課程設計題目：自動售貨機控制系統(tǒng)的設計

目的與彳壬務：

（1）進一步掌握MAX+PLUSn軟件的使用方法；

（2）會使用VHDL語言設計小型數字電路系統(tǒng)；

（3）掌握應用MAX+PLUSII軟件設計電路的流程；

（4）掌握自動售貨機的設計方法；

（5）會使用GW48實驗系統(tǒng)。

內容和要求：

設計一個簡易的自動售貨機,它能夠完成錢數處理、找零、顯示、退幣等功能。

（1）用3個鍵表示3種錢，再用3個鍵表示3種物品。

〔2〕用2個數碼管顯示輸入的錢數,再用2個數碼管顯示所找的錢數,以元為單位。

〔3〕買東西時，先輸入錢，用數碼管顯示錢數，再按物品鍵，假設輸入的錢數大于物

品的價格，用數碼管顯示所找的錢數，并用發(fā)光二極管表示購置成功。

〔4〕假設輸入的錢數少于物品的價格，用數碼管顯示退出的錢數，并用發(fā)光二極管表

示購置失敗。

設計內容〔原理圖以及相關說明、調試過程、結果〕

一、系統(tǒng)設計方案

根據系統(tǒng)要求，系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)組成框圖

系統(tǒng)按功能可分為分頻模塊、控制模塊和譯碼輸出模塊。

〔1〕分頻模塊的作用是獲得周期較長的時鐘信號，便于操作，且不會產生按鍵抖動的

現(xiàn)象。其原理是定義兩個中間信號Q、DIV_CLK,Q在外部時鐘CLK的控制下循環(huán)計數,

每當計數到一個設定的值時DIV_CLK的值翻轉,最后將DIV_CLK賦給NEW_CLK即可,

改變設定值可改變分頻的大小。

(a2)控制模塊是這個系統(tǒng)的核心模塊，它具有判斷按鍵、計算輸入錢數總和、計

算找零、控制顯示四個作用。它的工作原理是每當時鐘上升沿到來時，判斷哪個按鍵按下,

假設按下的是錢數鍵，那么將錢數保存于中間信號COIN，假設下次按下的仍是錢數鍵，

COIN的值那么加上相應的值并顯示于數碼管；當物品鍵按下時，那么將COIN的值與物

品價格進行比擬，然后控制找零。

〔3〕由于錢數可能大于9,所以譯碼顯示模塊的作用就是將錢數譯碼后用兩個數碼

管顯示，這樣方便觀察。

根據各個功能模塊的功能并進行整合，可得到一個完整的自動售貨機系統(tǒng)的整體組裝

設計原理圖，如圖2所示。

CLKGEN

CLKNEUCLKSHOUHUOJI

CLK

COINIY0逑JQYI

COINSYJLXIANSHI

C0IN3N0NEYC3..O]DIN[3..0]D0UT[7..0]I>M0NEY[7；0]

PRIGNJ.FRYBNGK[.0J

PRICE?

XIANSHI

PRICES"1

0INr3..01D0UTr7..014~~>PAY0ACKI7J0]

圖2設計原理圖

系統(tǒng)主要VHDL源程序

（1）分頻器的源程序〔外部時鐘選用3MHz,實現(xiàn)3萬分頻〕

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYCLKGENIS

PORT（CLK:INSTD_LOGIC;

NEWCLK:OUTSTD.LOGIC);

ARCHITECTUREBEHAVEOFCLKGENIS

SIGNALQ:INTEGERRANGE0TO14999;

SIGNALDIVCLK:STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='l'THEN

IFQ<14999THENQ<=Q+1;

ELSEDIVCLK<=NOTDIVCLK;Q<=0;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

NEWCLK<=DIVCLK;

ENDBEHAVE;

(2)自動售貨機控制器源程序(3種錢數為1元、2元、5元；

3種物品的價格為2元、5元、10元〕

LIBRARY正EE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYSHOUHUOJIIS

PORT(CLK:INSTD.LOGIC;

