【文章內容簡介】 INT82DEV_OE83IN484GCLCK11IN12DEV_OE3VCCINT4I/O0/DATA75I/O1/DATA66I/O2/DATA57I/O3/DATA48I/O4/DATA39I/O5/DATA210I/O6/DATA111D A T A 012D C L K13n C E14T D I15I / O 716I / O 817I / O 918I / O 1019V C C I N T20I / O 1121I / O 1222I / O 1323I / O 1424I / O 1525G N D I N T26I / O 1627I / O 1728I / O 1829I / O 1930M S E L 031M S E L 132VCCINT33nCONFIG34I/O2035I/O2136I/O2237I/O2338I/O2439VCCINT40GNDINT41IN242GCLK243IN344VCCINT45GNDINT46I/O2547I/O2648I/O2749I/O2850I/O2951I/O3052I/O3153A L T E R AE P F1 0 K 1 0 L C8 4FL E X8 4 P IN P L CC 13 圖 時鐘發(fā)生器 電源電路 日常所用到的電源為 220V 電壓的電源，但是本課題中自動售貨機所需要的電壓為 5V，因此我們需要設定一個變壓電路來完成所需的電壓。在這部分電路我們用到了一個變壓器，一個整流橋，一個濾波電路，一個穩(wěn)壓器完成為 5V 電壓的電源。電源電路如圖 所示。 圖 電源電路 鍵盤的設計 為了完成購物自動售貨機必須有購物鍵，本課題所要求的是五個按鍵，其中四個是商品選擇鍵（熱狗，飲料，漢堡，雙層漢堡），剩下的一個按鍵為初始按鍵。關于輸入按鍵的信號發(fā)生情況將在下文中的軟件系統(tǒng)設計中闡述，這里就不多敘述，按鍵選用的是 SW_PB，按鍵的硬件部分如圖 所示。 14 圖 選擇鍵的設計 下載驅動器以及外擴存儲器電路設計 自動售貨機需要跳電存儲功能，因此需要在 FPGA 芯片外接一個存儲器，另由于控制器需要下載驅動，因此需要外接一個驅動下載以及外接存儲器，如 圖 所示。此裝置能夠順利完成下載驅動以及跳電存儲功能。 圖 下載驅動與外接存儲器 顯示器設計 自動售貨機需要一個顯示燈，當購物結束后顯示器顯示找零錢數額。對于顯示器的顯示數字情況，將在下文軟件系統(tǒng)中的顯示模塊進行闡述。顯示器 如圖 所示。 15 圖 顯示器 硬件電路圖 本論文的重點在于對控制系統(tǒng)的設計，因此，我們只關注控制信號以及信號發(fā)生后出現的結果，對于自動售貨機的電動機不做太多的討論。自動售貨機的硬件電路圖見附錄。 4 軟件系統(tǒng)設計 軟件系統(tǒng)分為總體思想 與模塊的分類。 設計思想 功能要求 （ 1）該系統(tǒng)能完成對貨物信息的存儲、進程控制、錢幣處理、余額計算和顯示功能。 （ 2）自動售貨機能夠銷售 4 種商品：熱狗（ 1元），漢堡包（ 4 元），雙層漢堡包（ 8 元），飲料（ 3 元）數量無限。自動售貨機允許投入 1 元， 2 元， 5 元硬幣：當總幣值等于顧客需要的商品單價時，機器送出需要的商品：若總幣值大于顧客需要的商品單價時，機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時，機器退出顧客投入的硬幣。設機器內 1元和 2 元的找零硬幣無限。 （ 3）如 果投入的硬幣達到或大于所購商品的價格，自動售貨機會發(fā)出一個指示信號使接受硬幣的裝置不再接收新的硬幣。 （ 4）每次投幣的時間有限制，不得超過 30 秒，在時間到時，總幣值不足顧 16 客購買的商品單價時，自動售貨機按不足錢數處理，退還全部硬幣?；蛘咴谠O定時間內，總幣值不足顧客購買的商品單價時，若需要取消交易則可按取消鍵，售貨機按不足錢數處理，退還全部硬幣。 （ 5）當顧客完成一次購買后或按錯按鈕后，需要設置一個重新開始按鈕，使整個系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)。 （ 6）顧客一次只能購買一種商品的一個，若需要更多商品，需要重復操作。 總體思想 自動售貨機包括四個商品，依據四種商品分別設為四個按鈕， A1,A3,A4,A8。當顧客選擇其中的一種商品時，售貨機發(fā)送出一個信號按鈕不再生效，用一個 LED燈顯示。設置三個按鈕： a1,a2,a5 來表示投入的硬幣是 1元、 2元、 5 元。當顧客投入的硬幣大于或等于售價時將不再接受硬幣，用一個 LED 燈顯示。當顧客確定某種商品且投入了足額的硬幣，投幣時限到時，投幣窗口找零，用七段顯示管顯示找零數，同時送出商品，指示燈 out 亮。 控制狀態(tài)的設計 此售貨機分為三種狀態(tài)，每一個狀態(tài)能完成一定得 功能：初始狀態(tài)，投幣狀態(tài)，找零狀態(tài)。 （ 1）初始狀態(tài)：當售貨機通電后進入初始狀態(tài)，顧客購買時，可根據選擇xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb 鍵購買商品，從而進入下一狀態(tài)。當顧客購買錯誤或不再購買時按下 start 重新進入初始狀態(tài)。 （ 2）投幣狀態(tài)：在這個狀態(tài)時 xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb 鍵失效。