基于VHDL的自动售货机控制电路设计.doc

1、 #本科毕业论文 （设计） 题 目 基于 VHDL的自动售货机控制电路设计 学 生 # 指导教师 # 年 级 # 专 业 电气工程及其自动化 #学院 # #学院 #年 #月 郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师 #的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑 重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日 I 基于 VHDL的自动售货机 控制电路 设计 摘 要 随着科学技术的 快速 发展和市场的 逐渐 繁荣， 众多 投币式自动售 货 机已经风靡世界发达国家。这些

2、 运用 现代 的 电子技术和机电技术的自动服务设施， 为 人们的日常生活带来了 很大的便利 。 本论文介绍了 VHDL 的特点及应用 ,以自动售货机为例，详细说明了其实现的过程。 本文使用 VHDL 描述自动售货 机各模块的结构、行为、功能和接口并用 MAX+plus II 仿真。通过定义售货过程的各个状态以及各个状态之间的转换从而实现了自动售后机的选择多个商品，投掷钱币，找零退币，显示状态，多次交易等功能。给出了各个模块的源程序以及模块之间连接图，并通过仿真验证做出必要的分析。仿真结果说明本次设计能满足自动售货机所要求的功能，从而实现了电路设计的自动化和智能化。 关键词 自动售货机； VHD

3、L； EDA； MAX+plus II II The Vending Machine Circuit Design Based On VHDL Qu feifan Directed by TA.Lian lian Abstract With the rapid development of science and technology and market prosperity gradually, many coin-operated vending machines have become hugely popular around the world developed countrie

4、s. The use of modern electronic technology and mechanical and electrical technology automatic facilities, for Peoples Daily life has brought great convenience. This paper introduces the characteristics and applications of VHDL, vending machines, for example, the process of its implementation is desc

5、ribed in detail. This article USES the VHDL description vending machine structure, behavior and function of each module and the interface with the MAX + plus II simulation. By defining each state of the process of sales and the transformation between each state so as to realize the automatic after-s

6、ales machine select multiple commodities, throwing COINS, change work, display status, multiple transactions, and other functions. Shows the various modules of the source program and connection diagram between modules, and make the necessary analysis is validated by computer simulation. The simulati

7、on results show that the design can meet the vending machine the required functions, so as to realize the circuit design of automation and intellectualization. KEY WORDS The vending machine; VHDL; EDA; MAX+plus II III 目 录 摘要 .I Abstract . II 1 前言 . 1 1.1 课题背景 . 1 1.2 课题的目的与意义 . 1 1.3 自动售货机的国内外发展及现状

8、. 2 2 相关技术与设计工具 . 5 2.1 EDA 技术介绍 . 5 2.1.1 EDA 技术概念与应用 . 5 2.1.2 EDA 技术的历史与发展趋势 . 6 2.2 VHDL 语言介绍 . 8 2.2.1 VHDL 语言概念、特点与优势 . 8 2.2.2 VHDL 语言结构 . 10 2.3 MAX+PLUS 软件介绍 . 12 2.3.1 软件概述 . 11 2.3.2 MAX+PLUS 开发系统的特点 . 11 2.3.3 软件功能使用及设计流程 . 12 2.4 本章小结 . 18 3 自动售货机系统设计分析 . 19 3.1 自动售货机的设计任 务与要求 . 19 3.2

9、自动售货机的设计需求分析 . 19 3.3 自动售货机的系统工作流程 . 19 3.4 自动售货机模块的划分 . 20 3.5 自动售货机各工作状态之间转换 . 22 3.6 本章小结 . 21 4 自动售货机 各功能模块 的仿真分析 . 23 IV 4.1 总控模块的仿真分析 . 23 4.2 二进制译码模块的仿真分析 . 26 4.3 BCD 译码模块的仿真分析 . 27 4.4 顶层模块的仿真分析 . 27 4.5 本章小结 . 28 结论 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 1 第 1 章 前言 1.1 课题背景 自动售货机是 一种在无人状况下通过 投入钱币自动 售货 的机器

10、。自动售货机不受时间 ， 地点的限制，能 够 节省人力、 空间 、方便交易。自动售货机 主要 分为三 累 ：食品自动售货机、饮料自动售货机、综合自动售货机。现在在 机场、地铁、商场、公园等 人员密集 的场所， 很容易 发现自动售 货机的身影。顾客只要 投入 几元的纸币或硬币，就可以方便地买到诸如饮料、口香糖等小 商品 。作为一种 新型 的零售方式，自动售货机 已经逐渐引起人们的注意 。自动售货机具有销售方式新、 市场潜力 大、技术含量高、商品货真价实等优点， 因此它具有广阔的市场前景。 由于 VHDL 已经成为 IEEE 标准所规范的硬件描述语言，目前大多数EDA 工具几 乎都支持 VHDL，

11、这为 VHDL 的进一步推广和广泛应用奠定了基础。在硬件电路设计过程中，主要的设计文件是用 VHDL 编写的 源代码 ，由于 VHDL 具有 易读和结构化 的特点 ，所以易于修改 和 设计。 1.2 课题的目的与意义 本设计要实现自动售货机的基本功能，如选择货物，投币，找零，显示，多次交易等功能。利用软件 MAX+plus 平台，采用 VHDL 硬件描述语言编程的设计方法设计系统核心电路的硬件程序，与一般的软件开发不同 ， VHDL 编程更需要熟悉一些底层的硬件知识，特别是数字逻辑电路的设计，因此 VHDL 编程的方法、思路都要更多的与硬件电路联系起来。完成系统各个功能模块的硬件程序设计后，在

