1、 密級： NANCHANG UNIVERSITY 學 士 學 位 論 文 THESIS OF BACHELOR（2012 2016年）題 目 基于Verilog HDL的自動售貨機設計 學 院： 信息工程學院 系 電子信息工程系 專業班級： 學生姓名： 學號： 指導教師： 職稱： 教授 起訖日期： 2016.3.142016.6.3 摘要基于Verilog HDL的自動售貨機設計 專 業：電子信息工程 學 號：6100212164 學生姓名：田啟澤 指導教師：陶凌摘要自動售貨機是商業自動化的常用設備，它不受地點和時間的限制，能夠支持線上，線下多種支付方式，出貨迅速，并且操作簡單方便，因此受到了

2、社會各群體的歡迎。現目前自動售貨機多為單片機設計，常出現因功能單一不能滿足顧客需求，性能不穩定帶來各種售貨出錯等現象。 本文將論述采用EDA方法，以Quartus為軟件開發平臺，使用Verilog HDL語言設計，經過仿真后，在FPGA器件中實現自動售貨機系統的詳細流程。經過仿真驗證設計可以實現投幣計次，兩種售價均為兩元的商品選擇，購物操作無條件取消，按鍵消抖，以及投幣退幣數量顯示功能。硬件電路用一個按鍵電路實現投幣功能，以led的點亮的數量指示投幣的數量和商品出貨情況，并以七段數碼管顯示退幣的數量。關鍵詞：自動售貨機；Verilog HDL；FPGA；EDA；Quartus IIAbstra

3、ctDesign of Vending Machine Based on VHDLAbstract Vending machines are commonly used as commercial automated equipment, it is not restricted some trouble aspects,such as place,time and so on. It support online, offline payment methods, fast shipping, and easy operation, therefore has been welcomed b

4、y all social groups. Vending machines are currently a mostly single-chip design, often due to a single function can not meet customer needs, bring a variety of sales performance problems due to unstable capability. This article will discusses the selling process of the vending machine by using Quart

5、us as software development platform, with the EDA method and through Verilog HDL language designing, after simulating, complying vending machine system in FPGA devices. After simulation designed it can be achieved coin metering and selection of commodities both are priced at two yuan, unconditionall

6、y canceled, key debounce and coin-coin number display. Hardware circuit using a function key circuits replays coin-operated,the number of led lights indicates the number of shipments of goods and coin, and using seven-segment LED to display the number of coin return.Keywords: vending machine；Verilog

7、 HDL；FPGA；EDA；Quartus IV目錄目錄摘要Abstract第一章 緒論1 1.1 自動售貨機設計的研究背景1 1.2 自動售貨機設計的研究意義2 1.3 國內外研究現狀2 1.4 自動售貨機設計的主要內容3第二章 相關技術簡介5 2.1 EDA技術簡介5 2.2 Verilog HDL語言介紹6 2.3 Quartus軟件開發平臺7第三章 總體設計方案8 3.1設計要求8 3.2 總體設計8第四章 模塊設計及仿真測試10 4.1 投幣計次功能的實現10 4.2 led與數碼管顯示功能的實現11 4.3 無條件取消功能的實現14 4.4 商品選擇出貨功能的實現16 4.5 抖動

8、消除電路的實現18第五章 總體功能的仿真測試20結論23參考文獻（References）24致謝25附錄26VI第一章 緒論第1章 緒論1.1 自動售貨機研究背景 中國產業調研網發布的2016年版中國自動售貨機市場現狀調研與發展趨勢趨勢分析報告認為,居民收入水平顯步攀升，自動售貨機的迅猛發展得益于消費群體追逐靈活、智能、高效以及自助式服務。現今自動售貨機已經成為了歐美發達國家經濟發展中的一個不可分割部分,特別是對青年一代,這種伴隨其成長的前衛零售方式更可謂是一種新的消費時尚1。自動售貨機具有技術含量高、銷售方式新、市場潛力大、商品貨真價實等優點,決定了它廣闊的發展。而且,它與電子購物等新型消費

