自动售货机控制系统的设计

课程设计题目：自动售货机控制系统的设计

目的与任务：

（1）进一步掌握MAX+PLUSⅡ软件的使用方法；

（2）会使用VHDL语言设计小型数字电路系统；

（3）掌握应用MAX+PLUSⅡ软件设计电路的流程；

（4）掌握自动售货机的设计方法；

（5）会使用GW48实验系统。

内容和要求：

设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。

（1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。

（2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。

（3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。

（4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示购买失败。

设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）

一、系统设计方案

根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。

（1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。

（a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，

若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN 的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品价格进行比较，然后控制找零。

（3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。

根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。

图2 设计原理图

二、系统主要VHDL源程序

（1）分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频）

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

ENTITY CLKGEN IS

PORT(CLK:IN STD_LOGIC;

NEWCLK:OUT STD_LOGIC);

END CLKGEN;

ARCHITECTURE BEHA VE OF CLKGEN IS

SIGNAL Q:INTEGER RANGE 0 TO 14999;

SIGNAL DIVCLK: STD_LOGIC;

BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

IF Q < 14999 THEN Q <=Q+1;

ELSE DIVCLK <= NOT DIVCLK;Q <=0;

END IF;

END IF;

END PROCESS;

NEWCLK <= DIVCLK;

END BEHA VE;

（2）自动售货机控制器源程序（3种钱数为1元、2元、5元；

3种物品的价格为2元、5元、10元）LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITY SHOUHUOJI IS

P ORT ( CLK: IN STD_LOGIC;

COIN1: IN STD_LOGIC; --1元信号

COIN2: IN STD_LOGIC; --2元信号

COIN3: IN STD_LOGIC; --5元信号

PRICE1: IN STD_LOGIC; --2元商品

PRICE2: IN STD_LOGIC; --5元商品

PRICE2: IN STD_LOGIC; --5元商品

PRICE3: IN STD_LOGIC; --10元商品

Y0: OUT STD_LOGIC; --购买成功信号

Y1: OUT STD_LOGIC; --退币信号

MONEY: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);

PAYBACK: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));

END SHOUHUOJI;

ARCHITECTURE BEHA V OF SHOUHUOJI IS

SIGNAL COIN: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --保存钱数SIGNAL COUT: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --保存找零BEGIN

PROCESS(CLK)

BEGIN

IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN

IF COIN1='1' THEN COIN <= COIN+1; Y0<='0';Y1<='0';

ELSIF COIN2='1' THEN COIN <= COIN+2; Y0<='0';Y1<='0';

ELSIF COIN3='1' THEN COIN <= COIN+5; Y0<='0';Y1<='0';

ELSIF PRICE1='1' THEN

IF COIN >= "0010" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-2;

ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<=COIN;

END IF;

ELSIF PRICE2='1' THEN

IF COIN >= "0101" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-5;

ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<= COIN；

END IF;

ELSIF PRICE3='1' THEN

IF COIN >= "1010" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-10;

ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<=COIN;

END IF;