【正文】 幣（ 10秒左右），則交易失敗，并退幣，顯示退還金額。如等待時間超過 10 秒鐘，則認(rèn)為用戶放棄選購，售貨機(jī)自動回到等待狀態(tài)，等待新的交易。 系 統(tǒng)的工作原理 本文設(shè)計的自動售貨機(jī)有兩種飲料可以出售，售價分別為 2 元和 3元。相應(yīng)的主要功能有選擇貨物，多次購買，出貨找零，顯示，延時和時控功能。因其無需專人值守而可以每天 24 小時售貨，被稱為“無人小超市”。本文給出了各個模塊的源程序、各模塊的連接圖以及各個模塊的仿真圖，并做出了詳細(xì)的分析。自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 1 自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 電信專業(yè)學(xué)生： 指導(dǎo)老師： 摘要： 本文介紹了 VHDL 的特點和應(yīng)用 ,以自動售貨機(jī)為例，詳細(xì)說明了其實現(xiàn)過程。 關(guān)鍵詞： VHDL語言， MAXPLUSⅡ，自動售貨機(jī) Design and implementation of vending machine Electronics and Information Science and Technology Candidate:JiangHui Advisor： CaiJianhua Abstract: This article introduces the characteristics and application of VHDL, with a example of designing vending machines, describes detailedly the implementation process. The system uses the VHDL language, realizing every function uses state machines, applying MAXPLUS Ⅱ to simulate in order to realize the function every article describes the use of VHDL language and MAXPLUS Ⅱ simulation, to achieve the vending machine39。在我國，由于多種原因，自動售貨機(jī)的市場推廣緩慢，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，在不久的將來必會獲得大眾的喜愛。 本文是通過使用 VHDL 語言，基于 FPGA 可編程芯片，并通過使用 MAXPLUSⅡ軟件進(jìn)行程序設(shè)計，模擬仿真，功能驗證，以更好的來 理解和掌握 自動售貨機(jī)控制系統(tǒng) 的工作原理和設(shè)計方法 ，以及 學(xué)習(xí)和掌握基于 EDA 的電子產(chǎn)品設(shè)計方法， 進(jìn)一步加深對 VHDL 語言以及 MAXPLUSⅡ軟件、 FPGA 可編程芯片的認(rèn)識與了解。售貨機(jī)可以識別 1 元， 5 元兩種貨幣。若在 10秒內(nèi)，再次選中飲料，則再次等待。 （ 4）具有指示電路，分別指示購買成功、交易取消（交易失?。┖驼伊?。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 ,類似于一般的計算機(jī)一個電路模塊或一高級語言 ,如 C 語言。 VHDL 語言的發(fā)展背景 硬件描述語言的發(fā)展至今已經(jīng)有幾十年的歷史，并已成功應(yīng)用到系統(tǒng)的仿真、驗證和設(shè)計綜合等方面。 1986 年，有人提議 VHDL 語言作為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。此后，越來越多的人開始使用 VHDL 語言進(jìn)行數(shù)字電路系統(tǒng)的設(shè)計。下面分別介紹 ： 實體：實體是用于描述所設(shè)計電路系統(tǒng)的外部接口信號，系統(tǒng)的輸入輸出端口及屬性都是在實體中定義的。 構(gòu)造體：構(gòu)造體用于描述系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為，系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能都是在構(gòu)造體內(nèi)用語言進(jìn)行描述的。一個構(gòu)造體可能是行為而另一個可能是一個結(jié)構(gòu)描述的設(shè)計。它描述的使用的每一個實體的行為，就像零件列表說明哪一部分用于每一部分的設(shè)計。 庫：庫存放已經(jīng)編譯的實體、構(gòu)造體、包集合和配置。如果一個信號有兩個來源，那么當(dāng)兩個來源是由兩個驅(qū)動程序來起作用的。例如，電流驅(qū)動能力的一個緩沖區(qū)或最高工作溫度的裝置。一切行動，是在模擬 VHDL 描述分為單個或多個進(jìn)程。在構(gòu)造體中各種信號協(xié)調(diào)工作，最后得到所需的輸出，傳送到輸出端口和外部進(jìn)行交流。讓我們來看 看一個簡單的實體例子： ENTITY mux IS PORT ( a, b, c, d : IN BIT。 關(guān)鍵字“實體”是開始一個實體聲明的標(biāo)志，在整本文的說明中，標(biāo)準(zhǔn)封裝中關(guān)鍵字的語言和類型全部用大寫字母來顯示。 實體的名稱是多路復(fù)用，該實體有 7 個端口和端口條 款。輸出端口也是位寬類型。 構(gòu)造體 實體是描述接口的 VHDL 模型。 