【文章內(nèi)容簡介】 前，系統(tǒng)復(fù)位；在 10ns 時，系統(tǒng)接收到確認購買信號 ok,同時接收到信號 sum，表示系統(tǒng)收到投入貨幣為 15 元，在同一時刻發(fā)出給貨信號 en_deliver；在 11ns 的時候，就收到了其他模塊發(fā)來的退幣信號Rsum_10，可以看出當投入貨幣依次是 1 1 13 元時，退幣金額分別為 0元；當給貨信號完畢后，該模塊立即產(chǎn)生退幣信號，系統(tǒng)開始執(zhí)行找零操作，操作 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 16 完成后系統(tǒng)清零。 取消購買操作； 對系統(tǒng)執(zhí)行取消購買操作，得到如圖所示的仿真波形圖： 對該波形圖進行分析可以看出：在 5ns 前，系統(tǒng)處于復(fù)位狀態(tài)；在 10ns 的時候，系統(tǒng)接收到其他模塊發(fā)出的投幣信號，分別投入了一張 5 元貨幣和一張 10 元貨幣，同時，接收到別的模塊發(fā)出的信號 sum。在 30ns 時，系統(tǒng)接收到確認取消模塊發(fā)出的取消信號，則該模塊開始執(zhí)行退幣過程，退幣控制 信號 RC50、 RC100 分別發(fā)出一個高電平信號，每個退幣控制信號代表退出行對應(yīng)的一種貨幣；在操作完成后系統(tǒng)發(fā)出清零信號。 （ sum_cash 模塊） 設(shè)計思想及工作原理 總額加和模塊有以下輸入端口： ? 輸入端口： clk,輸入時鐘信號； rst，復(fù)位信號； clear，清除信號； C1，投入一元貨幣信號； C5，投入五元貨幣信號； C10，投入十元貨幣信號； RC1,退幣 1元的信號； RC5,退幣 5 元的信號； RC10,退幣 10 元的信號； lock_out_entry,鎖定信號。 ? 輸出端口： sum_1,表示發(fā)出 1元貨幣的信號； sum_5,發(fā)出 5元貨幣的信號； sum_10,發(fā)出 10 元貨幣的信號； sum,投入貨幣總和信號； 電路原理圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 17 當系統(tǒng)輸入不同的投幣信號時，則 sum1,sum5,sum10 就會記錄相對應(yīng)的貨幣的數(shù)量，而 sum 則記錄了投入貨幣的總額。當貨幣投入完畢后，顧客會選擇確認購買商品或者取消購買，系統(tǒng)會根據(jù)接收到的不同的信號來執(zhí)行相應(yīng)的操作，當找零模塊執(zhí)行完找零操作或者退幣操作后總數(shù)加和模塊就會收到系統(tǒng)的清零信號，所有的內(nèi)部信號和表示都會被清除。 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 RTL 電路圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 18 仿真測試 對總額加和模塊進行仿真測試得到如圖所示的波形圖： 對圖中波形進行分析可以發(fā)現(xiàn)，在 5ns 之前，系統(tǒng)在復(fù)位狀態(tài)；在時間為 20ns 的時候，系統(tǒng)接收到 C C C10 發(fā)出的 3 個投幣信號， 30ns 時又收到 1 個 1 元投幣信號，對應(yīng)的 sum sum sum10 記錄了相對應(yīng)不貨幣的數(shù)量， sum 則記錄了投入貨幣的總額；在時間為 40ns 時， lock_out_entry 信號變?yōu)楦唠娖?，此時其他按鍵都會無效；當系統(tǒng)開始接收到退幣信號后，相應(yīng)的 sum sum sum10 也會發(fā)生 變化，找零結(jié)束后系統(tǒng)發(fā)出清零信號，系統(tǒng)內(nèi)的表示和內(nèi)部信號都被清除。 （ calculator 模塊） 設(shè)計思想及工作原理 余額計算模塊有以下輸入端口： ? 輸入端口： rst，復(fù)位信號； clear，清除信號； ok，確認購買信號；輸出端口：sum1,投入 1 元貨幣的信號； sum5,投入 5 元貨幣的信號； sum10,投入 10 元貨幣的信號； sum,投入貨幣總和信號。 ? 雙向端口 R： sum1,退還 1 元貨幣的信號； Rsum5,退還 5 元貨幣的信號； Rsum10,退還 10 元貨幣的信號。 電路原理圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 19 余額計算模塊在收到其他模塊發(fā)出的確認購買信號后，就會開始執(zhí)行操作。根據(jù)所投入的貨幣總額，可以分為 3 種情況：投入貨幣小于商品價格，該情況下售貨機會退還所有貨幣；投入貨幣剛好等于商品價格，該情況下退還余額為零；投入貨幣大于商品價格，該情況則根據(jù)商品的價格和顧客投入總額的差額來計算應(yīng)找余額。 