【正文】 of the ASIC design techniques, AISC chip has a low price, small size, high reliability, and is currently in electronic products has been widely used, VHDL is a digital logic system used to describe the programming language, which acts by direct description of the hardware to the physical implementation of the hardware, the hardware design represents the current direction of development. This article is based on the VHDL design for vending machines to achieve its basic functions, using Altera39。本數字系統(tǒng)的設計可以直接面向用戶需求，根據系統(tǒng)的行為和功能要求，自上至下地逐層完成相應的描述，綜合，優(yōu)化，仿真與驗證，直到生成器件。 VHDL 是一種用來描述數字邏輯系統(tǒng)的“編程語言”，它通過對硬件行為的直接描述來實現(xiàn)對硬件的物理實現(xiàn)，代表了當今硬件設計的發(fā)展方向。 第二， VHDL 不依賴 于器件設計： VHDL 允許設計者生成一個設計，而并不需要首先選擇一個用來實現(xiàn)設計的器件，對于同一個設計描述，可以采用多種不同的器件結構來實現(xiàn)其功能，若需要對設計進行資源利用和性能方面的優(yōu)化，也并不是要求設計者非常熟悉器件的結構才行。 第四， VHDL 性能評估能力：非依賴器件的設計和可移植能力允許設計者采用不同的器件結構和不同的綜合工具來評估設計，在設計者開始設計之前，無需了解將采用何種器件，設計者可以進行一個完整的設計描述，并且對其進行綜合，生成選定的器件結構的邏輯功能，然后評估結果，選用最合適你設計需求的器件，為了衡量綜合的質量，同樣可以用不同的綜合工具所得到的綜合結果來進行分析和評估。 鑒于 VHDL 具有以上諸多優(yōu)點，只要開發(fā)者具備一定的高級語言程序設計基礎，擁有Pascal、 C 等計算機高級語言的基礎，同時又了解一些基本數字電路的設計方法，在此基礎上來學習 VHDL 程序設計應該是比較容易的，可以輕松地掌握 VHDL 使硬件工作軟件化。 設計方案比較與選擇： 本文是在 VHDL 的基礎上對自動售貨機進行設計來實現(xiàn)其基本功能的。第一種方式的缺點既所設計的整體電路規(guī)模較大，所用的器件較多，造成故障率高，導致計價器不夠準確；而基于單片機的設計，雖然其有著開發(fā)及制作成本低，能較大程度的利用資源，但其外圍電路較多，且調試復雜，抗干擾能力差，且對設計者的要求比較高，設計者對軟硬件都必須非常熟悉，由于主要是軟件運作，容易出錯，造 成系統(tǒng)不穩(wěn)定，可能會出現(xiàn)投入錢幣卻不出售貨物的情況，導致計價器不夠準確；而本文采用 VHDL 硬件描述語言將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小的同時還提高了穩(wěn)定性，并且可應用 EDA 軟件仿真，調試，易于進行功能擴展，外圍電路較少，采用硬件邏輯電路實現(xiàn)，其最大的優(yōu)點是穩(wěn)定性好，抗干擾能力強，非常適合作為自動售貨機系統(tǒng)的控制核心，所以選擇用 VHDL 來對自動售貨機進行設計來實現(xiàn)其 控制功能 。 2． 自動售貨機給出 30 秒的選擇時間，時間倒計時到 系統(tǒng)進入停止狀態(tài)，放棄購買操作。每按一次按鍵轉換一次，可多次進行循環(huán)選擇。 4. 通過啟動 /取消復合按鍵，來啟動購買和取消購買，每按一次狀態(tài)轉換一次。 4 第二章 自動售貨機控制電路 總體設計 根據上述對自動 售貨機控制電路的性能要求，可以畫出自動售貨機總體 結構框圖 和 系統(tǒng)操作流程圖 ，見下圖 。 主控制器模塊（ main_control）：它是自動售貨機的主控制電路，控制商品種類選擇，商品數量選擇，啟動 /取消操作，和確認購買操作，以及對其它模塊的工作控制。 