VHDL编程的一些心得体会（共五则）

VHDL编程的一些心得体会（共五则）
第一篇：VHDL 编程的一些心得体会
VHDL 是由美国国防部为描述电子电路所开发的一种语言，其全称为(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language。

与另外一门硬件描述语言 Verilog HDL 相比，VHDL 更善于描述高层的一些设计，包括系统级（算法、数据通路、控制）和行为级（寄存器传输级），而且VHDL 具有设计重用、大型设计能力、可读性强、易于编译等优点逐渐受到硬件设计者的青睐。

但是，VHDL 是一门语法相当严格的语言，易学性差，特别是对于刚开始接触VHDL 的设计者而言，经常会因某些小细节处理不当导致综合无法通过。

为此本文就其中一些比较典型的问题展开探讨，希望对初学者有所帮助，提高学习进度。

一．关于端口
VHDL 共定义了5 种类型的端口，分别是In, Out,Inout, Buffer 及 Linkage，实际设计时只会用到前四种。

In 和 Out 端口的使用相对简单。

这里，我们主要讲述关于 buffer和inout 使用时的注意事项。

与 Out 端口比，Buffer 端口具有回读功能，也即内部反馈，但在设计时最好不要使用 buffer，因为 buffer类型的端口不能连接到其他类型的端口上，无法把包含该类型端口的设计作为子模块元件例化，不利于大型设计和程序的可读性。

若设计时需要实现某个输出的回读功能，可以通过增加中间信号作为缓冲，由该信号完成回读功能。

双向端口Inout 是四种端口类型中最为特殊的一种，最难以学习和掌握，为此专门提供一个简单程序进行阐述,部分程序如下：...…
① DataB<=Din when CE=’1’ and Rd=’0’ else
②(others=>’Z’);
③ Dout<=DataB when CE=’1’ and Rd=’1’ else
④(others=>’1’);… …
程序中 DataB 为双向端口，编程时应注意的是，当 DataB 作为输出且空闲时，必须将其设为高阻态挂起，即有类似第②行的语句，否
则实现后会造成端口死锁。

而当 DataB 作为有效输入时，DataB 输出必须处于高阻态，对于该例子中即，当CE=’1’ and Rd=’1’时，二．信号和变量
常数、信号和变量是VHDL 中最主要的对象，分别代表一定的物理意义。

常数对应于数字电路中的电源或地；信号对应某条硬件连线；变量通常指临时数据的局部存储。

信号和变量功能相近，用法上却有很大不同。

表 1 信号与变量主要区别
信号变量
赋值延迟至少有△延时无，立即变化
相关信息有，可以形成波形无，只有当前值进程敏感是否全局性具有全局性，可存在于多个进程中只能在某个进程或子程序中有效相互赋值关系信号不能给变量赋值变量可以给信号赋值
对于变量赋值操作无延迟，初学者认为这个特性对VHDL 设计非常有利，但这只是理论上的。

基于以下几点原因，我们建议，编程时还是应以信号为主，尽量减少变量的使用。

（1）变量赋值无延时是针对进程运行而言的，只是一个理想值，对于变量的操作往往被综合成为组合逻辑的形式，而硬件上的组合逻辑必然存在输入到输出延时。

当进程内关于变量的操作越多，其组合逻辑就会变得越大越复杂。

假设在一个进程内，有关于变量的 3 个级连操作，其输出延时分别为5ns,6ns,7ns,则其最快的时钟只能达到18ns。

相反，采用信号编程，在时钟控制下，往往综合成触发器的形式，特别是对于FPGA 芯片而言，具有丰富的触发器结构，易形成流水作业，其时钟频率只受控于延时最大的那一级，而不会与变量一样层层累积。

