【正文】 邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)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(chǎng)可編程門(mén)陣列， 是實(shí)現(xiàn) EDA的主流器件，他的特 點(diǎn)是直接面向用戶(hù)，具有極大的靈活性和通用性，使用方便，硬件測(cè)試和實(shí)現(xiàn)快捷，開(kāi)發(fā)效率高，成本低，上市時(shí)間短，技術(shù)維護(hù)簡(jiǎn)單，工作可靠性強(qiáng)等 [3] 。 VHDL 描述語(yǔ)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(yǔ)言。除了含有許多具有 硬件特征的語(yǔ)句外 ,VHDL 的語(yǔ)言形式 ,以及描述風(fēng)格與句法 ,類(lèi)似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言 ,如 C語(yǔ)言。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后 ,一旦 9 其內(nèi)部開(kāi)發(fā)完成 ,其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用情況 1） FPGA 的應(yīng)用 FPGA 的應(yīng)用可分為三個(gè)層面：電路設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì) 。事實(shí)上 ， 在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用 FPGA 的難度還是比較大的 ， 這要求開(kāi)發(fā)者要具備相應(yīng)的硬件知識(shí)（電路知識(shí)）和軟件應(yīng)用能力（開(kāi)發(fā)工具） 。 成功的產(chǎn)品將變成市場(chǎng)主流基礎(chǔ)產(chǎn)品 ，供產(chǎn)品 設(shè)計(jì)者 應(yīng)用。 （ 2） 產(chǎn)品設(shè)計(jì) 把相對(duì)成熟的技術(shù)應(yīng)用到某些特定領(lǐng)域如通 訊，視頻，信息處理等等 ， 開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足行業(yè)需要并能被行業(yè)客戶(hù)接受的產(chǎn)品 。 在這個(gè)領(lǐng)域 FPGA 技術(shù)是一個(gè)實(shí)現(xiàn)手段， FPGA 因?yàn)榫邆浣涌冢刂?，功?IP，內(nèi)嵌 CPU 等特點(diǎn) ，有條件實(shí)現(xiàn)一個(gè)構(gòu)造簡(jiǎn)單，固化程度高 ，功能全面的系統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì) ，這 將是 FPGA 技術(shù)應(yīng)用最廣大的市場(chǎng) 。 這對(duì)于快速構(gòu)成 FPGA 大型系統(tǒng)來(lái)講是很有幫助的。 10 現(xiàn)在對(duì) 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(xué)部門(mén)廣泛使用。 11 3 硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本控制系統(tǒng)的硬件外圍設(shè)備分為：外部存儲(chǔ)器，外部電源， 晶振信號(hào)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(diǎn) : 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(fù)可構(gòu)造的 CMOS SRAM 工藝，把連續(xù)的快速通道互連與獨(dú)特的嵌入式陣列結(jié)構(gòu)相組合，同時(shí)也結(jié)合了眾多可編程器件的有點(diǎn)來(lái)完成普通門(mén)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 等接口標(biāo)準(zhǔn)，具體的 IO引腳與對(duì)應(yīng)的引腳序號(hào)如表 31 所示： 12 表 31 I/O 引腳對(duì)應(yīng)的引腳序號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳編號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳編號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳編號(hào) 引腳名稱(chēng) 引腳編號(hào) I/O7 16 I/O17 28 I/O27 49 I/O37 62 I/O8 17 I/O18 29 I/O28 50 I/O38 64 I/O9 18 I/O19 30 I/O29 51 I/O39 65 I/O10 19 I/O20 35 I/O30 52 I/O40 66 I/O11 21 I/O21 36 I/O31 53 I/O41 67 I/O12 22 I/O22 37 I/O32 54 I/O43 71 I/O13 23 I/O23 38 I/O33 58 I/O44 72 I/O14 24 I/O24 39 I/O34 59 I/O15 25 I/O25 47 I/O35 60 I/O16 27 I/O26 48 I/O36 61 FLEX 10K10 主要由 84個(gè)引腳組成，各引腳對(duì)應(yīng)的引腳名如圖 所示： 圖 各引腳對(duì)應(yīng)的引腳名稱(chēng) 時(shí)鐘發(fā)生器 自 動(dòng)售貨機(jī)的控制系統(tǒng)需要一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，我們選用的是 6MHz 的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘發(fā)生器如圖 所示。 