自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 6 BEGIN select = 0 WHEN s0 = ‘ 0’ AND s1 = ‘ 0’ ELSE1 WHEN s0 = ‘ 1’ AND s1= ‘ 0’ ELSE2 WHEN s0 = ‘ 0’ AND s1 = ‘ 1’ ELSE3。該構(gòu)造體的名字是數(shù)據(jù)流。 在關(guān)鍵字 ARCHITECTURE 和 BEGIN 的文字區(qū)域是本地信號和供日后使用的組件。 MAX+PLUSⅡ的介紹 Max+plusⅡ 是 Altera 公司提供的 FPGA/CPLD 開發(fā)集成環(huán)境， Altera 是世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。 與結(jié)構(gòu)無關(guān) ： Max+plusⅡ 系統(tǒng)的核心 Complier支持 Altera公司的 FLEX10K、 FLEX8000、FLEX6000、 MAX9000、 MAX7000、 MAX5000和 Classic 可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無關(guān)的可編程邏輯設(shè)計環(huán)境。 硬件描述語言（ HDL） ： Max+plusⅡ 軟件支持各種 HDL 設(shè)計輸入選項，包括 VHDL、 Verilog HDL 和 Altera 自己的硬件描述語言 AHDL。 波形編輯器 (Waveform Editor)： 在進(jìn)行邏輯電路的行為仿真時，需要在所設(shè)計電路的輸入端加入一定的波形，波形編輯器可以生成和編輯仿真用的波形（ *.SCF 文件），使用該編輯器的工具條可以容易方便的生成波形和編輯波形使用時只要將欲輸入波形的時間段用鼠標(biāo)涂黑，然后選擇工具條中的按鈕，例如，如果要某一時間段為高電平，只需選擇按鈕” 1”。 自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 8 邏輯綜合與適配 :該軟件在編譯過程中，通過邏輯綜合 (Logic Synthesizer)和適配(Fitter) 模塊 ,可以把最簡單的邏輯表 達(dá)式自動的吻合在合適的器件中。 編程文件的產(chǎn)生 : 編譯器中的裝配 程序 (Assembler)將編譯好的程序創(chuàng)建一個或多個編程目標(biāo)文件： EPROM 配置文件（ *.POF）例如 ,MAX7000S 系列 SRAM 文件（ *.SCF）例如 ,FLEX8000系列的配置芯片 EPROM JEDEC 文件 (*.JED) 十六進(jìn)制文件 (*.HEX) 文本文件 (*.TTF) 串行 BIT 流文件 (*.SBF) 仿真 :當(dāng)設(shè)計文件被編譯好 ,并在波形編輯器中將輸入波形編輯完畢后 ,就可以進(jìn)行行為仿真了 ,通過仿真可以檢驗設(shè)計的邏輯關(guān)系是否準(zhǔn)確。如圖 1所示： 自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 9 圖 1 開發(fā)流程圖 (1)、設(shè)計輸入 :可以采用原理圖輸入、 HDL 語言描述、 EDIF 網(wǎng)表輸入及波形輸入等幾種方式。 (4)、編程與驗證：用經(jīng)過仿真確認(rèn)后的 編程文件通過編程器（ Programmer）將設(shè)計下載到實際芯片中，最后測試芯片在系統(tǒng)中的實際運行性能。 Compile) (8)生成波形文件 (Max+plusⅡ/Waveform Editor ) (9)仿真 (Max+plusⅡ/Simulator) (10)下載配置 (Max+plusⅡ/Programmer) 常用菜單簡介 : 該軟件的菜單主要有： MAX+PLUSⅡ 菜單 （ MAX+PLUSⅡ ）、 文件菜單 （ File）， 該文件菜單隨所選功能的不同而不同 、 模板菜單 （ Templates）， 該模板使編寫 VHDL 和 AHDL 設(shè)計文件更容易和方便 、 指定菜單 （ Assign）、 選擇菜單 （ Option）。若需要某個特定項目的幫助信息，可以同時按 Shift+F1鍵或者選用工具欄中的快速幫助按鈕“ ”。另外有 3個發(fā)光二極管、 6個 LCD 數(shù)碼管。顧客選擇一種商品或多種則進(jìn)入投幣狀態(tài)。若投幣不夠，等待 10秒后，顧客沒有繼續(xù)投幣，則退幣并回自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 11 到初始狀態(tài)。其輸入端口包括 clk、 coin1(投入一元貨幣 )、 coin5(投入 5元貨幣 )、 price2(選擇 2元的商品 )、 price3(選擇 3元的商品 )，輸出端口有 paid(已投入多少錢 )、 needed(還需要多少錢 )、 moneyout(找零 )、 success(燈亮表示交易成功 )、 failure(燈亮表示交易失敗 )、自動售貨機(jī)的設(shè)計與實現(xiàn) 12 showmoneyout(燈亮表示正在找零 )。該模塊的主要功能是實現(xiàn)將主控模塊輸出的二進(jìn)制數(shù) (paid、 needed、 moneyout)轉(zhuǎn)換成 BCD 碼，以便輸出到七段顯示數(shù)碼器上而顯示出來。 各模塊的連接 各模塊的連接如圖 3所示： 圖 3 硬件模塊連接圖 如圖 3所示，左邊的 5個端口為輸入端口，連接的模塊是主控模塊。 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換 本文所設(shè)計的自動售貨機(jī)進(jìn)程可分為 7個狀態(tài) [6]： a,b,c,d,e,f,g。當(dāng)投幣夠了，即進(jìn)入 d 狀態(tài)（出貨找零）。 圖 5 主控模塊多次選擇但不投幣的仿真 如圖 5所示：選擇 3元商品后，在 10秒內(nèi)，再次選擇 2元商品；此