假设某个设计为3 级流水作业，其每一级延时分别为10ns,11ns,12ns,则其最快时钟可达12ns。

因此，采用信号反而更能提高设计的速度。

（2）由于变量不具备信息的相关性，只有当前值，因此也无法在仿真时观察其波形和状态改变情况，无法对设计的运行情况有效验证，而测试验证工作量往往会占到整个设计 70％～80％的工作量，采用信
号则不会存在这类问题。

（3）变量有效范围只能局限在单个进程或子程序中，要想将其值带出与其余进程、子模块之间相互作用，必须借助信号，这在一定程度上会造成代码不够简洁，可读性下降等缺点。

当然，变量也具有其特殊的优点，特别是用来描述一些复杂的算法，如图像处理，多维数组变换等。

三．位（矢量）与逻辑（矢量）
bit 或其矢量形式 bit_vector只有’0’和’1’两种状态，数字电路中也只有’0’和’1’两种逻辑，因此会给初学者一个误区，认为采用位（矢量）则足够设计之用，而不必像std_logic那样出现’X’,’U’,’W’各种状态，增加编程难度。

但实际情况却并非如此，以一个最简单 D型触发器设计为例… …
① process(clk)② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then ④ Q<=D;⑤ end if;
⑥ end process;… …
实际中clk 对数据端D的输入有一定的时间限制，即在 clk 上升沿附近（建立时间和保持时间之内），D必须保持稳定，否则Q输出会出现亚稳态，如下图所示。

当 clk 和 D时序关系不满足时，由于 bit 只有’0’或’1’，系统只能随机的从’0’和’1’中给 Q 输出，这样的结果显然是不可信的；而采用std_logic 类型，则时序仿真时会输出为一个’X’，提醒用户建立保持时间存在问题，应重新安排 D和 clk 之间时序关系。

此外，对于双向总线设计（前面已提及）、FPGA/CPLD上电配置等问题，如果没有’Z’,’X’等状态，根本无法进行设计和有效验证。

四．关于进程
进程（Process）是VHDL 中最为重要的部分，大部分设计都会用到Process 结构，因此掌握Process 的使用显得尤为重要。

以下是初学和使用 Process 经常会出错的例子。

1.多余时钟的引入
在设计时往往会遇到这种情况，需要对外部某个输入信号进行判
断，当其出现上跳或下跳沿时，执行相应的操作，而该信号不像正常时钟那样具有固定占空比和周期，而是很随机，需要程序设计判断其上跳沿出现与否。

这时，很容易写出如下程序：
① process(Ctl_a)--Ctl_a即为该输入信号② begin
③ if Ctl_a’event and Ctl_a=’1’ then ④ … …;--执行相应操作⑤ end if;⑥ end process;
由于出现第③行这类语句，综合工具自动默认 Ctl_a 为时钟，某些FPGA 更会强行将该输入约束到时钟引脚上。

而设计者的初衷只是想将其作为下位机的状态输入以进行判断。

上面的程序容易造成多时钟现象，增加设计的难度。

解决的办法可以如下，将 Ctl_a 增加一级状态Ctl_areg 寄存，通过对 Ctl_a 和Ctl_areg 状态判断上跳与否，改正程序如下：① process(clk)② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then ④ Ctl_areg<=Ctl_a;--产生相邻状态
⑤ if Ctl_areg=’0’ and Ctl_a=’1’ then--上跳判断⑥ … …;--执行相应操作⑦ end if;⑧ end if;
⑨ end process;
程序中第④行用以产生两个相邻状态，第⑤行对前后状态进行判断是否有上跳现象发生。

其中，需注意的是 clk 的时钟频率应明显快于Ctl_a信号的变化频率，以保证正确采样。

2.输出多驱动
误用Process经常会引起输出多驱动源的发生，即在两个以上的进程内对同一信号赋值操作。

以下程序就出现了这类情况：⑴ Proc_a: process(clk)⑵ begin
⑶ if clk’event and clk=’1’ then ⑷ Dout<=Din_A;⑸ end if
⑹ end process;;⑺
⑻ Proc_b:process(sel_en)⑼ begin
⑽ if sel_en=’1’ then ⑾ Dout<=Din_B;⑿ end if;
⒀ end process;
进程 Proc_a 和 Proc_b 中都出现了对 Dout 的赋值语句，设计者原本的想法是，只要合理控制好 clk 和 sel_en 输入，使其不发生冲突，即 clk上升沿时 sel_en 不为’1’；sel_en 为’1’时，不出现 clk 的上升沿，这样Proc_a，Proc_b 两个进程就不会发生冲突。

