EDA自动售货机控制器的设计与仿真

1 绪论自动售货机是能根据投入的钱币自动给出客人所选货物的机器，它是一种常用的商业自动化设备，它不受时间，地点的限制，可以节省人力，简化交易。

自动售货机在当今被普遍地应用在各大现代化都市的街道及便利店中，正逐渐地成为商业自动化的代表性设备。

它能够在无人操作的情况下根据程序自动地销售商品。

自动售货机不受工作时间及地点限制的特点,使其实现了一种提高营业额的同时又降低了成本的销售模式。

现在,自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。

例如实行联机方式,通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中,从而确保了商品的发送,补充以及商品选定的顺利进行。

并且,为防止地球暖化,自动售货机的开发致力于能源的节省,节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。

在夏季电力消费高峰时,这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温,与以往的自动售货机相比,它能够节约 10-15%的电力。

进入21世纪时,自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向发展。

从自动售货机的发展趋势来看,大量生产,大量消费以及消费模式和销售环境的变化,要求出现新的流通渠道,而相对的超市,百货购物中心等新的流通渠道的产生,人工费用也不断上升,在加上场地的局限性和购物的便利性等这些因素的制约,无人自动售货机作为一种必须的机器也就有了其相当可观的前景。

因此，使用VHDL语言，通过QuartusⅡ软件编写自动售货机的控制程序也就变得非常有必要。

2 课程设计实验要求2.1 初始条件设计一个自动售货机控制系统，具有投币和选择商品等功能。

可出售四种商品，分别为纯净水（1.5元）、牛奶（2元）、果汁（2.5元）、可乐（3元）。

在购买过程中，采取投币方式，只能投入0.5元和1元两种规格的硬币，且一次只能投入一枚硬币。

2.2 要求完成的主要任务顾客投币后，按一次确认键，判断投币额是否足够，若投币额足够则根据顾客的要求自动售货，若投币额不够则报警3s并退出。

顾客通过按键选择某种商品后，由数码管显示该商品价格。

顾客投币过程中，数码管显示投币额。

售货机还具有供商家使用的累加卖货额的功能，由数码管显示累加的售出金额。

广泛调研，提出几种可行的方案，多方论证，确定设计方案。

在EDA软件上完成设计和仿真。

按规定格式完成报告书。

参考文献不少于5篇，其中期刊文献不少于2篇。

3 程序设计思路3.1 方案论证及选择方案一：通过一步一步的process，按顺序将程序运行下去，并且用while loop语句实现对售出金额的累加，完成目标要求。

