【正文】 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 摘 要 隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)的發(fā)展，生活水平的提高，單一傳統(tǒng)的生活方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代居民對(duì)高品質(zhì)生活的追求，在這種現(xiàn)象下，許多自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)時(shí)代應(yīng)潮流而生。自動(dòng)售貨機(jī)作為自動(dòng)化設(shè)備中的最常見的設(shè)備之一，由于其眾多的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在世界各地得到了普遍的發(fā)展并且還在不斷地發(fā)展。自動(dòng)售貨機(jī)掀起了繼百貨商店和超市之后的又一零售狂潮，這種智能售貨系統(tǒng)在車站、教學(xué)樓、辦公樓等公共場(chǎng)所有著廣闊的發(fā)展前景。 本文在對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的背景歷史和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了研究介紹之后，對(duì)課題中的自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行 了整體的設(shè)計(jì)及規(guī)劃。該自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)是基于 EDA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)，利用 Altera 公司的 QuartusⅡ 作為其軟件開發(fā)平臺(tái)，利用 VHDL 編程語言輸入的方式完成了軟件設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)方案對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了層次化的編寫。把整個(gè)系統(tǒng)劃分為 6 個(gè)子模塊，分別是找零計(jì)算模塊、確認(rèn)取消控制模塊、找零控制模塊、總錢數(shù)加和模塊、顯示模塊、鎖定模塊，并且對(duì)每一個(gè)子模塊進(jìn)行了詳細(xì)的軟件設(shè)計(jì)。在頂層文件中通過調(diào)用各個(gè)子模塊來完成 vhdl 程序的設(shè)計(jì)。 最后在 對(duì)每一個(gè)子模塊完成了功能仿真測(cè)試驗(yàn)證，同時(shí)也對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè) 計(jì)和仿真測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明了整個(gè)控制系統(tǒng)的合理性以及正確性。整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，操作簡(jiǎn)單，滿足售貨機(jī)的基本要求，具有一 定的實(shí)用意義。 關(guān)鍵詞 ： 自動(dòng)售貨機(jī)、 VHDL、 EDA、 QuartusⅡ 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 2 Abstract Abstract: With the progress of the society, the development of the scientific, and the improvement of living standards, single traditional way of life has not meet modern residents39。 pursuit of high quality life, under this kind of phenomenon, a number of automation equipment should e into being. Vending machine as one of the most mon equipment in the automation equipment, has been develop all over the world and develop constantly because it has many advantages .Vending machines set off after department stores and supermarkets in another retail frenzy, this intelligent vending system has broad prospects for development in the station, school buildings, office buildings and other public places. Based on the background of the vending machine, the article designs and plans the project of vending machine system after introducing the history and development vending machine control system is based on the EDA technology to realize, at the same time, it used Quarter Ⅱ of the Altera corporation as the software development platform, taking advantage of VHDL programming language input pleted the software design. The design scheme is hierarchical write for the whole hierarchical control whole system is divided into six sub modules, change calculation module, confirming cancellation control module, the change control module, total amount module, display module, locking module, and each child module software design is design in the top floor file by calling each module to plete the VHDL program design. Finally, The design scheme pleted the