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 RTL 電路圖如圖所示： 仿真測試 對余額計算模塊的仿真有 3 種情況： 投入貨幣小于商品價格； 投入貨幣等于商品價格； 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 20 投入貨幣大于商品價格； 對于第 1 種情況，得到 如圖所示的仿真波形： 對于上面的波形圖，可以看出在時間為 5ns 前，系統(tǒng)復(fù)位；在 10ns 的時候，系統(tǒng)接收到投入一張 10 元貨幣的信號和一張 1 元貨幣，接著在 20ns 的時候，系統(tǒng)接收到控制確認購買的信號 ok,經(jīng)過計算最后得到投入的貨幣總額 11元小于商品的設(shè)定價格 13元，所以系統(tǒng)將發(fā)出退款信號， Rsum10 和 Rsum1 均被賦值為 1，表示要退還 10 元貨幣和一元貨幣，當系統(tǒng)的找零控制模塊接收到此信號后會執(zhí)行相應(yīng)操作；在時間 40ns 時，發(fā)出清零信號。 對于第 2 種情況，得到如圖所示的仿真波形： 對于上面的波形圖，可以 看出在時間為 5ns 前，系統(tǒng)復(fù)位；在 10ns 的時候，系統(tǒng)接收到投入一張 10 元貨幣和 3 張一元貨幣的信號，接著在 20ns 的時候，系統(tǒng)接收到控制確認購買的信號 ok,經(jīng)過計算最后得到投入的貨幣總額 13 元剛好等于商品的設(shè)定價格13 元，所以系統(tǒng)將發(fā)出退款信號， Rsum Rsum Rsum1 均被賦值為 0，表示要退還貨幣均為 0，當系統(tǒng)的找零控制模塊接收到此信號后會執(zhí)行相應(yīng)操作；在時間 40ns 時，發(fā)出清零信號，清除系統(tǒng)內(nèi)部信號。 對于第 3 種情況，得到如圖所示的仿真波形： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 21 對于上面的波形圖，可以看出在時間為 5ns 前，系 統(tǒng)復(fù)位；在 10ns 的時候，系統(tǒng)接收到投入 2 張貨幣的信號，接著在 20ns 的時候，系統(tǒng)接收到控制確認購買的信號 ok,經(jīng)過計算最后得到投入的貨幣總額 20 元大于價格 13 元，所以系統(tǒng)將發(fā)出退款信號，Rsum Rsum Rsum1 分別被賦值為 0，表示要退還貨幣均為 2 張 1 元， 1 張 5元，當系統(tǒng)的找零控制模塊接收到此信號后會執(zhí)行相應(yīng)操作；在時間 40ns 時，發(fā)出清零信號，清除系統(tǒng)內(nèi)部信號。 （ lock 模塊） 設(shè)計思想及工作原理 鎖定模塊有以下輸入輸出端口： ? 輸入端口： rst，復(fù)位信號； clear，清除信號； ok，確認購買信號； cancel，取消購買信號。 ? 輸出端口： lock_out_entry,鎖定信號。 端口原理圖如圖所示： 當該模塊接收到確認取消模塊發(fā)出的無論是確認信號還是取消信號，都會發(fā)出一個鎖定信號，從而鎖定整個系統(tǒng)的其他任何操作。 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 RTL 電路圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 22 仿真測試 對鎖定模塊進行仿真測試，得到如圖所示波形： 對該波形圖進行分析：在 5ns 前，系統(tǒng)復(fù)位；在 20ns 時，系統(tǒng)接收到確認取消模塊發(fā)出的 cancel 控制信號，此時該模塊會 立即產(chǎn)生 lock_out_entry 信號，即按鍵鎖定信號；在 40ns 時，系統(tǒng)操作結(jié)束，發(fā)出清零信號。 設(shè)計思想及工作原理 ? 輸入端口： din,表示收到貨幣總額信號。 ? 輸出端口： led1,顯示貨幣的個位數(shù)； led10，顯示貨幣的十位數(shù)。 顯示模塊會實時顯示售貨機收到的貨幣總額，并且通過 led1 來顯示投入貨幣的個位數(shù)， led2 來顯示投入貨幣的十位數(shù) 。在該模塊中， 調(diào)用了一個數(shù)碼管顯示的元件 disp7。 Lock 模塊的端口原理圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 23 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 TRL 電路圖如 圖所示： 七段數(shù)碼管顯示器設(shè)計 在元件 disp7 程序設(shè)計中，有一個輸入端口 din,一個輸出端口 led。 disp7 程序的端口原理圖如圖所示： 該元件設(shè)計的主要目的是具體定義了從 0~9 中每一個數(shù)值所對應(yīng)的字符串賦值。 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 RTL 電路圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 24 仿真測試 顯示模塊仿真波形圖如圖所示： 對該波形圖進行分析：當顯示模塊接收到用來控制貨幣總額的信號 din 時，兩個 led顯示器會馬上將貨幣總額顯示出來。