但综合时，综合工具会将所有可能情况全部罗列进去，包括第⑶行和第⑽行同时成立的情况，此时对于Dout就有Din_A和Din_B 两个输入驱动，Dout 不知接收哪一个，因此该程序无法综合，改正的方法是只要将两个进程合并成一个即可。

由于进程在 VHDL 中的重要性，对此专门做了一个总结如下：（1）一个进程中不允许出现两个时钟沿触发，（Xilinx 公司CoolRunner 系列 CPLD 支持单个时双钟的双触发沿除外）（2）对同一信号赋值的语句应出现在单个进程内，不要在时钟沿之后加上else 语句，如if clk’event and clk=’1’ then-else … 的结构，现有综合工具支持不了这种特殊的触发器结构
（3）当出现多层IF语句嵌套时，最好采用CASE 语句替代，一是减少多层嵌套带来的延时，二来可以增强程序的可读性
（4）顺序语句如 IF语句、CASE 语句、LOOP 语句、变量赋值语句等必须出现在进程、函数或子程序内部，而不能单独出现在进程之外
（5）进程内部是顺序执行的，进程之间是并行运行的；VHDL 中的所有并行语句都可以理解为特殊的进程，只是不以Process结构出现，其输入信号和判断信号就是隐含的敏感表
五．关于 VHDL 学习中的几点说明
与软件语言相比，VHDL 最重要的特点就在于它的并行运行特性，当设计好的电路上电后，器件内部所有信号将同时并发工作，而不会以软件方式按照程序顺序执行，即使在进程内部也是趋向并行工作的。

例如以下程序：① process(clk)② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then ④ <=;⑤ <=;
⑥ end if;;
⑦ end process;
综合的结果两个独立的D 型触发器，虽然进程内部应按顺序执行，但是硬件实现后，只要采样到时钟上升沿，和状态会同时翻转，而不会先执行的变化，然后才会去执行的转变。

因此，VHDL 学习过程中，应加强硬件概念的理解，没有硬件概念或是硬件概念不强，在设计时，往往会将VHDL 设计以软件编程的方式来处理，而得出一些不可思议的结果。

作为一门硬件描述语言，VHDL 几乎可以用来描述现有的大型系统数字电路、算法以及其它设计。

但是，限于目前综合工具的水平，VHDL 中的许多语法还不能支持，例如：
dout<=din after 5 ns;综合时就无法达到如此精度，因此这条语句主要用来编写测试激励，而很少出现在设计实体中。

类似的情况还有很多，目前VHDL 设计使用的也只是整个标准中的一部分，这也正是VHDL 的“可综合子集”性质，它一定程度上限制了 VHDL 的广泛应用，但是随着综合技术的发展，这种情况会逐渐得以改善，VHDL 也将在各个领域中发挥出愈来愈重要的作用
第二篇：VHDL 编程的一些心得体会
VHDL 编程的一些心得体会(转)
VHDL 是由美国国防部为描述电子电路所开发的一种语言，其全称为(Very High Speed Integrated Circuit)Hardware Description Language。

与另外一门硬件描述语言 Verilog HDL 相比，VHDL 更善于描述高层的一些设计，包括系统级（算法、数据通路、控制）和行为级（寄存器传输级），而且VHDL 具有设计重用、大型设计能力、可读性强、易于编译等优点逐渐受到硬件设计者的青睐。