function simulation test to verify for each child modules, and conducts Toplevel design and simulation test for the whole system, the test results show the rationality and validity of the whole control system. The design of the whole control system is simple and reasonable, the operation is simple, it meets the basic requirement of the vending machine and has certain practical significance. keywords :The vending machine、 EDA、 VHDL、 QuqrtusⅡ 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 3 1 緒論 課題研究背景 早在 20世紀(jì) 30年代，出售香煙的自動(dòng)售貨機(jī)就在美國被研制出來了，此后，各類自動(dòng)售貨機(jī)也相繼被研究出來。到了 20世紀(jì)的 70年代，自動(dòng)售貨機(jī)在歐美地區(qū)和日本的發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)?shù)钠毡?。早?1998的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中，日本就已經(jīng)有了 550萬臺(tái)各式各樣各種功能的自動(dòng)售貨機(jī)，而美國所擁有的自動(dòng)售貨機(jī)的數(shù)量更是高達(dá) 700萬臺(tái)，也就是說在上個(gè)世紀(jì)末在日本平均 23個(gè)人就擁有一臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)，而美國則是平均 35個(gè)人就擁有一臺(tái)。 自動(dòng)售貨機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一就是無需人工看守 ，這點(diǎn)在當(dāng)今世界人工勞動(dòng)力成本普遍急劇上升的年代成為了各商家最看重的一點(diǎn)，它可以 24小時(shí)不斷的進(jìn)行自動(dòng)售貨操作，在為商家降低成本的同時(shí)大大的增加了收益。同時(shí)，其操作方便簡(jiǎn)單、占地面積小、全自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)使其迅速在全世界各地普及開來。日本作為使用自動(dòng)售貨機(jī)最普遍的國家，其國內(nèi)的罐裝飲料有大約 70%是通過自動(dòng)售貨機(jī)來出售的，銷售額為世界第一；在西班牙，全國零售業(yè)的銷售額一半以上是由自動(dòng)售貨機(jī)來完成的，并且每年的速度都在不斷增長。從這些數(shù)據(jù)可以看出自動(dòng)售貨機(jī)所涉及的行業(yè)在零售行業(yè)中占據(jù)著不可替代的重要作用。 課題研究的目的與 意義 隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，城鎮(zhèn)居民的收入日漸增多，生活條件也越來越好，城鎮(zhèn)居民的消費(fèi)方式和消費(fèi)心理也正慢慢發(fā)生改變?？旖葑詣?dòng)化的生活方式正是快節(jié)奏生活下人們所追求的一種高品質(zhì)的生活方式。而自動(dòng)售貨機(jī)作為商業(yè)自動(dòng)化的一種常見設(shè)備，無論是在國內(nèi)還是國外，都深受消費(fèi)者的喜愛，時(shí)代的發(fā)展為自動(dòng)售貨機(jī)提供了良好的發(fā)展條件。然而，我國的自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)的發(fā)展卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)及不上歐美和日本等國家，究其原因一個(gè)方面是因?yàn)槲覈淖詣?dòng)售貨機(jī)行業(yè)發(fā)展比較晚，另外一方面是因?yàn)槲覈毡榘l(fā)展自動(dòng)售貨機(jī)也有著技術(shù)的瓶頸。自 動(dòng)售貨機(jī)是一種內(nèi)部集成度高、技術(shù)復(fù)雜的高科技設(shè)備，而現(xiàn)在我國多數(shù)企業(yè)都缺乏自主研發(fā)自主創(chuàng)新的精神，使得自動(dòng)售貨機(jī)的很多關(guān)鍵零件都要從國外進(jìn)口，因此想要在國內(nèi)發(fā)展這一行業(yè)，解決相關(guān)技術(shù)問題自主開發(fā)自動(dòng)售貨機(jī)是最重要的。 我國引進(jìn)自動(dòng)售貨機(jī)已有差不多二十年的時(shí)間，然而至今在國內(nèi)運(yùn)營和自主研發(fā)制造自動(dòng)售貨機(jī)的企業(yè)少之又少，國外的自動(dòng)售貨機(jī)還毫無疑問的占據(jù)著我國絕大部分的的市場(chǎng)。這種現(xiàn)象嚴(yán)重阻礙了我國發(fā)展自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)。因此，加快腳步和加大力度去自主研制自動(dòng)售貨機(jī)是很有必要的，同時(shí)，更要時(shí)時(shí)關(guān)注最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，盡 可能的把這些高科運(yùn)用到自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)中去，只有這樣才能讓該行業(yè)在我國得到更好更快的的發(fā)展。 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì) 目前，自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng)在發(fā)達(dá)國家得到了廣泛的運(yùn)用，而我國由于行業(yè)起步較晚的原因使得各方面技術(shù)還不夠成熟，還需要加大力度去積極發(fā)展這一行業(yè)。在 2021 六月份，我國各式各類的自動(dòng)售貨機(jī)的總量只有三萬臺(tái)，而在 2021 六月份，該數(shù)量已經(jīng)上升至五萬臺(tái)，增長幅度高達(dá)差不多 50%，當(dāng)然由自動(dòng)售貨機(jī)帶來的營業(yè)額也是非常龐大的。隨著科技的不斷發(fā)展，如今的自動(dòng)售貨機(jī)也越來越先進(jìn)，其中設(shè)備的科技含量也日漸增高 。