投入錢（ 1元， 2 元， 5元），當投入硬幣等于或者超過商品價格時進入下一狀態(tài)。投幣時間為 30 秒超過 30 秒，售貨機拒絕接受錢幣。 （ 3）找零狀態(tài)：投幣結束 ，售貨機自動判別總錢數，若在時限到來之際，總錢數少于顧客所需商品的單價，則退出錢幣，用 LED 顯示退錢數。若大于或等于商品數則通過控制系統(tǒng)找零，用 LED 顯示找零數，送出商品。出貨找零，表示一次工作已經結束，等待下一個信號到來，進行新的售貨。 設計流程圖 17 圖 流程圖 模塊分類 此售貨機模塊包括：投幣處理模塊，商品選擇模塊，投幣模塊，分頻模塊，控制器模塊，計時模塊， LED 燈顯示模塊，找零模塊，出貨模塊，如圖 所示。 是 是 否 否 否 是 一元貨物 2 元貨 3 元貨 投幣 計算金額 金額 物價 繼續(xù)投幣 確認購買 出貨找零 退幣 結束 4 元貨 開始 18 圖 模塊示意圖 投幣模塊 自動售貨機能夠自動計算投入的錢幣數目，需要提供一個寄存器來記錄并保存投入的總幣值。此模塊有六個輸入信號以及兩個輸出信號： qian1,qian2,qian5為不同數額錢幣輸入信號； en1 為主控模塊所發(fā)出的信號，當 en1 信號為 1 的時候，投幣模塊開始工作； reset 為恢復初始信號，當 reset 信號為 1 的時候投幣模塊不進行工作； en 為給計時器的輸出信號，當 en 為 1 的時候計時器開始工作；bi 為輸出的錢幣數目。如圖 所示。 投幣模塊的作用相當于一個計數的寄存器，在清零的狀態(tài)下可以準確的計算投幣數額，記錄并保存總幣值。 圖 . 投幣模塊 投幣模塊主要程序如下： library ieee。 use 。 19 entity toubi is port (a1,a2,a5,en1,clk,reset:in std_logic。 bi :out integer range 0 to 15。 en: out std_logic)。 end toubi。 architecture a of toubi is signal state:integer range 0 to 1。 begin process variable qian:integer range 0 to 15。 begin wait until clk=39。139。and clk39。 event。 if reset=39。139。 then state=0。bi=0。qian:=0。en=39。039。 else case state is when 0= if en1=39。139。 then if a1 =39。139。 then state=1。bi=1。qian:=1。en=39。139。 elsif a2=39。139。 then state=1。bi=2。 qian:=2。en=39。139。 elsif a5=39。139。 then state=1。qian:=5。bi=5。en=39。139。 end if。 end if。 when 1= if en1=39。139。 then if a1=39。139。 then qian:=qian+1。bi=qian。en=39。139。 elsif a2=39。139。 then qian:=qian+2。bi=qian。en=39。139。 elsif a5=39。139。 then qian:=qian+5。bi=qian。en=39。139。 end if。 end if。 end case。 end if。 end process。 20 end a。 通過程序所得到的仿真圖如下所示： 1 當 reset 輸入為 0，輸入 5元， 2 元， 1元時，輸出結果為 7。仿真結果如圖 所示： 圖 reset 輸入為 0 時的仿真結果 2 當 reset 輸入為 1 時，輸入 5 元， 2元， 1 元， bi 輸出應為 0。仿真結果如圖 所示： 圖 reset 輸入為 1 時的仿真結果 商品選擇模塊 自動售貨機的商品選擇模塊，通過自動售貨機上的四個選擇按鍵完成商品選擇，在接收到對應四個商品之一的一個選擇信號時進行編譯，將被選擇的商品進行編碼，輸入到主控模塊中，在主控模塊中與所接受的錢幣進行對與計算。輸入信號為 a1,a2， a3， a8。而 xuan_rg,xuan_hb,xuan_yl,xuan_schb 為四個輸出信號，與出貨模塊連接。 reset 與 en2 信號來自主控模塊，當 reset 為 1 時模塊進 21 入初始狀態(tài)，進行選擇。當 en2 為 1 時，商品可以進行選擇，當 en2 為 0時，四個商品選擇鍵無效。商品選擇模塊如圖 所示。 圖 商品選擇模塊 商選擇模塊主要程序如下： LIBRARY ieee。 USE 。 ENTITY yima IS PORT ( a1,a3,a4,a8,en2,reset : IN STD_LOGIC。 xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb:OUT STD_LOGIC。 d: OUT integer range 0 to 8 )。 END yima。 ARCHITECTURE a OF yima IS BEGIN process(a1,a3,a4,a8) begin if reset=39。039。 then if a1=39。139。 and en2=39。139。 then d=1。xuan_rg=39。139。 xuan_yl=39。039。xuan_hb=39。039。xuan_schb=39。039。 elsif