但是，VHDL 是一门语法相当严格的语言，易学性差，特别是对于刚开始接触VHDL 的设计者而言，经常会因某些小细节处理不当导致综合无法通过。

为此本文就其中一些比较典型的问题展开探讨，希望对初学者有所帮助，提高学习进度。

一．关于端口
VHDL 共定义了5 种类型的端口，分别是In, Out,Inout, Buffer 及 Linkage，实际设计时只会用到前四种。

In 和 Out 端口的使用相对
简单。

这里，我们主要讲述关于 buffer和inout 使用时的注意事项。

与 Out 端口比，Buffer 端口具有回读功能，也即内部反馈，但在设计时最好不要使用 buffer，因为 buffer类型的端口不能连接到其他类型的端口上，无法把包含该类型端口的设计作为子模块元件例化，不利于大型设计和程序的可读性。

若设计时需要实现某个输出的回读功能，可以通过增加中间信号作为缓冲，由该信号完成回读功能。

双向端口Inout 是四种端口类型中最为特殊的一种，最难以学习和掌握，为此专门提供一个简单程序进行阐述,部分程序如下：...…
①DataB<=Din when CE=’1’ and Rd=’0’ else
②(others=>’Z’);
③ Dout<=DataB when CE=’1’ and Rd=’1’ else
④(others=>’1’);
… …
程序中 DataB 为双向端口，编程时应注意的是，当 DataB 作为输出且空闲时，必须将其设为高阻态挂起，即有类似第②行的语句，否则实现后会造成端口死锁。

而当 DataB 作为有效输入时，DataB 输出必须处于高阻态，对于该例子中即，当CE=’1’ and Rd=’1’时，二．信号和变量
常数、信号和变量是VHDL 中最主要的对象，分别代表一定的物理意义。

常数对应于数字电路中的电源或地；信号对应某条硬件连线；变量通常指临时数据的局部存储。

信号和变量功能相近，用法上却有很大不同。

表 1信号与变量主要区别
信
号变量
赋值延迟至少有△延时无，立即变化
相关信息有，可以形成波形无，只有当前值进程敏
感是否全局性具有全局性，可存在于多个进程中只能在某个进程或子程序中有效相互赋值关系信号不能给变量赋值变量可以给信号赋
值
对于变量赋值操作无延迟，初学者认为这个特性对VHDL 设计非常有利，但这只是理论上的。

基于以下几点原因，我们建议，编程时还是应以信号为主，尽量减少变量的使用。

（1）变量赋值无延时是针对进程运行而言的，只是一个理想值，对于变量的操作往往被综合成为组合逻辑的形式，而硬件上的组合逻辑必然存在输入到输出延时。

当进程内关于变量的操作越多，其组合逻辑就会变得越大越复杂。

假设在一个进程内，有关于变量的3 个级连操作，其输出延时分别为5ns,6ns,7ns,则其最快的时钟只能达到18ns。

相反，采用信号编程，在时钟控制下，往往综合成触发器的形式，特别是对于FPGA 芯片而言，具有丰富的触发器结构，易形成流水作业，其时钟频率只受控于延时最大的那一级，而不会与变量一样层层累积。

假设某个设计为3 级流水作业，其每一级延时分别为10ns,11ns,12ns,则其最快时钟可达12ns。

因此，采用信号反而更能提高设计的速度。

（2）由于变量不具备信息的相关性，只有当前值，因此也无法在仿真时观察其波形和状态改变情况，无法对设计的运行情况有效验证，而测试验证工作量往往会占到整个设计 70％～80％的工作量，采用信号则不会存在这类问题。

（3）变量有效范围只能局限在单个进程或子程序中，要想将其值带出与其余进程、子模块之间相互作用，必须借助信号，这在一定程度上会造成代码不够简洁，可读性下降等缺点。

当然，变量也具有其特殊的优点，特别是用来描述一些复杂的算法，如图像处理，多维数组变换等。

三．位（矢量）与逻辑（矢量）
bit 或其矢量形式 bit_vector只有’0’和’1’两种状态，数字电路中也只有’0’和’1’两种逻辑，因此会给初学者一个误区，认为采用位（矢量）则足够设计之用，而不必像std_logic那样出现’X’,’U’,’W’各种状态，增加编程难度。