商品金額計算模塊 (money_count)：根據對商品的種類和數量的選擇，計算出商品的總金額，它是在倒計時未到，系統(tǒng)啟動并且確認購買的條件下工作的。 找零出貨模塊（ change_deliver） ：在對商品的實際金額和顧客投入的金額比較，判斷投入金額是否大于商品實際金額后，若大于則出貨并找零；若小于則 推出顧客 投入的金額。 ： 系統(tǒng)操作流程圖 6 第 三 章 自動售貨機控制電路 各模塊信號分析 主分頻器用來產生 1 秒的時鐘供主控制器使用，本設計使用民用的石英晶體，其振蕩頻率為 。 主控制器的輸入信號和輸出信號如上述的結 構框圖，分別敘述如下： （ 1） 輸入信號： reset：上電復位輸入； sysclk：系統(tǒng)時鐘輸入； start_cancel：啟動與取消按鍵輸入； quantity_sel：商品數量選擇按鍵輸入； type_sel：商品種類選擇按鍵輸入； timer_down： 選擇定時到信號輸入。 （ 1） 輸入信號： clk：秒脈沖輸入信號； sysclk： 系統(tǒng)時鐘輸入信號； start_in：啟動與取消定時輸入信號； ok_buy：確認購買商品按鍵輸入信號。 商品金額計算模塊是根據主控制器輸出的商品種類和商品數量信號，來計算選購商品的總金額，其輸入和輸出信號分別如下： （ 1） 輸入信號： ok_buy：確定購買商品按鍵輸入信號； reset：復位信號； sysclk：系統(tǒng)時鐘輸入信號； start_in：啟動與取消操作信號； timer_down：選擇倒計時到輸入信號； type1_in：商品種類 1 的輸入信號； type2_in：商品種類 2 的輸入信號； type3_in：商品種類 1 的輸入信號； quan1_in：商品 數量 1 的輸入信號； quan2_in：商品數量 2 的輸入信號； quan3_in：商品數量 3 的輸入信號。 給錢處理模塊主要是根據顧客在確認購買商品后，計算并輸出顧客投入的總金額，其輸入和輸出信號分別如下： （ 1） 輸入信號： reset：復位信號； sysclk：系統(tǒng)時鐘輸入信號； 8 start_in：啟動與取消操作信號； timer_down：選擇倒計時到輸入信號； ok_buy：確定購買商品按鍵輸入信號； give_1yuan： 1 元紙幣輸入信號； give_5yuan： 5 元紙幣輸入信號； give_10yuan： 10 元紙幣輸入信號； （ 2） 輸出信號： money_2：顧客投入的紙幣金額輸出信號。 （ 2） 輸出信號： deliver：出貨信號； change：找零金額輸出信號。 本次設計的自動售貨機能銷售 3 種不同單價的商品， 且能對商品的數量進行 1,2,3 的選擇，這樣主控制器共有 9 種狀態(tài)，如果用這 9 種狀態(tài)的算法狀態(tài)機圖來描述，則其狀態(tài)轉換將會變得復雜而難以處理，當考慮到商品種類和商品數量的選擇是相對獨立的，沒有很強的關聯(lián)性，因此，可以用 3 個算法狀態(tài)機圖來描述。通過類似的操作和判斷，該狀態(tài)機可在商品 1，商品 2，商品 3 三種狀態(tài)下循環(huán)選擇和工作，并送出相應的狀態(tài)信號，具體的VHDL 代碼框圖如下圖中的圖（一）。 10 11 12 /取消控制算法狀態(tài)機圖描述 本設計的自動售貨系統(tǒng)用了一個多功能啟動 /取消按鍵，來啟動系統(tǒng)和在購買過程中隨時取消的操作，如此系統(tǒng)有 2 種工作狀態(tài)：取消狀態(tài)（停止狀態(tài)）和啟動狀態(tài)，系統(tǒng)復位是進入停止狀態(tài)，當 start_cancel 按鍵按下時，狀態(tài)轉移至啟動狀態(tài)，并輸出啟動控制信號 start_out。 啟動 /取消多功能按鍵流程圖 2. 選擇定時模塊 選擇定時模塊有 23 種狀態(tài)：停止狀態(tài)（ IDLE），和計時狀態(tài)（ INCCOUNT）， VHDL 代碼框圖如 倒計時 程序框 圖。 在計數狀態(tài)（ INCCOUNT）下，先要判斷啟動信號是否仍為 1，因為啟動 /取消按鍵是一個多功能按鈕，按一次狀態(tài)轉換一次，如果復位后 按一下啟動 /取消按鍵，使 start_in=1，則定時器開始計數。 系統(tǒng)中確認按鍵也能影響定時器的計數，所以也要判斷它的狀態(tài)，當確認后，定時器計數值清零， 定時器也回到等待再次啟動狀態(tài)。 