圖中可以看出，投入貨幣總額為 15 元，則 led1 應(yīng)顯示 為 5， led2 應(yīng)顯示為 1，根據(jù) vhdl 程序的設(shè)計， led 信號用字符串“ 1111001”來顯示 1，用字符串“ 0010010”來顯示數(shù)字 5，圖中的波形圖說明了顯示器顯示是正確的。 頂層的設(shè)計就是對整個自動售貨機系統(tǒng)進行設(shè)計，為了在整個系統(tǒng)中達到連接底層元件從而形成更高層次的電路設(shè)計，在頂層文件的 vhdl 程序設(shè)計中使用了例化語句。在程序中利用 ponent 語句對準備調(diào)用的元件做了聲明，并利用 1~11 十一個信號作為系統(tǒng)的內(nèi)部連線。 顯然，元件例化的實質(zhì)就是引用一種連接關(guān)系，將 之前已經(jīng)設(shè)計好的設(shè)計實體定義為一個元件，然后把元件與當前的設(shè)計實體的端口通過特定的語句連接起來，從而為當前的設(shè)計實體引進新的低一級的設(shè)計層次。元件例化是 vhdl 設(shè)計實體完成自上而下層次化設(shè)計的一種途徑。 設(shè)計思想及工作原理 由 QuqrtusⅡ軟件內(nèi)部生成的 RTL 電路圖如圖所示： 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 25 仿真測試 對整個系統(tǒng)進行功能仿真測試，對仿真的結(jié)果的其中一部分進行分析，對以下兩種仿真情況進行分析： 確認購買但余額不足 確認購買且需要找零 對第 1 種情況進行仿真得到如圖的仿真圖： 在該波形圖中可以看出， 在 5ns 的時候，系統(tǒng)復(fù)位；在時間為 30ns 的時候，系統(tǒng)收到一個 1 元貨幣投入信號和一個 5 元貨幣投入信號，緊接著在 50ns 的時候又收到一個一元貨幣投入信號；兩個顯示器顯示了投入貨幣的總額；在時間為 80ns 的時 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 26 候，系統(tǒng)收到確認信號 ok_in,投幣結(jié)束，開始執(zhí)行找零或者退幣操作；系統(tǒng)內(nèi)部通過判斷發(fā)現(xiàn)所投入貨幣總額小于商品價格，所以開始進行全額退幣過程；在 90ns的時候系統(tǒng)發(fā)出同時退出一元貨幣和五元貨幣的信號 RC1 和 RC5。系統(tǒng)操作完成，等待下一次的操作。 對第 2 種情況進行仿真得到如圖的仿真圖： 在該波形圖中，在 時間為 30ns 的時候，系統(tǒng)接收到一個投入一元貨幣的信號，在70ns 的時候，同時收到一個五元貨幣和一個十元貨幣的投入信號，顯示器實時顯示所投入貨幣的總額；在 80ns 的時候收到確認購買信號 ok_in，由于所投貨幣總額大于商品價格，則系統(tǒng)開始執(zhí)行找零過程，并且產(chǎn)生一個出貨信號 en_deliver 和一個確認購買信號 led_buy；，在時間為 90ns 至 120ns,連續(xù) 3 個產(chǎn)生退幣信號退幣信號 RC1；退幣完成后，本次操作完成，等待下一次的操作。 自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計與仿真 27 5 總結(jié) 隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，自動售貨機的發(fā)展方向也必將向著 更加智能化和人性化的礎(chǔ)上，從顧客的實際需要出發(fā)，本文在分析了自動售貨機的特點后，完成了自動售貨機控制系統(tǒng)的設(shè)計，在設(shè)計的過程中，主要完成了以下幾個方面的工作； （ 1） 對自動售貨機的發(fā)展技術(shù)進行了總結(jié)和歸納，經(jīng)過總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保是現(xiàn)在起發(fā)展的一個重要方向，同時，移動商務(wù)也是其發(fā)展的一個目標方向。 （ 2） 完成了整個系統(tǒng)方案的設(shè)計，并且對整個系統(tǒng)進行了模塊的劃分，將整個系統(tǒng)劃分成 6 個子模塊，對每個模塊都單獨進行了功能設(shè)計。 （ 3） 利用 vhdl 語言輸入的方式，對子模塊進行了詳細的軟件的設(shè)計，并且對其完成了相應(yīng)的功能仿真測試，并且 對每次的仿真結(jié)果進行分析。最后在頂層文件中將各個子模塊進行例化并對子模塊進行了調(diào)用，并且對整個控制系統(tǒng)的仿真，經(jīng)過仿真測試的結(jié)果可以看出，整個控制系統(tǒng)的設(shè)計達到了最初的所有設(shè)計要求，完成了各項功能。 通過對整個系統(tǒng)的功能測試發(fā)現(xiàn)該自動售貨機的工作是比較穩(wěn)定和可靠的，而且操作簡單明了，具有很大的實用性。由于經(jīng)驗不足和時間原