【正文】 計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。 可編程邏輯器件FPGA（Field－Programmable Gate Array），即現(xiàn)場可編程門陣列，是實現(xiàn)EDA的主流器件，他的特點是直接面向用戶，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測試和實現(xiàn)快捷，開發(fā)效率高，成本低，上市時間短，技術(shù)維護簡單，工作可靠性強等。 VHDL描述語言VHDL ( very high speed integrated circuit hard2ware descrip tion language)是指超高速集成電路硬件描述語言。除了含有許多具有硬件特征的語句外,VHDL的語言形式,以及描述風格與句法,類似于一般的計算機高級語言,如C語言。在對一個設(shè)計實體定義了外部界面后,一旦其內(nèi)部開發(fā)完成,其他的設(shè)計就可以直接調(diào)用這個實體。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應用情況1）FPGA的應用FPGA的應用可分為三個層面：電路設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計，系統(tǒng)設(shè)計。事實上，在電路設(shè)計中應用FPGA的難度還是比較大的，這要求開發(fā)者要具備相應的硬件知識（電路知識）和軟件應用能力（開發(fā)工具）。成功的產(chǎn)品將變成市場主流基礎(chǔ)產(chǎn)品，供產(chǎn)品設(shè)計者應用。 （2）產(chǎn)品設(shè)計把相對成熟的技術(shù)應用到某些特定領(lǐng)域如通訊，視頻，信息處理等等，開發(fā)出滿足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶接受的產(chǎn)品。在這個領(lǐng)域FPGA技術(shù)是一個實現(xiàn)手段，F(xiàn)PGA因為具備接口，控制，功能IP，內(nèi)嵌CPU等特點，有條件實現(xiàn)一個構(gòu)造簡單，固化程度高，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計，這將是FPGA技術(shù)應用最廣大的市場。這對于快速構(gòu)成FPGA大型系統(tǒng)來講是很有幫助的?，F(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學部門廣泛使用。3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計本控制系統(tǒng)的硬件外圍設(shè)備分為：外部存儲器，外部電源，晶振信號發(fā)生器，以及FPGA芯片，LED外部顯示燈，出貨裝置。FLEX10K組成及特點: FLEX10K主要由嵌入式陣列塊、邏輯陣列塊、快速通道（FastTrack）和I/O單元四部分組成。FLEX10K系列采用重復可構(gòu)造的CMOS SRAM工藝，把連續(xù)的快速通道互連與獨特的嵌入式陣列結(jié)構(gòu)相組合，同時也結(jié)合了眾多可編程器件的有點來完成普通門陣列的宏功能。該芯片具有的多電壓功能可以全面支持以不同電壓工作的產(chǎn)品。其I/O引腳能夠兼容5V ，具體的IO引腳與對應的引腳序號如表31所示：表31 I/O引腳對應的引腳序號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號引腳名稱引腳編號I/O716I/O1728I/O2749I/O3762I/O817I/O1829I/O2850I/O3864I/O918I/O1930I/O2951I/O3965I/O1019I/O2035I/O3052I/O4066I/O1121I/O2136I/O3153I/O4167I/O1222I/O2237I/O3254I/O4371I/O1323I/O2338I/O3358I/O4472I/O1424I/O2439I/O3459I/O1525I/O2547I/O3560I/O1627I/O2648I/O3661FLEX 10K10主要由84個引腳組成，： 各引腳對應的引腳名稱 時鐘發(fā)生器自動售貨機的控制系統(tǒng)需要一個時鐘信號，我們選用的是6MHz的時鐘信號。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(shè)定一個變壓電路來完成所需的電壓。 電源電路 鍵盤的設(shè)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。圖 選擇鍵的設(shè)計 下載驅(qū)動器以及外擴存儲器電路設(shè)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(qū)動，因此需要外接一個驅(qū)動下載以及外接存儲器。圖 下載驅(qū)動與外接存儲器 顯示器設(shè)計自動售貨機需要一個顯示燈，當購物結(jié)束后顯示器顯示找零錢數(shù)額。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(shè)計，因此，我們只關(guān)注控制信號以及信號發(fā)生后出現(xiàn)的結(jié)果，對于自動售貨機的電動機不做太多的討論。4 軟件系統(tǒng)設(shè)計軟件系統(tǒng)分為總體思想與模塊的分類。 （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(shù)量無限。設(shè)機器內(nèi)1元和2元的找零硬幣無限。（4）每次投幣的時間有限制，不得超過30秒，在時間到時，總幣值不足顧客購買的商品單價時，自動售貨機按不足錢數(shù)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(shè)置一個重新開始按鈕，使整個系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)。 總體思想自動售貨機包括四個商品，依據(jù)四種商品分別設(shè)為四個按鈕，A1,A3,A4,A8。設(shè)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(shù)，同時送出商品，指示燈out亮。（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(jù)選擇xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb鍵購買商品，從而進入下一狀態(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。投幣時間為30秒超過30秒，售貨機拒絕接受錢幣。若大于或等于商品數(shù)則通過控制系統(tǒng)找零，用LED顯示找零數(shù)，送出商品。 設(shè)計流程圖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(jié)束4元貨開始圖 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。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(shù)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(shù)目。圖 . 投幣模塊投幣模塊主要程序如下：library ieee。entity toubi is port (a1,a2,a5,en1,clk,reset:in std_logic。 en: out std_logic)。architecture a of toubi issignal state:integer range 0 to 1。beginwait until clk=39。and clk39。if reset=39。 then state=0。qian:=0。039。139。139。bi=1。en=39。elsif a2=39。 then state=1。 qian:=2。139。139。qian:=5。en=39。end if。when 1=if en1=39。 then if a1=39。 then qian:=qian+1。en=39。elsif a2=39。 then qian:=qian+2。en=39。elsif a5=39。 then qian:=qian+5。en=39。end if。end case。end process。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(jié)果為7。：圖 reset輸入為1時的仿真結(jié)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。而xuan_rg,xuan_hb,xuan_yl,xuan_schb為四個輸出信號，與出貨模塊連接。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。圖 商品選擇模塊商選擇模塊主要程序如下：LIBRARY ieee。ENTITY yima ISPORT ( a1,a3,a4,a8,en2,reset : IN STD_LOGIC。 d: OUT integer range 0 to 8 )。ARCHITECTURE a OF yima ISBEGINprocess(a1,a3,a4,a8) beginif reset=39。 thenif a1=39。 and en2=39。 then d=1。139。039。039。039。139。xuan_yl=39。xuan_rg=39。xuan_hb=39。xuan_schb=39。elsif a4=39。 and en2=39。 then d=4。139。039。039。139。139。xuan_schb=39。xuan_yl=39。xuan_rg=39。xuan_hb=39。else d=0。039。039。039。039。else d=0。039。039。039。039。end process。通過程序所得仿真結(jié)果如下：1． 當reset輸入為1，en2輸入為0，a8輸入為1時，d輸出應當為0，： 圖 reset輸入為1，en2輸入為0，a8輸入為1時的仿真結(jié)果2 當reset輸入為0，en2輸入為0，a8輸入為1時，d輸出為0，： reset輸入為0，en2輸入為0，a8輸入為1時的仿真結(jié)果3 當