12、软件平台上进行编译和电路仿真。 通过本课题的研究，可以掌握电子控制系统的基本原理与其实现，通过对各个模块的编程及其仿真，对 MAX+plus 软件的使用有所了解。每个波形模块的 VHDL 实现加深了硬件描述语言的学习。最终的顶层文件的调试，更是体现了综合知识的运用。设计综合了本专业所学几门重要专业课程的内容，包括 EDA 技术、数字电子技术等的学习，较 为符合电气工程及2 其自动化专业的培养要求，有助于实践能力、创新能力、设计能力的提高。 1.3 自动售货机的国内外发展及现状 20 世纪 70 年代 ， 自动售货机是在日本，欧洲发展起来的 高新科技产品。它是一种新型的 消费方式， 被人 们夸张

13、的称 为 24 小时 工作的售货员 ， 并且销售 商品种类繁多 。 从原来的单纯销售邮票，现扩大到销售各种饮料，食品，香烟，电话卡，药品，报纸，车票，小百货等种类很多。目前，自动售货机在 40 多个国家和地区 被 广泛使用，美国平均 40 人拥有 1 台机器，日本平均 18 人拥有 1 台自动售货机， 70%份额的罐装饮料 在日本 是 通过自动售货机销售 的 ，甚至在日本流行一种玩笑说如果全日本停电一整天日本将饿着肚子，没地方吃午饭，这也许是一个夸张的玩笑，但是，这一玩笑也说明现实生活当中人们的确已经离不开自动售货机。 自动售货机在中国发展 的历史 ： 1993 年，美国、韩国、日本的二手自动

14、售货机进入中国， 当时只能识别 硬币。 1995 年，百事可乐、可口可乐开始小量布放使用硬币的自动售冷饮机。 1997 年，南开戈德开发出 “GD人民币智能识别系统 ”。 1998 年，南开戈德自行研制成功 “GD自动售货机 ”， 成为我国第一家规模生产同时识别纸硬币自动售货机 的公司。 1998 年 ,加拿 图 1-1 是日常生活中 的自动售货机。 3 大 “科汇 ”公司在广州开始销售、摆放 “Vendo”等进口机器。 1998 年 10 月，南开戈德组建 “天津戈德微超贸易有限公司 ”（现 “天津戈德移动商务有限公司 ”前身），成为国内第一家规模经营自动售货机的单位。 2000 2001

15、年，青岛 “澳柯玛 ”、 广州 “金沙 ”、长沙 “艾博 ” 等相继进入自动售货机行业。图1-1 是日常生活中 的自动售货机。 虽然 自动售货机 在中国的发展缓慢，但是可以预见， 自动售货机 在中国的市场前景是巨大的。它在促进人们消费的同时， 还能带动经济的发展。自动售货机 正在向市场化的方向迅速发展着。 4 第 2 章 相关技术与设计工具 2.1 EDA 技术介绍 2.1.1 EDA 技术概念与应用 EDA 技术是指以计算机为工作平台，融合了 应用电子技术 、 计算机技术 、信息处理及 智能化技术 的最新成果，进行电子产品的自动设计。利用EDA 工具，电子设计师可以从概念、算法、协议等开始设

16、计电子系统，大量工作可以通过计算机完成，并可以将电子产品从 电路 设计、 性能分析 到设计出 IC 版图或 PCB 版图的整个过程的计算机上自动处理完成。 20 世纪 90 年代，国际上电子和 计算机技术 较为先进的国家，一直在积极探索新的电子 电路 设计方法，并在设计方法 、工具等方面进行了彻底的变革，取得了巨大成功。在电子技术设计领域， 可编程逻辑器件 （如 CPLD、FPGA）的应用，已得到广泛的普及，这些器件为 数字系统 的设计带来了极大的灵活性。这些器件可以通过 软件 编程而对其硬件结构和工作方式进行重构，从而使得硬件的设计可以如同软件设计那样方便快捷。这一切极大地改变了传统的 数字

17、系统设计 方法、设计过程和设计观念，促进了 EDA 技术的迅速发展。 EDA 在教学、科研、产品 设计与制造等各方面都发挥着巨大的作用。在教学方面，几乎所有理工科（特别是电子信息）类的高校都开设了 EDA课程。主要是让学生了解 EDA 的基本概念和基本原理、掌握用 VHDL 语言编写规范、掌握逻辑综合的理论和算法、使用 EDA 工具进行电子 电路 课程的实验验证并从事简单系统的设计。一般学习 电路仿真 工具（如 Multisim、PSPICE）和 PLD 开发工具（如 Altera/Xilinx 的器件结构及开发系统），为今后工作打下基础。 科研方面主要利用 电路仿真 工具（ Multisim 或 PSPICE）进行 电路设计与仿真 ；利用 虚拟仪器 进行产品测试；将 CPLD/FPGA 器件实际应用到仪器设备中；从事 PCB 设计和 ASIC 设计等。 在产品设计与制造方面，包括 计算机仿真 ，产品开发中的 EDA 工具应