程序通俗易懂，按照大体的思路可以很容易的编出来，但过程有些繁琐，并且在仿真过程中无法正确的仿真出结果。

方案二：通过VHDL的状态机以及CASE语句进行编程，用6个状态分别表示商品选择、投币额累加、找零售货以及总销售额的累加等功能。

程序编起来需要对整体有较好的理解，各个状态的切换与跳转要思路清晰，不过在仿真过程中运行成功，且程序分为多个状态，看起来比较清晰。

经比较，方案二更能较好的完成对实验目标的实验，且其仿真正确。

所以选择方案二作为最终的方案。

3.2 系统组成框图根据设计要求，系统的组成框图如下图3-1所示。

时钟按键显示图3-1 系统的组成框图由图3-1可知，该系统主要由分频、控制、译码和显示四个部分构成。

当有人需要购买物品时，首先选择所要购买的物品，这时，前两个数码显示管选中商品的单价。

之后顾客投币进行购买，后两个数码显示管显示总共投入了多少钱。

当按下确认键时，将在系统内部进行比较，比较单价和所投入的金额。

若投币金额大于或等于该商品单价时，系统显示成功售出该商品并进行找零，即投币金额与商品单价的差值，然后将售出总额加上这次的物品单价。

若投币金额小于该商品单价时，系统显示购买失败，在几秒钟的延迟后退换投币金额，售出总额不变。

无论哪种情况，完成后回到初始状态。

3.3 程序流程图4 系统程序及各模块说明4.1 主控模块Library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity sellingmachine isport( clk: in std_logic;set: in std_logiccoin5:in std_logic;coin10:in std_logic;water:in std_logic;milk:in std_logic;juice:in std_logic;cola:in std_logic;paid:out std_logic_vector(6 downto 0);needed:out std_logic_vector(6 downto 0);success:out std_logic;failure:out std_logic;showchange:out std_logic;change:out std_logic_vector(6 downto 0);sum:buffer std_logic_vector(6 downto 0));end sellingmachine;architecture behav of sellingmachine is --结构体type state_type is (qa,qb,qc,qg,qd,qf);--定义七个状态（结构体内定义的信号为内部信号，只在结构体内部起作用）signal current_state :state_type:=qa;signal q:integer range 0 to 100;beginprocess(clk) --括号内为敏感信号variable paidtemp:std_logic_vector(6 downto 0);variable neededtemp: std_logic_vector(6 downto 0);variable backmoney: std_logic_vector(6 downto 0);variable pricetemp:std_logic_vector(6 downto 0);variable sumtemp:std_logic_vector(6downto 0);beginif clk'event and clk='1' then --若上升沿到来时就进行以下判断，该进入那个状态case current_state iswhen qa =>paidtemp:="0000000";neededtemp:="0000000"; --进入初态backmoney:="0000000";pricetemp:="0000000";sumtemp:="0000000";q<=0;--q为延时showchange<='0';change<="0000000";paid<="0000000";needed<="0000000";failure<='0';success<='0';if water='1' or milk='1' or juice='1' or cola='1' then --有选择商品的信号if water='1' then pricetemp:=pricetemp+15;elsif milk='1' then pricetemp:=pricetemp+20;elsif juice='1' then pricetemp:=pricetemp+25;else pricetemp:=pricetemp+30;end if;neededtemp:=pricetemp;needed<=neededtemp;paid<=paidtemp;current_state<=qb;end if;if set='1' then paid<=sum;end if;when qb =>if coin5='0' or coin10='0'then --投币状态if coin5='0' then paidtemp:=paidtemp+5; --当有投币动作时else paidtemp:=paidtemp+10;end if;neededtemp:=pricetemp-paidtemp;backmoney:="0000000";--不够则进入继续投币状态qc paid<=paidtemp;needed<=neededtemp;current_state<=qc;q<=0;end if;if coin5/='0' and coin10/='0' then --若无投币动作则进入延时状态qfif q<3 then q<=q+1;else current_state<=qf;end if;else q<=0;end if;when qc => if coin5='0' or coin10='0'then --若又有投币动作，则累计if coin5='0'then paidtemp:=paidtemp+5;elsepaidtemp:=paidtemp+10;end if;if paidtemp>=pricetemp then neededtemp:="0000000";--若继续投币足够，则进入出货找零状态qd backmoney:=paidtemp-pricetemp; --若成功则累计paid<=paidtemp;needed<=neededtemp;q<=0;current_state<=qd;else neededtemp:=pricetemp-paidtemp;--若不够则继续执行继续投币状态qc backmoney:="0000000";paid<=paidtemp;needed<=neededtemp;current_state<=qc;end if;end if;if coin5/='0' and coin10/='0' then--若在继续投币状态无投币信号则计时准备进入还币状态qg if q<3 then q<=q+1;else current_state<=qg;end if;else q<=0;end if;when qd=>if q<1 then success<='1';q<=q+1;if backmoney>"0000000" then showchange<='1';change<=backmoney; --若需找钱则找钱灯亮并将钱返还else showchange<='0';end if;sumtemp:=pricetemp;sum<=sum+sumtemp;else current_state<=qa;end if;when qf=> if q<4 then q<=q+1;else current_state<=qa;q<=0;end if;when qg=> failure<='1';--若钱不够或超时未付钱，且再三秒延时后还没有投币则失败showchange<='1';change<=paidtemp;current_state<=qf;q<=0;when others =>current_state<=qa;end case;end if;end process;end behav;该主控模块的集成芯片如图4-1所示：图4-1 主控模块芯片4.2 分频模块该分频模块的频数为50000000，将50HZ转换成50MHZ。