但实际情况却并非如此，以一个最简单 D型触发器设计为例
… …
① process(clk)
② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then
④ Q<=D;
⑤ end if;
⑥ end process;
… …
实际中clk 对数据端D的输入有一定的时间限制，即在 clk 上升沿附近（建立时间和保持时间之内），D必须保持稳定，否则Q输出会出现亚稳态，如下图所示。

当 clk 和 D时序关系不满足时，由于 bit 只有’0’或’1’，系统只能随机的从’0’和’1’中给 Q 输出，这样的结果显然是不可信的；而采用std_logic 类型，则时序仿真时会输出为一个’X’，提醒用户建立保持时间存在问题，应重新安排 D和 clk 之间时序关系。

此外，对于双向总线设计（前面已提及）、FPGA/CPLD上电配置等问题，如果没有’Z’,’X’等状态，根本无法进行设计和有效验证。

四．关于进程
进程（Process）是VHDL 中最为重要的部分，大部分设计都会用到Process 结构，因此掌握Process 的使用显得尤为重要。

以下是初学和使用 Process 经常会出错的例子。

1.多余时钟的引入
在设计时往往会遇到这种情况，需要对外部某个输入信号进行判断，当其出现上跳或下跳沿时，执行相应的操作，而该信号不像正常时钟那样具有固定占空比和周期，而是很随机，需要程序设计判断其上跳沿出现与否。

这时，很容易写出如下程序：
①process(Ctl_a)--Ctl_a即为该输入信号
② begin
③ if Ctl_a’event and Ctl_a=’1’ then
④……;--执行相应操作
⑤ end if;
⑥ end process;
由于出现第③行这类语句，综合工具自动默认 Ctl_a 为时钟，某些FPGA 更会强行将该输入约束到时钟引脚上。

而设计者的初衷只是想将其作为下位机的状态输入以进行判断。

上面的程序容易造成多时钟现象，增加设计的难度。

解决的办法可以如下，将 Ctl_a 增加一级状态Ctl_areg 寄存，通过对 Ctl_a 和Ctl_areg 状态判断上跳与否，改正程序如下：① process(clk)
② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then
④ Ctl_areg<=Ctl_a;--产生相邻状态
⑤ if Ctl_areg=’0’ and Ctl_a=’1’ then--上跳判断
⑥……;--执行相应操作
⑦ end if;
⑧ end if;
⑨ end process;
程序中第④行用以产生两个相邻状态，第⑤行对前后状态进行判断是否有上跳现
象发生。

其中，需注意的是 clk 的时钟频率应明显快于 Ctl_a信号的变化频率，以保证正确采样。

2.输出多驱动
误用Process经常会引起输出多驱动源的发生，即在两个以上的进程内对同一信号赋值操作。

以下程序就出现了这类情况：
⑴ Proc_a: process(clk)
⑵ begin
⑶ if clk’event and clk=’1’ then
⑷ Dout<=Din_A;
⑸ end if
⑹ end process;;
⑺
⑻ Proc_b:process(sel_en)
⑼ begin
⑽ if sel_en=’1’ then
⑾ Dout<=Din_B;
⑿ end if;
⒀ end process;
进程 Proc_a 和 Proc_b 中都出现了对 Dout 的赋值语句，设计者原本的想法是，只要合理控制好 clk 和 sel_en 输入，使其不发生冲突，即 clk上升沿时 sel_en 不为’1’；sel_en 为’1’时，不出现 clk 的上升沿，这样Proc_a，Proc_b 两个进程就不会发生冲突。

