可得到狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示。 00/00S0 01/10 或10/11 01/00 10/00S1S2 10/10 00/00 01/00 00/00圖2 自動售貨機系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3、自動售貨機功能控制模塊的VHDL實現(xiàn) 根據(jù)圖2所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，用VHDL語言中的CASE_WHEN結(jié)構(gòu)和IF_THEN_ELSE語句實現(xiàn)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; 圖3 利用MAX+PLUSII軟件及VHDL語言編寫控制芯片4、投幣輸入信號電路的設(shè)計與實現(xiàn) A、B分別為一元硬幣和五角硬幣驅(qū)動信號，Z為飲料輸出信號，Y為找錢輸出信號。通過對程序分析和仿真可以看出，A和B的驅(qū)動信號的持續(xù)時間必須控制在clk時鐘周期內(nèi)，如果驅(qū)動信號時間太短，系統(tǒng)檢測不到投幣信號，時間太長，會誤認為是兩次或多次投幣，造成誤操作。因此，要使整個控制系統(tǒng)可靠運行，還必須設(shè)計專門投幣輸入信號處理

7、電路。 自動售貨機的所有信號均由同步時鐘信號clk的正邊沿觸發(fā)。由于售貨機的硬幣接受器一般是一個機械設(shè)置裝置，投幣時產(chǎn)生的信號要比同步信號clk要慢得多，一般可持續(xù)好幾個周期，必須對投幣輸入信號進行處理，使每一次投幣時在clk脈沖周期內(nèi)只能產(chǎn)生一個脈沖作為功能控制模塊的投幣驅(qū)動信號?；谏厦娴墓δ芤螅O(shè)計了如圖4所示的投幣輸入信號的處理電路，其中yiyuan和wujiao作為一元硬幣和五角硬幣的投幣輸入信號，A和B為相應(yīng)的輸出信號，作為功能控制模塊的輸入信號，而且A、B輸出是在投幣輸入信號yiyuan和wujiao為高電平1之后的一個周期內(nèi)被設(shè)置為1。經(jīng)過仿真結(jié)果如圖6所示，實現(xiàn)了每次投幣后

8、在一個clk周期內(nèi)只產(chǎn)生一個可靠的脈沖驅(qū)動信號。圖4 投幣信號處理電路圖5 投幣信號處理電路模塊圖6 投幣信號處理電路仿真5、自動售貨機控制系統(tǒng)功能仿真 自動售貨機控制系統(tǒng)模塊之間連接如圖7所示，其中“toubi”為投幣輸入信號處理模塊，其輸出信號作為功能控制模塊“zidong”的輸入驅(qū)動信號，“chuhuo”為自動售貨機的飲料輸出信號，“zhaoqian”為找錢輸出信號。整個控制系統(tǒng)通過MAX+PLUSII軟件進行編譯和仿真，仿真結(jié)果如圖8所示，符合電路設(shè)計要求。并把程序下載到芯片MAXEPM7128SLC84-15進行驗證與實際相符。圖7 自動售賣機控制系統(tǒng)電路圖8 自動售賣機控制系統(tǒng)電路仿真三、結(jié)束語 VHDL語言有限狀態(tài)機設(shè)計控制電路，可大大降低設(shè)計難度和時間，提高設(shè)計效率和可靠性，利用語言的靈活性及功能強大的EDA工具，可以輕松完成硬件的功能擴充與升級，還可以實現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，整個設(shè)計過程相對于傳統(tǒng)的設(shè)計方法，有較大的突