I / O 3254n S T A T U S55n T R S T56T M S57I / O 3358I / O 3459I / O 3560I / O 3661I / O 3762V C C I N T63I / O 3864I / O 3965I / O 4066I / O 4167G N D I N T68I N T I _ D O N E69I / O 42 / R D Y n B S Y70I / O 4371I / O 4472I / O 45 / C L K U S R73T D O74nCEO75CONF76TCK77I/O46/nCS78I/O47/CS79I/O48/nWS80I/O49/nRS81GNDINT82DEV_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(shí)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(dòng)售貨機(jī)所需要的電壓為 5V，因此我們需要設(shè)定一個(gè)變壓電路來(lái)完成所需的電壓。電源電路如圖 所示。關(guān)于輸入按鍵的信號(hào)發(fā)生情況將在下文中的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。此裝置能夠順利完成下載驅(qū)動(dòng)以及跳電存儲(chǔ)功能。對(duì)于顯示器的顯示數(shù)字情況，將在下文軟件系統(tǒng)中的顯示模塊進(jìn)行闡述。 15 圖 顯示器 硬件電路圖 本論文的重點(diǎn)在于對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，因此，我們只關(guān)注控制信號(hào)以及信號(hào)發(fā)生后出現(xiàn)的結(jié)果，對(duì)于自動(dòng)售貨機(jī)的電動(dòng)機(jī)不做太多的討論。 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)分為總體思想 與模塊的分類(lèi)。 （ 2）自動(dòng)售貨機(jī)能夠銷(xiāo)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(wú)限。設(shè)機(jī)器內(nèi) 1元和 2 元的找零硬幣無(wú)限。 （ 4）每次投幣的時(shí)間有限制，不得超過(guò) 30 秒，在時(shí)間到時(shí)，總幣值不足顧 16 客購(gòu)買(mǎi)的商品單價(jià)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)按不足錢(qián)數(shù)處理，退還全部硬幣。 （ 5）當(dāng)顧客完成一次購(gòu)買(mǎi)后或按錯(cuò)按鈕后，需要設(shè)置一個(gè)重新開(kāi)始按鈕，使整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)到初始狀態(tài)。 總體思想 自動(dòng)售貨機(jī)包括四個(gè)商品，依據(jù)四種商品分別設(shè)為四個(gè)按鈕， A1,A3,A4,A8。設(shè)置三個(gè)按鈕： a1,a2,a5 來(lái)表示投入的硬幣是 1元、 2元、 5 元。當(dāng)顧客確定某種商品且投入了足額的硬幣，投幣時(shí)限到時(shí)，投幣窗口找零，用七段顯示管顯示找零數(shù)，同時(shí)送出商品，指示燈 out 亮。 （ 1）初始狀態(tài)：當(dāng)售貨機(jī)通電后進(jìn)入初始狀態(tài)，顧客購(gòu)買(mǎi)時(shí)，可根據(jù)選擇xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb 鍵購(gòu)買(mǎi)商品，從而進(jìn)入下一狀態(tài)。 （ 2）投幣狀態(tài)：在這個(gè)狀態(tài)時(shí) xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb 鍵失效。投幣時(shí)間為 30 秒超過(guò) 30 秒，售貨機(jī)拒絕接受錢(qián)幣。若大于或等于商品數(shù)則通過(guò)控制系統(tǒng)找零，用 LED 顯示找零數(shù)，送出商品。 設(shè)計(jì)流程圖 17 圖 流程圖 模塊分類(lèi) 此售貨機(jī)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(jì)時(shí)模塊， LED 燈顯示模塊，找零模塊，出貨模塊，如圖 所示。此模塊有六個(gè)輸入信號(hào)以及兩個(gè)輸出信號(hào)： qian1,qian2,qian5為不同數(shù)額錢(qián)幣輸入信號(hào)； en1 為主控模塊所發(fā)出的信號(hào)，當(dāng) en1 信號(hào)為 1 的時(shí)候，投幣模塊開(kāi)始工作； reset 為恢復(fù)初始信號(hào)，當(dāng) reset 信號(hào)為 1 的時(shí)候投幣模塊不進(jìn)行工作； en 為給計(jì)時(shí)器的輸出信號(hào)，當(dāng) en 為 1 的時(shí)候計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作；bi 為輸出的錢(qián)幣數(shù)目。 投幣模塊的作用相當(dāng)于一個(gè)計(jì)數(shù)的寄存器，在清零的狀態(tài)下可以準(zhǔn)確的計(jì)算投幣數(shù)額，記錄并保存總幣值。 use 。 bi :out integer range 0 to 15。 end toubi。 begin process variable qian:integer range 0 to 15。139。 event。139。bi=0。en=39。 else case state is when 0= if en1=39。 then if a1 =39。 then state=1。qian:=1。139。139。bi=2。en=39。 elsif a5=39。 then state=1。bi=5。139。 end if。139。139。bi=qian。139。139。bi=qian。139。139。bi=qian。139。 end if。 end if。 20 end a。仿真結(jié)果如圖 所示： 圖 reset 輸入為 0 時(shí)的仿真結(jié)果 2 當(dāng) reset 輸入為 1 時(shí)，輸入 5 元， 2元， 1 元， bi 輸出應(yīng)為 0。輸入信號(hào)為 a1,a2， a3， a8。 reset 與 en2 信號(hào)來(lái)自主控模塊，當(dāng) reset 為 1 時(shí)模塊進(jìn) 21 入初始狀態(tài)，進(jìn)行選擇。商品選擇模塊如圖 所示。 USE 。 xuan_rg,xuan_yl,xuan_hb,xuan_schb:OUT STD_LOGIC。 END yima。039。139。139。xuan_rg=39。 xuan_yl=39。xuan_hb=39。xuan_schb=39。 elsif a3=39。then d=3。139。039。039。039。139。139。 xuan_hb=39。xuan_yl=