但综合时，综合工具会将所有可能情况全部罗列进去，包括第⑶行和第⑽行同时成立的情况，此时对于Dout就有Din_A和Din_B 两个输入驱动，Dout 不知接收哪一个，因此该程序无法综合，改正的方法是只要将两个进程合并成一个即可。

由于进程在 VHDL 中的重要性，对此专门做了一个总结如下：
（1）一个进程中不允许出现两个时钟沿触发，（Xilinx 公司CoolRunner 系列 CPLD 支持单个时双钟的双触发沿除外）（2）对同一信号赋值的语句应出现在单个进程内，不要在时钟沿之后加上 else 语句，如if clk’event and clk=’1’ then-else…的结构，现有综合工具支持不了这种特殊的触发器结构
（3）当出现多层IF语句嵌套时，最好采用CASE 语句替代，一是减少多层嵌套带来的延时，二来可以增强程序的可读性
（4）顺序语句如 IF语句、CASE 语句、LOOP 语句、变量赋值语句等必须出现在进程、函数或子程序内部，而不能单独出现在进程之外
（5）进程内部是顺序执行的，进程之间是并行运行的；VHDL 中的所有并行语句都可以理解为特殊的进程，只是不以Process结构出现，其输入信号和判断信号就是隐含的敏感表
五．关于 VHDL 学习中的几点说明
与软件语言相比，VHDL 最重要的特点就在于它的并行运行特性，当设计好的电路上电后，器件内部所有信号将同时并发工作，而不会以软件方式按照
程序顺序执行，即使在进程内部也是趋向并行工作的。

例如以下程序：① process(clk)
② begin
③ if clk’event and clk=’1’ then
④ <=;
⑤ <=;
⑥ end if;;
⑦ end process;
综合的结果两个独立的D 型触发器，虽然进程内部应按顺序执行，但是硬件实现后，只要采样到时钟上升沿，和状态会同时翻转，而不会先执行的变化，然后才会去执行的转变。

因此，VHDL 学习过程中，应加强硬件概念的理解，没有硬件概念或是硬件概念不强，在设计时，往往会将VHDL 设计以软件编程的方式来处理，而得出一些不可思议的结果。

作为一门硬件描述语言，VHDL 几乎可以用来描述现有的大型系统数字电路、算法以及其它设计。

但是，限于目前综合工具的水平，VHDL 中的许多语法还不能支持，例如：
dout<=din after 5 ns;
综合时就无法达到如此精度，因此这条语句主要用来编写测试激励，而很少出现在设计实体中。

类似的情况还有很多，目前VHDL 设计使用的也只是整个标准中的一部分，这也正是VHDL 的“可综合子集”性质，它一定程度上限制了VHDL 的广泛应用，但是随着综合技术的发展，这种情况会逐渐得以改善，VHDL 也将在各个领域中发挥出愈来愈重要的作用
第三篇：基于VHDL编程FPGA的地铁自动售票机
地铁自动售票机
一、设计要求
1、功能描述
用于模仿地铁售票自动售票，完成地铁售票的核心控制功能。

2、功能要求
售票机有两个进币孔，一个是输入硬币，识别的范围是一元硬币；一个是纸币，识别的范围是一元、两元、五元、十元、二十元。

乘客可以连续多次投入钱币。

乘客一次只能选择一个出站口，购买车票时，乘客先选出站口，有六个出站口可供选择，再选择所需的票数，然后投币，投入的钱币达到或者超过所需金额时，售票机自动出票，并找零。

本次交易结束后，等待下一次交易。

在选择出站口、所需票数以及在投币期间，乘客可以按取消键取消操作，钱币自动退出。

二、实验分析
1、买票时，乘客按下开始键，售票机进入站台选择程序，乘客选择出站口后，可以按取消键重新选择，否则售票机自动进入票数选择程序，同样这时可以按下取消键重新开始选择出站口以及票数。

