【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于VHDL的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)燕 山 大 學(xué)年 月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于VHDL的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）： 專 業(yè)： 學(xué)生 姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo) 教師： 答辯 日期： 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：光電子工程系 學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)0題目題目名稱基于VHDL的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)題目性質(zhì)：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）（ ）；（ ）；（ ）題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容分析自動(dòng)售貨機(jī)的功能，完成相關(guān)功能模塊的劃分，用VHDL語言對(duì)各個(gè)底層模塊的功能進(jìn)行描述最后生成頂層模塊，最后用MAX+plus II對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編譯及波形仿真分析。基本要求；，學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)計(jì)方案并通過對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析掌握其組成原理的分析方法和設(shè)計(jì)方法。，按照設(shè)計(jì)方案完成各模塊的程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行波形仿真正確闡述仿真結(jié)果。，能根據(jù)要求和內(nèi)容編寫出合格的畢業(yè)論文。參考資料1 姜立東. VHDL語言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，20042 李洋. 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新. 北京：中國(guó)電力出版社，20073 王金明，周順. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VHDL. 北京：電子工業(yè)出版社，20104 (美)James R, Armstrong F, Gail Design Representation and Synthesis. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003周 次第1 ～ 3周第4 ～ 6周第7 ～10周第11 ～13 周第14 ～16周應(yīng)完成的內(nèi)容課題選定，調(diào)研、收集資料，形成初步思路。建立系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)程序流程進(jìn)行規(guī)劃。用VHDL語言對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行程序編寫與調(diào)試工作。仿真結(jié)果歸納整理，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿。完成論文，準(zhǔn)備答辯。指導(dǎo)教師：職稱：講師 2013年 3月 22日系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和市場(chǎng)的不斷繁榮，各種投幣式自動(dòng)售貨及服務(wù)機(jī)具已經(jīng)風(fēng)靡世界發(fā)達(dá)國(guó)家。這些采用現(xiàn)代電子技術(shù)和機(jī)電技術(shù)的自動(dòng)服務(wù)設(shè)施，給人們的日常生活帶來了極大的方便。VHDL語言最初是由美國(guó)國(guó)防部開發(fā)出來用來提高設(shè)計(jì)的可靠性和縮減開發(fā)周期的一種設(shè)計(jì)語言。目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本文介紹了VHDL的特點(diǎn)和應(yīng)用,以自動(dòng)售貨機(jī)為例，詳細(xì)說明了其實(shí)現(xiàn)過程。本文使用VHDL描述自動(dòng)售貨機(jī)各模塊的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口并用MAX+plus II仿真。通過定義售貨過程的各個(gè)狀態(tài)以及各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)售后機(jī)的選擇多個(gè)商品，投擲錢幣，找零退幣，顯示狀態(tài)，多次交易等功能。給出了各個(gè)模塊的源程序以及模塊之間連接圖，并通過仿真驗(yàn)證做出必要的分析。仿真結(jié)果說明本次設(shè)計(jì)能滿足自動(dòng)售貨機(jī)所要求的功能，從而實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)的自動(dòng)化和智能化。關(guān)鍵詞　自動(dòng)售貨機(jī)；VHDL；EDA；MAX+plus IIAbstractWith the rapid development of science and technology and the increasing flourish of the market, all kinds of coinoperated vending and service equipment has swept the developed countries of the world. The automatic service witch use modern technology, electronic technology and electromechanical facilities has brought great convenience to the people39。s daily lives.VHDL language originally developed by the . Department of Defense for the . military to improve design reliability and reduce the development cycle using a smaller range of design language. Most EDA tools support almost all VHDL, VHDL which is widely used in the further promotion and laid the foundation.This article introduces the characteristics and application of VHDL, with a example of designing vending machines, describes detailedly the implementation article uses VHDL langague described the structure, behavior, functions and interfaces of each modules with MAX + plus II and its simulation. By defining the respective states of the process and the transitions between the various states in order to achieve the functions of the vending machine that is select multiple items, throwing coins, coins giveback, display state, multiple transactions and others. Provided the code of each module and connection diagram between the modules, and make the necessary analysis by simulation and verifing. Simulation results show that this design accords with the required functions of the veding machines, whitch achieved automation and intelligenta of the circuit design.Keywords　vending machine。VHDL。EDA。