9、方式相通,能創造出巨大的商機。自動售貨機在一些發達國家應用非常普遍,1930年,美國研制出世界第一臺自動售貨機,主要販賣香煙。而自動售貨機在我國的投入使用,也已經有20多年的時間,但一直沒有全面普及。十九世紀三十年代，我國開始引進日韓等國的老舊機器投入市場，到如今的自主研發和生產販賣機，我國自動售貨機生產工廠，運營商家蹣跚起步，攻克了一道道技術，市場難題，已經在國內零售行業內打下了良好的基礎，開辟了一條順暢的零售之路。目前我國的自動售貨機發展趨勢已經日漸清晰，自動售貨機市場已經慢慢由沿海發達地區向中西部欠發達地區拓展2。中國是世界上經濟發展最快的國家之一,但是目前市場上僅置放了區區4萬臺自動售

10、貨機。許多企業家開始成立自動售貨機公司,但還沒有找到有效的定價模式。在許多公司當中,僅有一家是盈利的,因為它們占據了有利的地點，售貨機功能齊全，商品的價位更容易讓廣大百姓接受，除了供應日常的食品之外，還提供了其他許多物品。 由于中國自動售貨機市場起步較晚，民眾對自動售貨機的接受度低，對其安全性存在種種質疑，這是中國自動售貨機市場發展緩慢的主要原因。除此之外，販賣機的功能單一，價格不具備市場競爭力，貨幣識別能力也比較差，這些都是影響消費者進行選擇的重要因素。由于自動售貨機在國內屬于新鮮事物，民眾對其充滿了好奇之心，蓄意破壞者大有人在，自動售貨機投入市場初期，在一些城市幾乎遭到"滅頂之災

11、"。曾經有人將價值昂貴的自動售貨機毀壞，只是為了拿去其中價格低廉的商品。可以說自動售貨機在某種程度代表的是城市發達程度,同時也考驗著人們的素質與涵養。現如今，伴隨著自動售貨機技術的成熟和市民對自動售貨機的加深了解，新的消費方式也逐步促進了人們更高的文明素質,自動售貨機的發展命運正在悄悄地發生著變化。原先,自動售貨機由于不能識辨新幣和功能比較單一,錢幣有被卡的現象不時出現,安全性也不如現在,造成自動售貨機被損壞的情況時有發生。如今，自動售貨機可以做到同時制冷與加熱，可以滿足不同人群的消費需求3。安全，透明的展示窗可以起到良好的廣告效果。貨幣識別技術也日趨完善，能夠識別二十元以下（包括二

12、十元）的所有幣種，并且還能夠識別貨幣的真假。控制系統更是方便智能，可以根據市場需求設定營業時間以及燈光的照明時間，節能效果極好。同時,還具備了一般的公務能力，統計，盤點，打印等功能是樣樣具備。 1.2 自動售貨機的研究意義隨著中國經濟的不斷騰飛，居民收入顯著增加，消費水平逐步攀升，社會智能化程度不斷加深，人們的消費意識向智能高效，省時安全轉變，自動售貨機將以其獨特的優勢在經濟騰飛浪潮中進一步在市場經濟體制中獲得更廣泛的支持與歡迎。就其目前在中國的現狀而言，自動售貨機在中國的發展必然在未來幾年中取得舉足輕重的進步。時代的發展為自動售貨機的普及奠定了良好的背景，然而自動售貨機在中國的現狀大大落后于

13、歐美等發達國家。究其原因，第一，我國自動售貨機的研發與普及較歐美國家起步晚是一個比較重要的因素，第二，國內自動售貨機要普遍發展也有著相當的技術瓶頸。然而國內企業普遍缺乏自主創新能力，無法攻克自動售貨機研究技術難題。自動售貨機市場在未來幾年將極度繁華，然而國內的硬件設備還不具有迎接繁華時代到來的基礎。目前我國分布的自動售貨機大都為國外引進，外國技術容易遏制我國相關技術的發展。自動售貨機作為一種集成度極高的高新產品，要想在國內普及國產自動售貨機，必須解決各類技術問題，才有可能趕超歐美，實現自動售貨機在中國的普及目標4。1.3 自動售貨機的國內外研究現狀國內市場自動售貨機僅僅引入不到十年，依然處于市

