【正文】 迅速普及和發(fā)展。 自動售貨機(jī)的歷史自動售貨機(jī)是一種全新的商業(yè)零售形式，20世紀(jì)70年代自日本和歐美發(fā)展起來。它又被稱為24小時營業(yè)的微型超市。在日本，70％的罐裝飲料是通過自動售貨機(jī)售出的。全球著名飲料商可口可樂公司在全世界就布有50萬臺飲料自動售貨機(jī)。 在日本全國各地，共設(shè)有550萬臺自動售貨機(jī)（據(jù)1998年的統(tǒng)計(jì)），銷售額達(dá)6兆8969億4887萬日元，為世界第一。在售貨機(jī)的顯示屏幕上進(jìn)行操作，輸入商品號碼和購買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會從取貨口出來，甚至從食品自動售貨機(jī)上還能買到熱呼呼的面條和米飯團(tuán)。雖然日本的自動售貨機(jī)總臺數(shù)低于美國（據(jù)1997年的統(tǒng)計(jì)為689萬臺），但是，從人口占有數(shù)來看卻是世界上最高的，美國平均35人占有一臺，而日本為23人占有一臺。 自動售貨機(jī)的研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在，自動售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時，這種機(jī)型的自動售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約10－15％的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時，自動售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。 自動售貨咖啡機(jī)是一種既可以出冷熱咖啡也可以同時出奶茶果汁飲料的咖啡飲料自動售貨機(jī)，省時方便快捷。既可以作投資來使用，也可作為員工福利來使用。 未來發(fā)展和研究方向隨著科技的發(fā)展及人們生活水平的提高，自動售貨機(jī)市場的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化及個性化的需求，通過自動售貨機(jī)進(jìn)行自助購物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時尚和追求高品質(zhì)生活的需要。傳統(tǒng)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為控制核心，不僅需要在輸入輸出接口上做大量的工作，而且系統(tǒng)的抗干擾性也比較差。FPGA 具有可靠性高、編程簡單、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，已在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)如今長生了基于了一種用FPGA 實(shí)現(xiàn)的自動售貨機(jī)主控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)闡述了基于FPGA的自動售貨機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了軟件仿真和硬件設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明該控制系統(tǒng)是可行的。現(xiàn)在，自動售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過電話線路將自動售貨機(jī)內(nèi)的庫存信息及時地傳送各營業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動售貨機(jī)的開發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時，這種機(jī)型的自動售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約10－15％的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時，自動售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。作為一種商務(wù)工具,自動售貨機(jī)在生活中應(yīng)用愈加廣泛,綜合分析現(xiàn)代自動售貨機(jī)的研究現(xiàn)狀和研究重點(diǎn),以及自動售貨機(jī)所處的市場現(xiàn)狀和對社會的影響，根據(jù)日本、美國等國家的經(jīng)驗(yàn),自動售貨機(jī)將在全球范圍內(nèi)得到更大的普及。自動售貨機(jī)的機(jī)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)已經(jīng)相當(dāng)完善,影響其普及的關(guān)鍵因素為：如何在現(xiàn)有的各種通信網(wǎng)絡(luò)平臺上，讓自動售貨機(jī)形成一種銷售連鎖網(wǎng),為其提供更方便的營銷方式和管理機(jī)制,以其最大限度地降低生產(chǎn)、運(yùn)營成本。目前,無論是基于Internet還是基于移動通信網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)平臺,其運(yùn)作的機(jī)制都不太成熟,不過這并不影響自動售貨機(jī)的發(fā)展?jié)摿?。因?自動售貨機(jī)未來的發(fā)展趨勢是將其納入到一個更廣闊、更便利的移動商務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺。 本文的章節(jié)安排本文第一章為總體描述自動售貨機(jī)的歷史以及研究現(xiàn)狀等相關(guān)知識，第二章主要介紹本課題所應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，第三章主要描述本課題所設(shè)計(jì)的自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)硬件設(shè)計(jì)，第四章主要闡述本課題的軟件系統(tǒng)的各個模塊以及仿真。附錄將指出本課題所用到的相關(guān)文獻(xiàn)以及所需要的硬件元器件。2 關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)所應(yīng)用到的技術(shù)有可編程邏輯器件及EDA技術(shù)，應(yīng)用VHDL語言實(shí)現(xiàn)自動售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)用PROTEL軟件輔助完成硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 EDA技術(shù)EDA是電子設(shè)計(jì)自動化（Electronic Design Automation）的縮寫，是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的工作平臺；是利用電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，智能化技術(shù)等多種應(yīng)用學(xué)科的最新成果，開發(fā)出的一整套電子CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件；是一種幫助電子設(shè)計(jì)工程師從事電子元件產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的綜合技術(shù)。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動強(qiáng)度。 