2、当选择好出站口以及所需票数时，乘客可以投硬币或者用纸币，当所投的钱币总额大于或者等于票价时，售票机自动出票以及找零。

期间，可以按下取消键重新开始选择，并退出所有的钱币。

3、乘客若还没选择出站口或者票数，就投币或者使用纸币，售票机会自动退出所有的钱币。

4、有六个站台可供乘客选择，每个乘客最多可以买3张票，六个站台编号为1到6，票价从2元依次递增到7。

三、系统流程图
四、程序源代码LIBRARY IEEE;USE IEEE.std_logic_1164.ALL;USE IEEE.std_logic_arith.ALL;USE IEEE.std_logic_unsigned.ALL;ENTITY metrosell IS PORT(clk:in std_logic;startselect:in std_logic;sure:in std_logic;save your forward step(s)coin1y:in std_logic;pmoney1y:in std_logic;pmoney2y:in std_logic;pmoney5y:in std_logic;pmoney10y:in std_logic;money pmoney20y:in std_logic;money cancel:in std_logic;number:in std_logic_vector(3
downto 0);the tickets platform:in std_logic_vector(3 downto 0);want to reach moneystorage:out std_logic;acceptmo:out std_logic;stamp:out std_logic;--set the clock signal--start to select the platform--this button is to--1 yuan coin
--1 yuan paper money--2 yuan paper money--5 yuan paper money--10 yuan paper--20 yuan paper--cancel the forward step(s)--choose the number of--choose the platform you--to store the money--accept the money--stamp outgate charge:out std_logic_vector(3 downto 0);--the mount of charge,up to 15 yuan chargegate:out std_logic--charge outgate);END metrosell;ARCHITECTURE sell OF metrosell IS type state_type is(initial_type,selectp_type,selectnum_type,insert_type,stamp_ty pe,charge_type);--define six types signal state:state_type;--define a shared state BEGIN main:process(clk,state,startselect,platform,number,coin1y,pmon ey1y,pmoney2y,pmoney5y,pmoney10y,pmoney20y,cancel,sure)v ariable univalence :integer range 0 to 7;--the univalence of the ticket variable total_money :integer range 0 to 21;--the price of the ticket(s)variable selectp_alr:std_logic;--the flag of select platform type variable selectnum_alr:std_logic;--the flag of select number type variable stamp_alr:std_logic;--the flag of the stamp gate variable charge_alr:std_logic;--the flag of the charge gate variable money_reg:integer range 0 to 21;--the mount of money put in variable coin1y_f:std_logic;--the flag of one yuan coin variable pmoney1y_f:std_logic;--the flag of one yuan paper money variable pmoney2y_f:std_logic;--the flag of two yuan paper money variable pmoney10y_f:std_logic;--the flag of ten yuan paper money variable pmoney20y_f:std_logic;--the flag of twelve yuan paper money variable pmoney5y_f:std_logic;--the flag of five yuan paper money variable charge_reg:integer range
0 to 15;
begin if(rising_edge(clk))then case state is when initial_type => variables univalence:=0;selectp_alr:='0';selectnum_alr:='0';stamp_alr:='0';c harge_alr:='0';money_reg:=0;total_money:=0;coin1y_f:='0';pmon ey1y_f:='0';pmoney2y_f:='0';pmoney5y_f:='0';
--the register of charge--initialize some pmoney10y_f:='0';pmoney20y_f:='0';moneystorage<='0';stamp <='0';charge_reg:=0;charge<=“0000”;acceptmo<='0';chargeg ate<='0';if(startselect='1')then state<=selectp_type;end if;when selectp_type => if(selectp_alr='0'and cancel='0')then--choose the platform if(platform=“0001”)then univalence:=2;selectp_alr:='1';el sif(platform=“0010”)then univalence:=3;selectp_alr:='1';elsif(platform=“0011”)then univalence:=4;selectp_alr:='1';elsif(platform=“0100”)then univalence:=5;selectp_alr:='1';elsif(platform=“0101”)then univalence:=6;selectp_alr:='1';elsif(platform=“0110”)then univalence:=7;selectp_alr:='1';elsif(platform=“0000”)then univalence:=0;selectp_alr:='0';else null;end if;elsif(selectp_alr='1'and cancel='1')then state<=initial_type;elsif(selectp_alr='1'and sure='1')then state<=selectnum_type;end if;when selectnum_type =>--you can buy at most 3 tickets if(selectnum_alr='0'and cancel='0')then--choose the number of tickets if(number=“0001”)then if(univalence=2)then total_money:=2;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=3)then