COINI:INSTD_LOGIC;-1元信號

COIN2:INSTD_LOGIC;-2元信號

COIN3:INSTD_LOGIC;--5元信號

PRICE1:INSTD_LOGIC;??2兀商品

PRICE2:INSTD_LOGIC;--5兀商品

PRICE2:INSTD_LOGIC;-5元商品

PRICE3:INSTD_LOGIC;--10元商品

YO:OUTSTD_LOGIC;一購置成功信號

Yl:OUTSTD_LOGIC;--退幣信號

MONEY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);

PAYBACK:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0));

ENDSHOUHUOJI;

ARCHITECTUREBEHAVOFSHOUHUOJIIS

SIGNALCOIN:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);--保存錢數

SIGNALCOUT:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);--保存找零

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IFCLK'EVENTANDCLK='l'THEN

IFCOINl='l'THENCOIN<=COIN+1;Y0<=,0';Yl<='0';

ELSIFCOIN2='l'THENCOIN<=COIN+2;Y0<='0';Yl<=,0';

ELSIFCOIN3='l'THENCOIN<=COIN+5;Y0<='0';Yl<='0';

ELSIFPRICEl='l'THEN

IFCOIN>="0010"THENYO<=,l';Yl<='0,;COUT<=COIN-2;

ELSEYO<=,0,;Y1<=,1,;COUT<=COIN;

ENDIF;

ELSIFPRICE2='l'THEN

IFCOIN>="0101"THENYO<='l';Yl<='0';COUT<=COIN-5;

ELSEYO<=,0';Y1<='1';COUT<=COIN;

ENDIF;

ELSIFPRICE3='l'THEN

IFCOIN>="1010"THENY0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-10;

ELSEY0<='O';Y1<='1'；COUT<=COIN;

ENDIF;

ENDIF;

ENDIF;

ENDPROCESS;

MONEY<=COIN;--輸入的錢數

PAYBACK<=COUT;-找零

ENDBEHAV;

（3）譯碼顯示源程序〔總錢數應小于16元〕

LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITYXIANSHIIS

P0RT(DIN:INSTD_L0GIC_VECT0R(3D0WNT00);

DOUT:OUTSTD_L0GIC_VECT0R(7DOWNTO0));

ENDXIANSHI;

ARCHITECTUREBEHAVOFXIANSHIIS

BEGIN

PROCESS(DIN)

BEGIN

CASEDINIS

WHEN"0000"=>DOUT<="00000000";

WHEN"0001"=>DOUT<="00000001";

WHEN"0010"=>DOUT<="00000010";

WHEN"0011"=>DOUT<="00000011";

WHEN"0100"=>DOUT<="00000100,;

WHEN"0101"=>DOUT<="00000101,;

WHEN"0110"=>DOUT<="OOOOOHO,;

WHEN"0111"=>DOUT<="OOOOOH1,;

WHEN"1000"=>DOUT<="00001000";

WHEN"1001"=>DOUT<="00001001";

WHEN"1010"=>DOUT<="00010000";

WHENn1011"=>DOUT<="00010001";

WHEN"1100"=>DOUT<="00010010";

WHEN"1101"=>DOUT<="00010011";

WHEN"1110"=>DOUT<="00010100";

WHEN"1111"=>DOUT<="00010101"；

WHENOTHERS=>DOUT<="00000000";

ENDCASE;

ENDPROCESS;

ENDBEHAV;

三、系統(tǒng)仿真與硬件驗證

(1)系統(tǒng)的有關仿真

1)分頻電路的仿真

如圖3所示，為了便于仿真，在仿真時采用20分頻，由圖可看出

每經過10個外部時鐘，新時鐘翻轉一次，實現(xiàn)了分頻。

O.Otis

0-CLK

-dNEWCLK

朗Q

圖3分頻器仿真結果圖

2)控制電路的仿真

如圖4、圖5、圖6所示。

0.0ns

圖5輸入13元，購置10元商品，找零3元，YO顯示購置成功

00ns

圖6輸入7元，購置10元商品，Y1顯示購置失敗，退幣7元

3〕顯示電路的仿真

如圖7所示，當大于9時分開顯示。

加$

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