VHDL自动售货机的设计

1、广西科技大学课程设计 基于VHDL自动售货机的设计广西工学院毕业设计(论文)任务书课题名称 基于VHDL自动售货机的设计 指导教师 教研室主任 系 主 任 2012 年 9 月 10 日 摘 要 本设计是以现场可编程逻辑器件（FPGA）为核心的自动售货机，利用Quartus软件编写verilog HDL硬件描述语言程序以实现自动售货功能。本设计主要以程序为主，硬件方面则使用实验箱，将程序各变量端口与实验箱管脚进行相应的配置，用六开关分别代表商品价格、所投钱币价格及确认付款找零操作。当选择好商品并投币后，数码管显示所选商品价格及投入钱币价格；按下确认付款开关，数码管显示应找多少钱，蜂鸣器响，对应商品LED灯亮。若所投钱币不足所选商品价格，对应警告钱币不足的LED灯亮。 关键字：FPGA、Verilog HDL、自动售货机、Quartus AbstractThis design is an auto-vending machine based on field programmable logic devices (FPGA) . We use Quartus to write proce

2、dure in verilog HDL which is a language to describe hardware. The procedure will realize the function of auto-vending machine.This design is mainly about procedure. For the hardware, we use experimental box. We allocate all variable quantities in the procedure to the feet in experimental box. We use six switch respectively represent commodity prices and throw money price and confirm payment change operation. When choosing good commodities and coin, digital pipe display selected commodity prices

3、and money price. When pressing confirm payment switch, digital pipe display should find how much money, buzzer sounded, corresponding commodity LED lights. If throw money shortage selected commodity prices, corresponding warning money shortage of LED lights.Keywords: FPGA、Verilog HDL、auto-vending machine、Quartus 目 录1、绪论.5 1.1背景.5 1.2 VHDL语言介绍5 1.2.1 VHDL语言的发展背景. 5 1.2.2 VHDL语言的基本结构62、自动售货机的设计8 2.1设计说明.8 2.1.1流程说明.8 2.1.2各模块说明.9 2.1.3顶层模块103、仿真时序图.123.1只选择商品不投币123.2选择商品但投币不足.123.3选择商品，支付硬币刚够.133.

4、4选择两样商品，支付够13 3.5选择一样商品，支付大于应付14.4、总结15致谢.16参考文献.17附录.18 1 绪论1.1 背景随着科技的发展和社会的进步，自动化商业机械有了越来越广泛的应用，自动售货机作为自动化商业机械的代表被广泛用于公共场所自动售货，给人们的生活带来了极大的方便。特别在发达国家，自动售货机已经十分普及，自动售货机可售出各种成型包装小商品，各种袋装，盒装，软瓶装等小商品。因其无需专人值守而可以每天24小时售货，被称为“无人小超市”。在我国，由于多种原因，自动售货机的市场推广缓慢，处于培育阶段，但可以预见，这种方便快捷的服务形式因其适合现代生活快节奏的需要，在不久的将来必会获得大众的喜爱。随着商品市场的不断繁荣，自动售货机和自动服务设施必将逐步得到广泛的应用。 本文设计研究自动售货机的主要功能模块，主要包括货币处理模块、余额计算模块、显示模块，延时和时控模块，由于条件上的限制，对投币模块中的货币检测未进行处理。相应的主要功能有选择货物，多次购买，出货找零，显示，延时和时控功能。 本文是通过使用VHDL语言，基于FPGA可编程芯片，并通过使用Quartus软件进行程

5、序设计，模拟仿真，功能验证，以更好的来理解和掌握自动售货机控制系统的工作原理和设计方法，以及学习和掌握基于EDA的电子产品设计方法，进一步加深对VHDL语言以及Quartus软件、FPGA可编程芯片的认识与了解。更深入的学习EDA技术，更好地掌握本专业知识。1.2VHDL语言介绍VHDL2(Very High Speed Integrated Circuit Hard-ware Description Language）是指超高速集成电路硬件描述语言。VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外,VHDL的语言形式,以及描述风格与句法,类似于一般的计算机一个电路模块或一高级语言,如C语言。VHDL的程序结构特点是，将一项工程设计或称设计实体(可以是一个元件、一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，即端口）和内部（或称不可视部分）。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。1.2.1 VHDL语言的发展背景硬件描述语言的发展至今已经有