MAX+plus II 目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景 1 課題的目的與意義 2 自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 3 本文的研究目標(biāo)及章節(jié)安排 5 本文的研究目標(biāo) 5 本文的章節(jié)安排 6第2章 相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)工具 7 EDA技術(shù)介紹 7 EDA技術(shù)概念與應(yīng)用 7 EDA技術(shù)的歷史與發(fā)展趨勢(shì) 8 VHDL語言介紹 10 VHDL語言概念、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì) 10 VHDL語言結(jié)構(gòu) 12 MAX+plusⅡ軟件介紹 14 軟件概述 14 Max+plusⅡ開發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn) 15 15 本章小結(jié) 20第3章 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析 21 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 21 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)需求分析 21 自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)工作流程 21 自動(dòng)售貨機(jī)模塊的劃分 22 自動(dòng)售貨機(jī)各工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換 24 本章小結(jié) 24第4章 自動(dòng)售貨機(jī)各功能模塊的仿真分析 25 總控模塊的仿真分析 25 二進(jìn)制譯碼模塊的仿真分析 28 BCD譯碼模塊的仿真分析 28 頂層模塊的仿真分析 29 30結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 32致謝 34附錄1 35附錄2 40附錄3 46附錄4 48附錄5 73第1章 緒論 課題背景自動(dòng)售貨機(jī)是能根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)付貨的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，它不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，能節(jié)省人力、方便交易。是一種全新的商業(yè)零售形式，又被稱為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型超市。能分為三種：飲料自動(dòng)售貨機(jī)、食品自動(dòng)售貨機(jī)、綜合自動(dòng)售貨機(jī)。隨著科技的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們需求一種全新的購(gòu)物方式，這種方式不受人力時(shí)間的限制可隨時(shí)隨地更快捷方便地購(gòu)買商品，自動(dòng)售貨機(jī)正能滿足人們的這種需求。如今，在機(jī)場(chǎng)、地鐵、商場(chǎng)、公園等客流較大的場(chǎng)所，不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的身影。顧客只要插人幾元的紙幣或硬幣，就可以方便地買到諸如飲料、口香糖等小東西。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動(dòng)售貨機(jī)受到了喜歡追逐時(shí)尚的年輕人的歡迎。自動(dòng)售貨機(jī)具有技術(shù)含量高、銷售方式新、市場(chǎng)潛力大、商品貨真價(jià)實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，決定了它廣闊的發(fā)展前景。而且，它與電子購(gòu)物等新型消費(fèi)方式相通，能創(chuàng)造巨大的商機(jī)，研究自動(dòng)售貨機(jī)是非常有價(jià)值的。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械有了越來越廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)售貨機(jī)作為自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械的代表被廣泛用于公共場(chǎng)所自動(dòng)售貨，給人們的生活帶來了極大的方便。特別在發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng)十分普及，自動(dòng)售貨機(jī)可售出各種成型包裝小商品，各種袋裝，盒裝，軟瓶裝等小商品。在我國(guó)，由于多種原因，自動(dòng)售貨機(jī)的市場(chǎng)推廣緩慢，處于培育階段，但可以預(yù)見，這種方便快捷的服務(wù)形式因其適合現(xiàn)代生活快節(jié)奏的需要，在不久的將來必會(huì)獲得大眾的喜愛。隨著商品市場(chǎng)的不斷繁榮，自動(dòng)售貨機(jī)和自動(dòng)服務(wù)設(shè)施必將逐步得到廣泛的應(yīng)用。隨著科技的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)，電子技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸融合，成為當(dāng)今社會(huì)科技領(lǐng)域的重要支柱技術(shù)。由于VHDL已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的硬件描述語言，目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[1]。在硬件電路設(shè)計(jì)過程中，主要的設(shè)計(jì)文件是用VHDL編寫的源代碼，因?yàn)閂HDL易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計(jì)。 課題的目的與意義人類社會(huì)已進(jìn)入到高度發(fā)達(dá)的信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開電子產(chǎn)品的進(jìn)步?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復(fù)雜度增大的同時(shí)，價(jià)格卻一直呈下降趨勢(shì)，而且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要原因就是生產(chǎn)制造技術(shù)和電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。前者以微細(xì)加工技術(shù)為代表，目前已進(jìn)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬個(gè)晶體管；后者的核心就是EDA技術(shù)[2]。EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作：IC設(shè)計(jì)，電子電路設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)。沒有EDA技術(shù)的支持，想要完成上述超大規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的，反過來，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對(duì)EDA技術(shù)提出新的要求。自動(dòng)售貨機(jī)作為一種先進(jìn)的消費(fèi)方式，已經(jīng)成為城市現(xiàn)代文明發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志，其新穎、時(shí)尚的購(gòu)物方式，24小時(shí)營(yíng)業(yè)的特點(diǎn)給人們生活帶來了便利，美化了城市環(huán)境，受到消費(fèi)者的歡迎。但是在我國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)的普及還不及發(fā)達(dá)國(guó)家，主要原因是我國(guó)EDA技術(shù)的應(yīng)用水平長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能，如選擇貨物，投幣，找零，顯示，多次交易等功能。利用軟件MAX+plusⅡ平臺(tái)，采用VHDL硬件描述語言編程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)核心電路的硬件程序，與一般的軟件開發(fā)不同，VHDL編程更需要熟悉一些底層的硬件知識(shí)，特別是數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)，因此VHDL編程的方法、思路都要更多的與硬件電路聯(lián)系起來[3]。完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的硬件程序設(shè)計(jì)后，在軟件平臺(tái)上進(jìn)行編譯和電路仿真。通過本課題的研究，可以掌握電子控制系統(tǒng)的基本原理與其實(shí)現(xiàn)，通過對(duì)各個(gè)模塊的編程及其仿真，對(duì)MAX+plusⅡ軟件的使用有所了解。每個(gè)波形模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)加深了硬件描述語言的學(xué)習(xí)。最終的頂層文件的調(diào)試，更是體現(xiàn)了綜合知識(shí)的運(yùn)用。本課題的研究是對(duì)本專業(yè)所學(xué)知識(shí)的較系統(tǒng)綜合的理解與應(yīng)用，是理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)綜合了本專業(yè)所學(xué)幾門重要專業(yè)課程的內(nèi)容，包括EDA技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等的學(xué)習(xí)，較為符合電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)要求，有助于實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力的提高。 自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀公元1世紀(jì),希臘人希羅制造的自動(dòng)出售圣水的裝置是世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，日本開發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50年代，“噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1925年美國(guó)研制出售香煙的自動(dòng)售貨機(jī)，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)。在日本