【正文】 購(gòu)買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會(huì)從取貨口出來(lái)，甚至從食品自動(dòng)售貨機(jī)上還能買到熱呼呼的面 條和米飯團(tuán)。它又被稱為 24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型超市。到了 20世紀(jì) 80年代 ,自動(dòng)售貨機(jī)在美國(guó)和日本被廣泛使用 ,后逐漸散布世界各地 ,主要是發(fā)達(dá)國(guó)家。一般售貨機(jī)的錢幣裝置由投幣口、 選別裝置、確認(rèn) 錢幣 真?zhèn)蔚臋z查裝置、計(jì)算金額的計(jì)算裝置和找錢裝置組成。錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確認(rèn)投入錢幣的真?zhèn)危诌x錢幣的種類，計(jì)算金額。 、圖表要求： 1）文字通順，語(yǔ)言流暢，書(shū)寫(xiě)字跡工整，打印字體及大小符合要求，無(wú)錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫(xiě) 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成 果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 FPGA 內(nèi)部電路 的編程設(shè)計(jì)采用硬件描述語(yǔ)言（ VHDL）對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能進(jìn)行描述；選擇 ALTERA 公司的 FPGA 芯片為目標(biāo)器件。豐富了中國(guó)的商業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的自動(dòng)銷售和自助服務(wù)時(shí)代。該課題將以 EDA 技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是圍繞所選合適的FPGA 器件的硬件電路設(shè)計(jì)。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其 它 4 目 次 1 引言 ………………………………………………………………………… …… 2 自動(dòng)售貨機(jī)的歷史 ……………………………………………………………… 2 自動(dòng)售貨機(jī)的研究現(xiàn)狀 ………………………………………………………… 3 未來(lái)的發(fā)展和研究方向 ………………………………………………………… 3 本文的章節(jié)安排 ………………………………………………………………… 4 2 關(guān)鍵技術(shù) ………………………………………………………………………… 5 EDA 技術(shù) ……………………… ………………………………………………… 5 可編輯邏輯器件 ……………………………………………………………… 5 vhdl 描述語(yǔ)言 ………………………………………………………………… 5 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況 …………………………………………………… 6 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………… 8 芯片的選擇 ……………………………………………………………………… 8 時(shí)鐘發(fā)生器 ……………………………………………………………………… 9 電源電路 ………………………………………………………………………… 10 硬件鍵盤 ………………………………………………………………………… 10 下載驅(qū)動(dòng)器以及存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì) ………………………………………………… 11 顯示器設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 11 硬件電路圖 ……………………………………………………………………… 12 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………… 12 設(shè)計(jì)思想 ……………………………… ………………………………………… 13 軟件設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………… 14 結(jié)論 …………………………………………………………………………………… 35 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………… 36 致謝 …………………………………………………………………………………… 37 附錄 …………………………………………………………………………………… 38 5 1 引言 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。如果投入的金額達(dá)到購(gòu)買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號(hào)，并找出余錢。 70年代以來(lái)，出現(xiàn)了采用微型計(jì)算機(jī)控制的各種新型自動(dòng)售貨機(jī)和利用信用卡代替錢幣并與計(jì)算機(jī)連接的更大規(guī)模的無(wú)人售貨系統(tǒng)，如無(wú)人自選商場(chǎng)、車站的自動(dòng)售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動(dòng)支付機(jī)等。其產(chǎn)品特點(diǎn)是科技含量高； 24 小時(shí)服務(wù) ,售貨便利；無(wú)需專人盯守，省人工 ,省成本；售貨范圍廣泛；此外還是一種新穎獨(dú)特的廣告媒體。在日本， 70％的罐裝飲料是通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)售出的。雖然日本的自動(dòng)售貨機(jī)總臺(tái)數(shù)低于 美國(guó) （據(jù) 1997年的統(tǒng)計(jì)為 689萬(wàn)臺(tái)），但是，從人口占有數(shù)來(lái)看卻是世界上最高的，美國(guó)平均 35人占有一臺(tái)， 6 而日本為 23人占有一臺(tái)。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)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(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約 10－ 15％的電力。 未來(lái)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(dòng)售貨機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化及個(gè)性化的需求，通過(guò)自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)行自助購(gòu)物正逐漸成為市民的一種新的消費(fèi)時(shí)尚和追求高品質(zhì)生活的需要。 現(xiàn)在，自動(dòng)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。