HDL项目设计_自动售货机

河海大学计算机与信息学院（常州） 课程设计报告

题 目 HDL课程设计自动售货机 专业、学号 电信1062610302 授课班号 278605 学生姓名 李珊珊 指导教师 奚吉 完成时间 2012年8月30日 摘 要

《HDL硬件描述语言》是一门技术性、应用性很强的学科，实验课教学是它的一个极为重要的环节。因此通过自主设计自动售货机，让我们能够将课堂上学到的理论知识与实际应用结合起来，并且进一步加深对分析、解决实际的数字电路问题的认识，。 本设计主要利用Quartus II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，之后借助ModelSim软件进行软件仿真，经过验证可以实现功能后，再将程序通过Quartus Ⅱ平台进行调试，最后将生成的目标文件下载到实验台内的FPGA芯片以实现该系统，并结合实验箱进行具体的显示。最终完成的自动售货机系统具有投币处理、商品选择、找零、异常退币等主要功能。 本次设计中，用七个开关依次分别表示三种币值和四种价格的小商品，用数码管显示退币。当投币并选择商品后，若投币总值大于等于商品价格，则成功购买，对应所购买商品的LED灯亮，数码管显示退币金额；若投币总值小于商品价格，则显示异常，商品LED灯不亮，所投金额全部退回，数码管显示退币金额。

【关键词】自动售货机 HDL Quartus II FPGA ABSTRACT "The HDL hardware description language" is a technical, applied subject, experimental teaching is one of its most important link.Therefore, through independent design a auto-vending machine, so that we can to the classroom theoretical knowledge and practical application of combined, and to further deepen the analysis, solve practical digital circuit problems,. This design mainly uses Quartus II platform, using VHDL hardware description language programming design method for design of system core circuit hardware program, followed by ModelSim software through software simulation, validation function can be achieved, then the program through the Quartus Ⅱ platform in debugging, finally will generate the target file download to experimental platform FPGA chip to realize the system, and combining with the experimental box for a specific display.Final completion of a vending machine system having a coin processing, product selection, change, refund and other major functional abnormalities. In this design, with seven switches respectively represent the three currency and four kinds of prices of commodity, with digital display back currency.When the coin and merchandise selection, if the coin value greater than or equal to commodity prices, successful buy, corresponding to purchase LED lights, digital tube display the refund amount; if the coin value less than commodity prices, commodity display abnormalities, LED light is not bright, the investment amount of all returned, digital tube display the refund amount.

【Key words】auto-vending machine HDL Quartus II FPGA 系统设计 1.设计目标 (1)用四个发光二极管分别模拟售出价值为5角、1元、1.5元和2元的小商品，购买者可以通过开关选择任意一种标价中的小商品。 (2)灯亮时表示该小商品售出。 (3)用开关分别模拟5角、1元硬币和5元纸币投入，可以用几只发光二极管(或数码管)分别代表找回剩余的硬币。 (4)每次只能售出一种小商品，当所投硬币达到或超过购买者所选面值时，售出货物并找回剩余的硬币，回到初始状态； (5)当所投硬币值不足面值时，可通过一个复位键退回所投硬币，回到初始状态。

2.设计方案比较 本设计可以通过多种方案来实现，例如采用数字逻辑电路制作，用IC器件连接焊接外围电路实现，这种电路很直观，简单方便。但应用数字逻辑电路制作，使用的器件较多，连接复杂，体积大，功耗大。电路中焊点和线路较多会,使成品的稳定度和精度大大降低。 在本设计中，主要采用另一种方案：使用现场可编程逻辑器件（FPGA）制作，利用Verilog HDL硬件描述语言编程进行控制，然后利用QuartusⅡ平台实现。采用FPGA 实现, 它的优点是所有电路集成在一块芯片上，此方案所需的外围电路简单,这样它的体积就减少了，同时还提高了系统的稳定度。还可以用软件QuartusⅡ5.0 进行仿真和调试等。设计人员可以充分利用HDL 硬件描述语言方便的编程，提高开发效率，缩短研发周期，降低研发成本；而且易于进行功能的扩展，实现方法灵活，调试方便，修改容易。 3.系统框图

4.详细方案 根据题目的基本要求，自动售货机的问题实际就是状态转换的问题，不同的状态对应不同的输出。我们设计的自动售货机有四个状态，即初始状态、选择商品状态、投币状态、找零状态。 初始状态：各变量都设置为零，按下 rst 键后，一切恢复到初始状态。 选择商品状态：分别有价格为0.5元、1元、1.5元和 2 元的商品，每次选择商品前，设置一个标志位表示选择商品状态。此自动售货机每一次售货时只能一次选择一种商品，当同时选择两种以上时，选择商品无效，数码管显示清零，重新进行商品选择。选择商品后，数码管显示所选商品价格。 投币状态：当选好商品后，开始投币，同样有一标志位表示投币金额。投币口只接受三种面值的钱币0.5元、1元和5元，可以同时投入多种面值钱币。完币后，先有一个确认买商品的过程，若投了币但又不购买商品了，完币后，先有一个确认买商品的过程，若投了币

初始状态 选择商品 找零

投币 币值不足

币值充足 但又不购买商品了，就将全部投币金额退回；若确认购买商品，则进入下一状态：找零状态。 找零状态：投完币，并确认购买商品后，进入找零状态。首先要将所投的金额与所选商品的价格做比较，若所投金额小于商品价格，则退回所投钱币；若大于等于商品价格，则两者做差，得到需要找零的钱。 实际过程中，我们将此问题分为两部分来实现：输入部分和输出部分。 输入部分：包括复位信号、选择商品信号和投币信号。四种小商品的选择可以分别用四个输入端代替，三种币值可以分别用三个输入端表示。时钟信号clk为每个时钟的上升沿触发系统的状态转换；复位信号为上升沿触发，按下后自动回复初始状态；选择信号为4个按键，表示4种不同价值的小商品，高电平有效；投币信号为3个按键，表示3种币值，高电平有效；确定信号为选择投币后按确定键才能判断输出。 输出部分：包括币值显示信号、货物信号及找零信号。其中，用相应的指示灯表示所选货物、投币币值，用数码管显示找零信号。

5.程序 module seller(b1,b2,b3,pri_5,pri_10,pri_15,pri_20,clk,rst,out1,out2,goods,money); input b1,b2,b3; input pri_5,pri_10,pri_15,pri_20; input rst; input clk; output out1,out2; output goods; output money; reg [0:2]money; reg [0:3]goods; reg [0:6]out1; reg [0:6]out2; always@(clk) if(rst) begin money=3'b000; out1=7'b0111111; out2=7'b0111111; goods=4'b0000; end else