14、場導入期，競爭相對來不是很激烈。自動售貨機在國內處處充滿著無限商機。截至2016年，國內自動售貨機擁有量約為13萬臺，相對于14億人口的國家，這個數字遠遠不能夠滿足消費者的需求。假如按中國現有的城市人口6.7億人計算,平均每10000人中才有一臺自動售貨機。相對于東南亞，歐美西方發達國家擁有量是遠遠落后的。在很多的發達國家中，自動售貨機的營業額可以占到零售業總額的百分之六十及以上，而且保持平均每年百分之五的增速。大好的市場趨勢，促使著自動售貨機生產商和運營商不斷改革其生產技術和運營成本。目前國內制造商共有一百家之多，運營商更是多達五十家之多。此外,國外巨頭企業也開始進入中國市場5。日本自動售貨

15、機市場已經趨于飽和，其國內自動售貨機行業老大-富士電氣集團，世界規模最大的日本自動售貨機運營商-日本飲料公司，已經開始覬覦中國這片尚未完全被開發的市場。無獨有偶,美國自動售貨機行業巨頭De Amertek集團、恒新集團等行業巨頭也開始在投放它們的產品，中國企業迎難而上，困難重重。截至目前，相關企業已經開拓了四種銷售模式。第一種是具有強大經濟實力的專業運營商進行整體購買。第二種是合資或合作的形式,雙方在某個市場上發掘出共同利益點，展開合作或者合資。利用資源優勢，共同開拓市場。第三種是租賃給有意于自動售貨機行業的創業者。第四種方式是生產廠家囊括生產，運營于一身。自動售貨機的發展階段如圖1-1所示。

16、圖1-1另外,國內一些自動售貨機企業為了提升產品競爭力,已經進入了自主創新模式。2004年,天津和重慶出現了一種通過手機就可以購物的自動售貨機。用戶不必現場繳納現金，只需要在交話費的同時將貨款一并結算即可，這種購物方式雖說不能夠顛覆傳統付費模式，但也在一定程度上沖擊了傳統購物模式的霸主地位。與此同時，中國自動售貨機市場進入全新的e時代購物新模式。新平臺基于無線通訊技術實現實時庫存管理系統、電子結算、LCD大屏互動廣告等幾大新型功能6。1.4 自動售貨機設計的主要內容本文主要研究利用自動售貨機來完成商品選擇、投幣計次、出貨操作、led數碼管顯示等功能。主要完成了以下幾個方面的工作：1. 對自動售

17、貨機的研究背景及其研究意義做了簡短的分析。2. 對設計中用的EDA技術以及Verilog HDL語言、Quarter軟件開發平臺相關技術做了簡單的介紹。3. 在對自動售貨機的整個控制系統進行了研究梳理之后，提出了售貨機的整體設計方案。4，對各個子模塊功能的利用Verilog HDL語言程序的輸入的方式進行了詳細的分析設計，并且對每一個子模塊進行了仿真測試，對其相對應的功能進行了驗證。5，最后對整個系統進行了仿真，對整個自動售貨機的功能進行了驗證。4第二章 相關技術簡介第二章 相關技術簡介2.1 EDA技術簡介 EDA（Electronic Design Automation）技術全稱為電子設計

18、自動化技術。這是一種高效的電子設計自動化工具，是隨著集成電路和計算機技術飛速發展而應運而生的設計工具。它主要輔助設計以下三個方面的工作，一是集成電路設計，二是電子電路設計，三是印刷電路板設計。應用EDA技術，可以在計算機環境下進行模擬，檢驗，布圖和測試。不僅可以節省開發成本，還可以很大程度的提升各種設計的質量。EDA技術的發展是與可編程邏輯器件，大規模集成電路設計，計算機技術和電子設計技術同步的。EDA技術的發展大致經歷了以下三個階段，第一個階段是七十年代至八十年代的CAD（Computer Aided Design）階段，邏輯仿真，PCB設計以及IC版圖編輯均須設計人員手工進行計算。第二階段

