【文章內(nèi)容簡介】 Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。FPGA的基本特點主要有以下幾點：一、FPGA設(shè)計ASIC電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。二、FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路中的試樣片。三、FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I / O引腳。四、FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風險最小的器件?？梢哉f，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。目前FPGA的品種很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中的數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程即可。當需要修改FPGA功能時，只須換一塊EPROM第8頁即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。FPGA的配置模式非常靈活，它可以有多種配置方式：平行主模式為一片F(xiàn)PGA加一片EPROM的方式；主從模式為多片F(xiàn)PGA加一片PROM；串行模式可以采用串行PROM 編程FPGA外設(shè)模式可以將FPGA作為微處理器的外設(shè)，由微處理器對其編程。第2章 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)設(shè)計 (1)用四個發(fā)光二極管分別模擬售出價值為5角、1元、購買者可以通過開關(guān)選擇任意一種標價中的小商品。(2)燈亮時表示該小商品售出。(3)用開關(guān)分別模擬5角、1元硬幣和5元紙幣投入，可以用幾只發(fā)光二極管(或數(shù)碼管)分別代表找回剩余的硬幣。(4)每次只能售出一種小商品，當所投硬幣達到或超過購買者所選面值時，售出貨物并找回剩余的硬幣，回到初始狀態(tài)；(5)當所投硬幣值不足面值時，可通過一個復位鍵退回所投硬幣，回到初始狀態(tài)。 系統(tǒng)設(shè)計方案比較 總體設(shè)計總體設(shè)計采用FPGA來設(shè)計的原理圖如圖11所示它由控制輸入電路、FPGA顯示電路和電機驅(qū)動組成。圖11 采用FPGA設(shè)計的自動售貨機原理方框圖控制輸入電路主要是為用戶設(shè)計的,起到一個輸入控制的作用。FPGA是現(xiàn)場可編程邏輯器件,也是本設(shè)計方案的核心內(nèi)容,它是實現(xiàn)自動售貨機運作的主要控制模塊。將編寫好的HDL程序燒制到現(xiàn)場可編程邏輯器件FPGA中,然后通過控制輸入電路把信號輸入到FPGA,由八個開關(guān)控制輸入信號即消費者選擇商品和消費者投幣及確認消費，動態(tài)數(shù)碼管顯示輸出信號即找零環(huán)節(jié)和所選擇的商品、消費者投幣。 總體設(shè)計設(shè)計方案比較本設(shè)計可以通過多種方案來實現(xiàn)，下面就主要的三種方案進行闡述和比較。方案一:采用數(shù)字邏輯電路制作，用IC 器件連接焊接外圍電路實現(xiàn)，這種電路很直觀，簡單方便。但應(yīng)用數(shù)字邏輯電路制作，使用的器件較多，連接復雜，體積大，功耗大。電路中焊點和線路較多會,使成品的穩(wěn)定度和精度大大降低。方案二:使用現(xiàn)場可編程邏輯器件（FPGA）制作，利用Verilog HDL硬件描述語言編程進行控制，然后燒寫實現(xiàn)。方案三: 單片機現(xiàn)在已經(jīng)達到很成熟的階段了,它的應(yīng)用也十分廣泛。采用單片機來實現(xiàn)自動售貨機,它的原理方框圖與用FPGA來實現(xiàn)的原理方框圖類似,。圖12 采用單片機實現(xiàn)自動售貨機的原理方框圖圖11和圖12的基本原理都相同,唯一不同的是一個是用FPGA來制作，一個是用單片機來實現(xiàn)。采用單片機來實現(xiàn)自動售貨機,主要的核心是單片機程序的設(shè)計。方案比較：對于自動售貨機的設(shè)計,三個方案均可以實現(xiàn),但是第一個方案中采用的是數(shù)字邏輯電路來制作,該電路硬件所需的器材多,體積龐大,比較復雜,而且精度和穩(wěn)定度都不是很高。第二個方案采用的是現(xiàn)場可編程邏輯器件來實現(xiàn), 它的優(yōu)點是所有電路集成在一塊芯片上，此方案所需的外圍電路簡單,這樣它的體積就減少了，同時還提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定度。還可以用軟件QuartusⅡ軟件進行仿真和調(diào)試等?？梢猿浞掷肏DL硬件描述語言方便的編程，提高開發(fā)效率，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本；而且易于進行功能的擴展，實現(xiàn)方法靈活調(diào)試方便，,但同時也存在缺點。它對設(shè)計者的要求比較高,設(shè)計者對軟硬件必須十分熟悉。和方案二來比它的實驗仿真沒有方案二簡單直觀,調(diào)試也有一定的難度。在外界環(huán)境相同的條件下,方案三設(shè)計出來的產(chǎn)品精度和穩(wěn)定度要比方案二稍微差一些。因此,自動售貨機的設(shè)計我們選擇方案二來實現(xiàn)。第3章 詳細設(shè)計 自動售貨機主要功能自動售貨機控制要求對機內(nèi)商品信息進行識別，對投入的貨幣進行運算，并根據(jù)所投入的貨幣數(shù)值判斷是否能夠購買某種商品，并做出相應(yīng)的反應(yīng)。本文設(shè)計的自動售貨機控制系統(tǒng)主要可以實現(xiàn)投幣處理、計算投幣總額、輸出商品，輸出找零等功能，系統(tǒng)工作流程如圖31 所示圖31 自動售貨機系統(tǒng)工作流程圖 設(shè)計思路及原理 模塊描述與實現(xiàn)自動售貨機的問題實際上就是狀態(tài)轉(zhuǎn)換的問題，不同的狀態(tài)對應(yīng)不同的輸出，具體的來說就是輸入不同幣值的錢后對應(yīng)著不同的作用結(jié)果。因此將此問題分為兩部分來考慮，即輸入和輸出。 輸入部分包括時鐘信號、投幣信號、商品選擇信號、貨物信號、確定信號、復位信號。因為幣值只考慮5角、1元和5元的情況，因此可以分別用三個輸入端代替。同樣對于四種商品的選擇也可用四個輸入端代替。 輸出部分包括幣值顯示信號、輸出貨物信號、警告信號以及找零信號。綜上，給出如下輸入輸出變量：輸入變量：時鐘信號（clk）：每個時鐘的上升沿觸發(fā)系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。復位信號（reset）：上升沿觸發(fā)，按下后自動回到初始狀態(tài)。投幣信號（btn_mon）：有5角、1元、5元高電平有效。貨物信號（btn_sell）：有四種，高電平有效確定信號（ok）：高電平有效。輸出變量：顯示信號（dis_mony）：顯示投入的幣額。貨物信號（led）：對應(yīng)賣出的貨物。顯示信號（dis_price）：貨物對應(yīng)的價錢。警告信號（led_warn）：錢不足時發(fā)出警告信號。 電路原理圖 圖322 電路仿真圖 自動售貨機狀態(tài)描述判斷開關(guān)被按下的個數(shù)N。若N=2表示所選本次選擇無效，返回初始狀態(tài)；若N=1則顯示所選商品，并繼續(xù)執(zhí)行下面的流程。4個開關(guān)分別代表四種商品。