6、几十年的历史，并已成功应用到系统的仿真、验证和设计综合等方面。其中比较著名的的有VHDL语言、AHDL语言、Verilog HDL语言等。而在七八十年代初期VHDL语言是为美国国防部工作的。它是以ADA语言为根源，就像将被看到的整体结构的VHDL和其他的VHDL报表。 1986年，有人提议VHDL语言作为IEEE标准。它经历了一些修改意见和修改，直至1987年12月获得通过，成为IEEE 1076至1987标准。它的出现为电子设计自动化的普及和推广奠定了坚实的基础。之后IEEE对87版本进行了修订，于1933年推出了较为完善的93版本（被定为ANSI/IEEE std 1076-1993标准），使得VHDL语言的编程更加灵活方便。此后，越来越多的人开始使用VHDL语言进行数字电路系统的设计。而VHDL语言有不同于软件编程语言，在编程结构和规范上有自己的特点，在此，本文就从简单介绍VHDL语言基础开始。1.2.2 VHDL语言的基本结构 一个完整的VHDL3语言程序通常包括实体(Entity)、构造体(Architecture)、配置(Configuration)、包集合(Package

7、)和库(Library)5个部分。前4种是可以分别编译的源设计单元。下面分别介绍： 实体：实体是用于描述所设计电路系统的外部接口信号，系统的输入输出端口及属性都是在实体中定义的。一个实体是设计中最基本的。最上层水平的设计是最高层的实体。如果设计分层次，那么最高层的描述将有低层描述的说明附在它里面。 构造体：构造体用于描述系统内部的结构和行为，系统要实现的功能都是在构造体内用语言进行描述的。所有实体可以有一个构造体的说明来模拟。该构造体描述的行为实体。一个单一的实体可以有多个构造体。一个构造体可能是行为而另一个可能是一个结构描述的设计。 配置：配置用于从库中选取所需单元来组成系统设计的不同版本。配置声明是用来约束一个组件实例的一双实体架构。一个配置可以被视为像一个零件清单进行设计。它描述的使用的每一个实体的行为，就像零件列表说明哪一部分用于每一部分的设计。 包集合：包集合存放各种设计模块都能共享的数据类型、常数和子程序等。包集合是一个收集常用数据类型和子程序中使用的设计。想想包含使用的工具建立的设计的一个工具箱作为一个包。 库：库存放已经编译的实体、构造体、包集合和配置。库可由用户生成或者是由ASIC芯片制造商提供，以便在设计中为大家共享。这种功能可以通过特定语句来实现。 除了以上介绍的各种术语，其它术语还有： 驱动程序：这是一个信号上的一个源。如果一个信号有两个来源，那么当两个来源是由两个驱动程序来起作用的。 总线：这个词，“巴士”通常使我想起一组信号或某个特定的通信方式，用于设计的硬件。在VHDL语言，总线是一种特殊的信号，表明可能由驱动程序来完成。 属性：一个关于VHDL对象连接到VHDL的物体或预先确定的数据的属性数据。例如，电流驱动能力的一个缓冲区或最高工作温度的装置。通用：泛指是VHDL语言传递信息实体参数的任期。例如，如果一个实体是一个门级模型的上升和下降延迟，上升和下降延误的值才能通过成为实体与仿制。 进程：一个进程是执行的VHDL中的一个基本单位。一切行动，是在模拟VHDL描述分为单个或多个进程。 在VHDL语言程序中，最重要的就是实体和构造体部分。它们是一个具体设计的核心。如果说实体是系

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