自动售货机控制系统的VHDL实现

目录

一、概述 (2)

二、自动售货机控制系统的实现 (2)

1、自动售货机功能描述及控制系统组成 (2)

2、自动售货机控制功能的状态描述 (2)

3、自动售货机功能控制模块的VHDL实现 (3)

4、投币输入信号电路的设计与实现 (4)

5、自动售货机控制系统功能仿真 (6)

三、结束语 (7)

四、参考文献 (7)

自动售货机控制系统的VHDL实现

一、概述

有限状态机FSM(Finite State Machine)及其设计技术是实用数字系统设计中实现高效率、高可靠逻辑控制的重要途径。传统的状态机设计方法需进行繁琐的状态分配、绘制状态表、化简次态方程等，而利用VHDL可以避免这些繁琐的过程，直接利用状态转换图进行状态机的描述，所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句，而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。此外，与VHDL的其它描述方式相比，状态机的VHDL表述丰富多样，程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的特点。

二、自动售货机控制系统的实现

1、自动售货机功能描述及控制系统组成

设计一个自动售货机的逻辑控制电路。它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口，假设每次只能投入一枚一元或五角硬币，投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶饮料，投入两元硬币后，在给出一瓶饮料的同时找回一枚五角的硬币。图1为自动售货机控制系统方框图，由投币信号处理模块和功能控制模块组成。

投币

找钱

信号出货

图1 自动售货机控制系统

2、自动售货机控制功能的状态描述

取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投入时A=0。投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。给出饮料和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y 表示，给出饮料时Z=1，不给时Z=0，找回一枚五角硬币时Y=1，不找时Y=0。

根据上面的功能描述，可用三个状态S0，S1，S2表示，未投币前的初始状态为S0，投入五角硬币以后为S1，投入一元硬币后(包括投入一枚一元硬币和投入两枚五角硬币的情况)为S2，再投入一枚五角硬币后电路返回S0，同时输出为Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬币，则电路也应能返回S0，同时输出为Z=1，Y=1。根据上面的分析可得到状态转换

图如图2所示。

图2 自动售货机系统状态转换图

3、自动售货机功能控制模块的VHDL实现

根据图2所示的状态转换图，用VHDL语言中的CASE_WHEN结构和IF_THEN_ELSE语句实现控制功能，源程序如下：

LIBRARY IEEE;

USE

ENTITY ZIDONG IS

PORT(A,B:IN STD_LOGIC;

clk:IN STD_LOGIC;

Z,Y:OUT STD_LOGIC);

END ZIDONG;

ARCHITECTURE beha OF ZIDONG IS

TYPE states IS(S0,S1,S2);

SIGNAL state:states;

SIGNAL X:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); BEGIN

X<=A&B;

PROCESS(x,state)

BEGIN

IF rising_edge(clk) THEN

CASE state IS

WHEN S0=>Z<='0';Y<='0';

IF(X="01")THEN

state<=s1;

ELSIF(X="10")THEN

state<=s2;

ELSE

state<=s0;

E ND IF;

W HEN S1=>Z<='0';Y<='0';

I F(X="01")THEN

s tate<=s2;

E LSIF(X="10")THEN

s tate<=S0;

Z <='1';Y<='0';

E LSE

s tate<=s1;

E ND IF;

W HEN S2=>Z<='0';Y<='0';

I F(X="01")THEN

s tate<=S0;

Z <='1';Y<='0';

E

LSIF(X="10")THEN

s tate<=s0;

Z <='1';Y<='1';

E LSE

s tate<=s2;

E ND IF;

E ND CASE;

E ND IF;

E ND PROCESS;

E ND beha;

图3 利用MAX+PLUSII软件及VHDL语言编写控制芯片

4、投币输入信号电路的设计与实现

A、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为饮料输出信号，Y为找钱输出信号。通过对程序分析和仿真可以看出，A和B的驱动信号的持续时间必须控制在clk时钟周期内，如果驱动信号时间太短，系统检测不到投币信号，时间太长，会误认为是两次或多次投币，造成误操作。因此，要使整个控制系统可靠运行，还必须设计专门投币输入信号处理电路。

自动售货机的所有信号均由同步时钟信号clk的正边沿触发。由于售货机的硬币接受器一般是一个机械设置装置，投币时产生的信号要比同步信号clk要慢得多，一般可持续好几个周期，必须对投币输入信号进行处理，使每一次投币时在clk脉冲周期内只能产生一个脉冲作为功能控制模块的投币驱动信号。基于上面的功能要求，设计了如图4所示的投币输入信号的处理电路，其中yiyuan和wujiao作为一元硬币和五角硬币的投币输入信号，A和B 为相应的输出信号，作为功能控制模块的输入信号，而且A、B输出是在投币输入信号yiyuan 和wujiao为高电平1之后的一个周期内被设置为1。经过仿真结果如图6所示，实现了每次投币后在一个clk周期内只产生一个可靠的脉冲驱动信号。