可編程邏輯器件FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，是實(shí)現(xiàn)EDA的主流器件，他的特點(diǎn)是直接面向用戶，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測試和實(shí)現(xiàn)快捷，開發(fā)效率高，成本低，上市時間短，技術(shù)維護(hù)簡單，工作可靠性強(qiáng)等。 關(guān)于FPGA芯片的選擇將在下文進(jìn)行介紹。 VHDL描述語言VHDL ( very high speed integrated circuit hard2ware descrip tion language)是指超高速集成電路硬件描述語言。VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外,VHDL的語言形式,以及描述風(fēng)格與句法,類似于一般的計(jì)算機(jī)高級語言,如C語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)或稱設(shè)計(jì)實(shí)體(可以是一個元件、一個電路模塊或一個系統(tǒng))分成外部(或稱可視部分,即端口)和內(nèi)部(或稱不可視部分) 。在對一個設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后,一旦其內(nèi)部開發(fā)完成,其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況1）FPGA的應(yīng)用FPGA的應(yīng)用可分為三個層面：電路設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)。（1）電路設(shè)計(jì)中FPGA的應(yīng)用連接邏輯，控制邏輯是FPGA早期發(fā)揮作用比較大的領(lǐng)域也是FPGA應(yīng)用的基石。事實(shí)上，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用FPGA的難度還是比較大的，這要求開發(fā)者要具備相應(yīng)的硬件知識（電路知識）和軟件應(yīng)用能力（開發(fā)工具）。這方面的人才總是緊缺的，往往都從事新技術(shù)，新產(chǎn)品的開發(fā)。成功的產(chǎn)品將變成市場主流基礎(chǔ)產(chǎn)品，供產(chǎn)品設(shè)計(jì)者應(yīng)用。在不遠(yuǎn)的將來，通用和專用IP的設(shè)計(jì)將成為一個熱門行業(yè)。 （2）產(chǎn)品設(shè)計(jì)把相對成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等，開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品。這方面主要是FPGA技術(shù)和專業(yè)技術(shù)的結(jié)合問題，此外，關(guān)與專業(yè)客戶的界面問題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為專業(yè)工具類產(chǎn)品及民用產(chǎn)品，前者重點(diǎn)在性能，后者對價格敏感，產(chǎn)品設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能為主要目的。在這個領(lǐng)域FPGA技術(shù)是一個實(shí)現(xiàn)手段，F(xiàn)PGA因?yàn)榫邆浣涌?，控制，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點(diǎn)，有條件實(shí)現(xiàn)一個構(gòu)造簡單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這將是FPGA技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場。 （3）系統(tǒng)級應(yīng)用系統(tǒng)級的應(yīng)用是FPGA與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種FPGA版的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：如用Xilinx　V4, V5系列的FPGA，實(shí)現(xiàn)內(nèi)嵌POWER　PC　CPU, 然后再配合各種外圍功能，實(shí)現(xiàn)一個基本環(huán)境，在這個平臺上跑LINIX等系統(tǒng)，這個系統(tǒng)也就支持各種標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)和功能接口（如圖像接口）了。這對于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的。2）EDA的應(yīng)用利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個過程，在計(jì)算機(jī)上自動處理完成?，F(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本控制系統(tǒng)的硬件外圍設(shè)備分為：外部存儲器，外部電源，晶振信號發(fā)生器，以及FPGA芯片，LED外部顯示燈，出貨裝置。 芯片的選擇 本文所用到的FPGA芯片為，Altera生產(chǎn)的EPF10K10LC84 芯片，EPF10K10LC844是一種復(fù)雜可編程邏輯器件，另外還有其它類型的管腳和封裝，選擇性強(qiáng)。FLEX10K組成及特點(diǎn): FLEX10K主要由嵌入式陣列塊、邏輯陣列塊、快速通道（FastTrack）和I/O單元四部分組成。其中邏輯陣列塊由多個邏輯單元構(gòu)成。FLEX10K系列采用重復(fù)可構(gòu)造的CMOS SRAM工藝，把連續(xù)的快速通道互連與獨(dú)特的嵌入式陣列結(jié)構(gòu)相組合，同時也結(jié)合了眾多可編程器件的有點(diǎn)來完成普通門陣列的宏功能。每個FLEX 10K器件包括一個嵌入式陣列和一個邏輯陣列，它能讓設(shè)計(jì)人員輕松地開發(fā)出存儲器、數(shù)字信號處理器以及特殊邏輯等強(qiáng)大功能于一身的芯片。該芯片具有的多電壓功能可以全面支持以不同電壓工作的產(chǎn)品。FLEX10K10主要特點(diǎn)如下：（1）它是工業(yè)世界的第一種嵌入式可編程邏輯器件，提供了在單個器件中的系統(tǒng)集成，具有實(shí)現(xiàn)宏函數(shù)的嵌入式陣列和實(shí)現(xiàn)普通功能的邏輯陣列；（2）高密度，它具有10000—150000個可用門，高達(dá)40960位內(nèi)部RAM；（3）系統(tǒng)支持多電壓IO接口；（4）低功耗，；（5）靈活的內(nèi)部連接，快速、可預(yù)測連線延時的快速通道連續(xù)式分布結(jié)構(gòu)；（6）增強(qiáng)功能的IO引腳，每個引腳都有一個獨(dú)立的三臺輸出使能控制和每個IO引腳都有漏極開路選擇；FLEX10K引腳簡介EPF10K10有84I/O口，其豐富的IO資源，適用于速度要求高或需要較多的I/O引腳電路或系統(tǒng)中適用。其I/O引腳能夠兼容5V ，具體的IO引腳與對應(yīng)的引腳序號如表31所示：表31 I/O引腳對應(yīng)的引腳序號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號I/O716I/O1728I/O2749I/O3762I/O817I/O1829I/O2850I/O3864I/O918I/O1930I/O2951I/O3965I/O1019I/O2035I/O3052I/O4066I