自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展歷程如 圖 所示： 目前我國生產(chǎn)自動(dòng)售貨機(jī)主要有以下幾家比較知名的廠家：上海艾絲明自動(dòng)售貨機(jī)有限公司，主要生產(chǎn)咖啡機(jī)；天津歌德公司，主要生產(chǎn)咖啡機(jī)；大連富士冰山公司，主要生產(chǎn)飲料機(jī)。除此之外還有青島澳柯瑪自動(dòng)商用設(shè)備有限公司、天津奧萊特自動(dòng)售貨機(jī)有限公司等公司生產(chǎn)的自動(dòng)售貨機(jī)也是比較常見的。 自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是由于社會(huì)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的產(chǎn)物。由于社會(huì)的消費(fèi)方式、銷售環(huán)境等的變化，自動(dòng)售貨機(jī)的售貨方式作為一種新的流通渠道，自然而然自動(dòng)售貨機(jī)也就應(yīng)時(shí)代發(fā)展而生了。自動(dòng)售貨機(jī)從一開始的功能單一 結(jié)構(gòu)單一發(fā)展到現(xiàn)在的功能多元化個(gè)性化，該行業(yè)也成為信息化的一種表現(xiàn)。而且自動(dòng)售貨機(jī)的發(fā)展為了適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展也將會(huì)更加合理化人性化，它已不僅僅是一臺(tái)用來銷售商品的機(jī)器，隨著科技的發(fā)展，通信的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，它也必將向著相互連通的信息生態(tài)圈的方向發(fā)展，必將發(fā)展成為一種集商品銷售、信息流通等于一體的高科技的終端設(shè)備。 課題研究的主要內(nèi)容 本文主要研究利用自動(dòng)售貨機(jī)來完成商品處理、貨幣找零、出貨操作、 led 顯示等功能。完成的工作主要包括以下幾個(gè)方面： 。 EDA 技術(shù)以及 VHDL 語言、 QuarterⅡ軟件開發(fā)平臺(tái)的相關(guān)知識(shí)做了簡(jiǎn)單的介紹。 ，提出了整體設(shè)計(jì)方案。 vhdl 語言程序的輸入的方式進(jìn)行了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)，并且對(duì)每一個(gè)子模塊進(jìn)行了仿真測(cè)試，對(duì)其相對(duì)應(yīng)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。最后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，同時(shí)也對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了仿真，對(duì)整個(gè)自動(dòng)售貨機(jī)的功能進(jìn)行了驗(yàn)證。 自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 5 2 相關(guān)技術(shù)簡(jiǎn)介 EDA 技術(shù) 電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)就是常見的 EDA 技術(shù)的簡(jiǎn)稱，這種技術(shù)在現(xiàn)代電 子設(shè)計(jì)中有著非常重要的作用。 EDA 技術(shù)以強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)為依賴，在相應(yīng)的軟件開發(fā)平臺(tái)上，利用硬件描述語言（ HDL）來完成系統(tǒng)的各項(xiàng)功能的邏輯描述。 EDA 技術(shù)有著豐富的內(nèi)容，與電子技術(shù)很多領(lǐng)域有著密不可分的聯(lián)系，所以其發(fā)展同計(jì)算機(jī)輔助工程、電子設(shè)計(jì)技術(shù)以及集成電路的大規(guī)模設(shè)計(jì)技術(shù)等都是同步發(fā)展的。就近 30 多年來其發(fā)展可分為以下階段： ? 上世紀(jì) 70 年代可編程邏輯器件開始問世，集成電路得到廣泛應(yīng)用， CAD 技術(shù)也開始發(fā)展， EDA 技術(shù)也就是在這個(gè)時(shí)候開始出現(xiàn)。 ? 上世紀(jì) 80 年代進(jìn)入商用的復(fù)雜可編程邏輯器件、 FPGA 器件的出 現(xiàn)、 CAD 技術(shù)廣泛的應(yīng)用、各類硬件描述語言的相繼出現(xiàn)，這些解決 EDA 技術(shù)要廣泛運(yùn)用過程中所遇到的各種問題，為其規(guī)范應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 ? 上世紀(jì) 90 年代， CAD、 CAE 等技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在電子領(lǐng)域方面。同時(shí)，通信技術(shù)的發(fā)展、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得 EDA 技術(shù)有了更大的發(fā)展空間。 發(fā)展至現(xiàn)在的 EDA 技術(shù)， CPLD 和 FPGA 等可編程邏輯器件是被應(yīng)用得最多的，這些器件是利用硬件編程語言來進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)以完成功能設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)方式簡(jiǎn)單方便，有著非常大的靈活性?？删幊踢壿嬈骷涂删幊陶Z言的發(fā)展改變了傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方法和 設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也讓 EDA 技術(shù)有了更快的發(fā)展。 EDA 技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展及應(yīng)用范圍是非常廣泛的，不僅在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等領(lǐng)域被應(yīng)用，在通信、化學(xué)、交通、航天等領(lǐng)域更是有著不可替代的重要作用。（ EDA 技術(shù)與 VHDL P1） VHDL VHDL 的全稱是 Very High Speed Circuit Language，與另一種 VerilogHDL 語言是現(xiàn)在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化中用的最多的兩種硬件描述語言 ,現(xiàn)在用的比較多的 EDA 工具基本都支持這兩種語言，在電子領(lǐng)域中已經(jīng)成為