total_money:=3;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=4)then
total_money:=4;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=5)then
total_money:=5;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=6)then
total_money:=6;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=7)then
total_money:=7;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=0)then
total_money:=0;selectnum_alr:='0';else null;end if;end if;
if(number=“0010”)then if(univalence=2)then total_money:=4;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=3)then
total_money:=6;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=4)then
total_money:=8;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=5)then
total_money:=10;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=6)then total_money:=12;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=7)then total_money:=14;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=0)then total_money:=0;selectnum_alr:='0';else null;end if;end if;if(number=“0011”)t hen if(univalence=2)then total_money:=6;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=3)then
total_money:=9;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=4)then
total_money:=12;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=5)then total_money:=15;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=6)then total_money:=18;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=7)then total_money:=21;selectnum_alr:='1';elsif(univalence=0)then total_money:=0;selectnum_alr:='0';else null;end if;end if;elsif(selectnum_alr='1'and cancel='1')then state<=initial_type;elsif(selectnum_alr='1'and sure='1')then state<=insert_type;end if;when insert_type => moneystorage<='1';if(money_reg=total_money)then
state<=stamp_type;end if;when stamp_type =>--put out the stamp if(stamp_alr='0')then acceptmo<='1';stamp<='1';stamp_alr:='1';else
state<=charge_type;end if;when charge_type =>--put out the charge charge_reg:=money_reg-total_money;case charge_reg is when 0 => charge<=“0000”;when 1 => charge<=“0001”;
when 2 => charge<=“0010”;when 3 => charge<=“0011”;when 4 => charge<=“0100”;when 5 =>
charge<=“0101”;when 6 => charge<=“0110”;when 7 => charge<=“0111”;when 8 => charge<=“1000”;
end case;end if;
when 9 => charge<=“1001”;when 10 => charge<=“1010”;when 11 => charge<=“1011”;when 12 => charge<=“1100”;when 13 => charge<=“1101”;when 14 => charge<=“1110”;when 15 => charge<=“1111”;when others => charge<=“0000”;end case;if(charge_reg>0 and charge_alr='0')then
chargegate<='1';charge_alr:='1';elsif(charge_reg=0 and charge_alr='0')then chargegate<='0';charge_alr:='1';else state<=initial_type;end if;end process main;END sell;
五、波形仿真
1、乘客按下开始按钮，进入选站台模式，选择二号站台，按下确定键，再选择票数为2张，按下确定键，售票机钱箱关闭，投入一张两元和五元纸币（对顺序没有要求），此时钱币总额大于票价，出两张票并找零一元。

之后系统进入初始化状态。

具体仿真如图 1 仿真1 图 1 仿真1
2、测试cancel键，当乘客按正确的操作完成选站台时，按下取消键，再重新选择，如图 2 cancel仿真，仿真波形如下。

图 2 cancel仿真
3、还是测试cancel键，当乘客选择好票数时，按下cancel键，然后重新选择两张单价为七块钱的六号站台票，投入一张20元和5元，找零六元。

仿真波形如图 3 cancel仿真2
图 3 cancel仿真2
4、乘客选择五号站台，两张票，然后先后投入一元纸币，两元纸币，一元纸币，五元纸币，然后按下取消键，售票机自动放出所有的钱币。

仿真如图 4 cancel仿真3。

图 4 cancel仿真3
六、心得体会。