進(jìn)入 21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)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。因此 ,自動(dòng)售貨機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是將其納入到一個(gè)更廣闊、更便利的移動(dòng)商務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) [1] 。 EDA 技術(shù) EDA 是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ Electronic Design Automation）的縮寫(xiě)， 是一種以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的工作平臺(tái)；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(kāi)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) [3] 。 關(guān)于 FPGA 芯片的選擇將在下文進(jìn)行介紹。 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(gè)元件、一個(gè)電路模塊或一個(gè)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 ) 。 （ 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 。 在不遠(yuǎn)的將來(lái)，通用和專用 IP 的設(shè)計(jì)將成為一個(gè)熱門行業(yè) 。 （ 3） 系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用 系統(tǒng)級(jí)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(gè)基本環(huán)境，在這個(gè)平臺(tái)上跑 LINIX 等系統(tǒng) ， 這個(gè)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 。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(gè)領(lǐng)域，都有 EDA 的應(yīng)用。 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) 。每個(gè) FLEX 10K 器件包括一個(gè)嵌入式陣列和一個(gè)邏輯陣列，它能讓設(shè)計(jì)人員輕松地開(kāi)發(fā)出存儲(chǔ)器、數(shù)字信號(hào)處理器以及特殊邏輯等強(qiáng)大功能于一身的芯片。其中用兩個(gè)振蕩器以及兩個(gè)電阻可以完成我們所需要的設(shè)定。 圖 電源電路 鍵盤的設(shè)計(jì) 為了完成購(gòu)物自動(dòng)售貨機(jī)必須有購(gòu)物鍵，本課題所要求的是五個(gè)按鍵，其中四個(gè)是商品選擇鍵（熱狗，飲料，漢堡，雙層漢堡），剩下的一個(gè)按鍵為初始按鍵。 圖 下載驅(qū)動(dòng)與外接存儲(chǔ)器 顯示器設(shè)計(jì) 自動(dòng)售貨機(jī)需要一個(gè)顯示燈，當(dāng)購(gòu)物結(jié)束后顯示器顯示找零錢數(shù)額。自動(dòng)售貨機(jī)的硬件電路圖見(jiàn)附錄。自動(dòng)售貨機(jī)允許投入 1 元， 2 元， 5 元硬幣：當(dāng)總幣值等于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)器送出需要的商品：若總幣值大于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)器除提供所需商品外，并將余幣退出；若總幣值小于顧客需要的商品單價(jià)時(shí)，機(jī)器退出顧客投入的硬幣?；蛘咴谠O(shè)定時(shí)間內(nèi)，總幣值不足顧客購(gòu)買的商品單價(jià)時(shí)，若需要取消交易則可按取消鍵，售貨機(jī)按不足錢數(shù)處理，退還全部硬幣。當(dāng)顧客選擇其中的一種商品時(shí)，售貨機(jī)發(fā)送出一個(gè)信號(hào)按鈕不再生效，用一個(gè) LED燈顯示。 控制狀態(tài)的設(shè)計(jì) 此售貨機(jī)分為三種狀態(tài)，每一個(gè)狀態(tài)能完成一定得 功能：初始狀態(tài)，投幣狀態(tài)，找零狀態(tài)。投入錢（ 1元， 2 元， 5元），當(dāng)投入硬幣等于或者超過(guò)商品價(jià)格時(shí)進(jìn)入下一狀態(tài)。出貨找零，表示一次工作已經(jīng)結(jié)束，等待下一個(gè)信號(hào)到來(lái)，進(jìn)行新的售貨。如圖 所示。 19 entity toubi is port (a1,a2,a5,en1,clk,reset:in std_logic。 architecture a of toubi is signal state:integer range 0 to 1。and clk39。 then state=0。039。139。en=39。 then state=1。139。qian:=5。 end if。 then if a1=39。en=39。 then qian:=qian+2。 elsif a5=39。en=39。 end case。 通過(guò)程序所得到的仿真圖如下所示： 1 當(dāng) reset 輸入為 0，輸入 5元， 2 元， 1元時(shí)，輸出結(jié)果為 7。而 xuan_rg,xuan_hb,xuan_yl,xuan_schb 為四個(gè)輸出信號(hào)，與出貨模塊連接。 圖 商品選擇模塊 商選擇模塊主要程序如下： LIBRARY ieee。 d: OUT integer range 0 to 8 )。 then if a1=39。 then d=1。039。039。xuan_yl=39。xuan_hb=39。 elsif a4=39。 then 22 d=4。039。139。xuan_schb=39。xuan_rg=39。 else d=0。039。039。039。039。 end process。 圖 分頻模塊 24 分頻模塊主要程序如下： LIBRARY IEEE。 END fenpi。EVENT AND CLK=39。Q =0。 NEWCLK = DIVCLK。 Clr 為控制器發(fā)送給計(jì)數(shù)模塊的一個(gè)信號(hào)，當(dāng) clr 為 1時(shí)，計(jì)數(shù)器歸零。 use 。 end jishu。139。139。 else bcd1n=bcd1n+39。 end if。) then bcd10n=000。) then if (en=39。139。 end process。139。 end process。 出貨模塊有四個(gè)輸出信號(hào)為所選擇的貨物的輸出信號(hào)。 ENTITY chuhuo IS PORT (xuan_rg,xuan_hb,xuan_yl,xuan_schb,en3 : IN STD_LOGIC。039。039。039。139。039。139。139。039。039。139。139。039。139。039。039。 END a。 30 圖 顯示模塊 顯示模塊程序如下： LIBRARY ieee。 b : OUT STD_LOGIC。 f : OUT STD_LOGIC。 variable outp:data_out。 WHEN 3 = outp:=1111001。 WHEN 7 = outp:=1011111。 END CASE。 d = outp(3)。 end process。