倒計時程序框圖 14 通過以上對 VHDL 代碼框圖的分析，更加容易的完成了 VHDL 代碼的編寫，后面的的幾個模塊由于程序比較簡單，只要看看 VHDL 代碼就能看出它的程序框圖的流程，所以這里就沒有在畫其他模塊的 VHDL 代碼框圖，具體分析見 VHDL 代碼。 ： Type_sel 為商品種類選擇按鍵，復位時系統(tǒng)默認 type1 及 type1_out 為高電平， type_sel 每按一次種類的選擇轉換一次； quantity_sel 為商品數量選擇，它的分析與 type_sel 一致 ； start_out為啟動 /取消同步輸出信號，當啟動時 start_out 輸出高電平，當取消時 start_out 輸出低電平；timer_down 為倒計時時間，時間到系統(tǒng)復位，等待再次啟動。 ： 系統(tǒng)在啟動狀態(tài)，倒計時未到且確認購買時，根據顧客對商品的選擇，計算出商品的金額，這里 type1 的單價為 1 元， type2 的單價為 2 元， type3 的單價為 3 元； quan1 指選擇一個商品， quan2 指選擇 2 個商品， quan3 指選擇 3 個商品。 ： 16 系統(tǒng)在啟動狀態(tài)，倒計時未到且確認購買時，系統(tǒng)根據輸入的投幣信號，輸出顧客投入的金額。 ： 系統(tǒng)在啟動狀態(tài)，倒計時未到且確認購買時，系統(tǒng)將商品的實際金額和顧 客投入的金額進行比較，當顧客投入的金額大于商品實際金額時，系統(tǒng)找出相應的錢數并出貨；當小于時，系統(tǒng)退出顧客已投入的錢數。 17 第 六 章 自動售貨機控制電路的 具體 VHDL 描述 LIBRARY IEEE。 USE 。 clk :OUT STD_LOGIC)。 ARCHITECTURE rtl OF sysclk_div IS SIGNAL div1:STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 SIGNAL div3:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 SIGNAL clk1,clk2,clk3:std_logic。EVENT AND sysclk=39。)THEN div1=div1+1。 END PROCESS。 div10:PROCESS(clk1)IS BEGIN IF(clk139。139。 ELSE div2=div2+1。 END IF。 clk2=div2(3)。EVENT AND clk2=39。)THEN IF(div3=1001)THEN div3=0000。 END IF。 END PROCESS。 div_3:PROCESS(clk3)IS BEGIN IF(clk339。139。 ELSE div4=div4+1。 END IF。 clk=div4(1)。 LIBRARY IEEE。 USE 。 ENTITY main_control IS PORT(reset,sysclk,start_cancel,type_sel,quantity_sel,timer_down:IN STD_LOGIC。 quan1_out,quan2_out,quan3_out:OUT STD_LOGIC)。 ARCHITECTURE rtl OF main_control IS TYPE state1TYPE IS(s_type1,s_type2,s_type3)。 TYPE state3TYPE IS(s_start,s_cancel)。 SIGNAL state2,nextstate2:state2TYPE。 SIGNAL start_cancel_rising,start_cancel_dlayed,setstart,clrstart:STD_LOGIC。 SIGNAL timer_down_rising,timer_down_dlayed:STD_LOGIC。 BEGIN typesel_rising=type_sel AND (NOT type_sel_dlayed)。 start_cancel_rising=start_cancel AND (NOT start_cancel_dlayed)。 type_ctr:PROCESS(typesel_rising,state1,timer_down)IS BEGIN set_type1=39。set_type2=39。set_type3=39。 CASE state1 IS WHEN s_type1=set_type1=39。 IF(timer_down=3