19、是八十年代中后期的CAE(Computer Aided Engineering)階段6。較CAD 階段，增加了電路功能和結構設計，并且通過電氣連接將二者連接在一起，實現了工程設計。第三階段即九十年代的設計自動化階段。此時的EDA技術已成一個完整的系統，設計師僅需給出工程的性能指標要求，EDA系統即可自動給出相關設計方案。到了21世紀，EDA技術更是發生了翻天覆地的變化。各項技術均日益成熟。  現代電子設計都需要借助計算機上的EDA相關軟件進行，手工設計的時代已然被顛覆。EDA技術依賴性能強大的計算機。借助開發平臺例如Quartus，輸入相應的硬件描述語言程序，便能夠自動的完成邏輯編譯

20、，化簡，分割，綜合，布局布線以及仿真測試，實現電子線路系統功能。EDA技術概括起來有以下幾個主要特點7。 一是硬件語言設計輸入。EDA系統輸入方式包含硬件描述語言輸入和原理圖輸入方式。而硬件語言輸入方式在工程設計中占比在百分之七十以上。硬件語言描述方式的突出優點是:公開可利用性，設計與工藝無關，描述能力強，可以實現大規模的系統設計，設計的復用和繼承性好。二是自頂向下的設計方法。其突出優點在于可以很大程度簡化設計的復雜性，有利于在早期發現設計中的錯誤，提高設計的額一次成功率。三是邏輯綜合與優化。其優點在于將高層次的系統設計自動的翻譯成門級電路描述，實現了設計與工藝相互獨立。四是開放性和標準性8。

21、一個EDA系統只要建立了符合標準的開放式框架結構，就可以與其他工廠的電子設計工具一起工作。這樣，設計者就可以充分利用相關資源，提高設計的質量。五是豐富的庫。21世紀的EDA工具已經形成了一個較完整的庫，包含了元器件圖形符號庫，元器件模型庫，工藝參數庫，標準單元庫，可復用的電路模塊庫以及IP庫等等9。完整的庫文件可以很大程度的提高設計效率。2.2 Verilog HDL語言介紹 Verilog HDL和VHDL是目前世界上最流行的兩種硬件描述語言(HDL:Hardware Description Language),被廣泛地應用于基于可編程邏輯器件的項目開發。二者都是在20世紀80年代中期開發出

22、來的,前者由Gateway Design Automation公司(該公司于1989年被Cadence公司收購)開發,后者由美國軍方研發10。Verilog HDL由C語言發展而來，繼承了C語言設計的簡介，高效和易用的特點。既可以用Verilog HDL語言來進行各種層次的邏輯設計，也可以進行數字系統的仿真測試，時序分析和邏輯綜合。Verilog HDL語言已經成為ASIC設計領域的標準。適合于算法級，寄存器傳輸級，門級和版圖級燈各層次設計描述11。Verilog HDL語言主要功能有以下幾個：一是可描述順序執行和并行執行的程序結構。二是使用延遲程序來清晰的表達控制過程的起止時間。三是提供了豐

23、富的條件和循環程序結構。四是提供了完整的一套表示組合邏輯基本原件的描述與。較之于VHDL語言，Verilog HDL語言屬于RTL硬件描述語言，只適合RTL級以及更低層次的門電路級設計。然而所有的硬件描述語言設計，最終都要轉換成門電路級才能夠實現布局布線。所以Verilog HDL語言程序的綜合過程較VHDL簡單12。2.3 Quartus軟件開發平臺  Quartus是由Altera公司開發的一種EDA工具，是經過A+plus、然后到MAX+plus,再到MAX+plus發展而來的。Quartus支持多種輸入方式，例如原理圖輸入，硬件編程語言輸入等，在使用Quartus軟件時，它會

24、將設計人員設計好的硬件編程語言或者原理圖等自動轉換目標文件，最后將目標文件下載到器件中。通過DSP Builder工具，Quartus能很好的跟Matlab、Simulink等結合起來，從而能夠方便快捷的實現不同的DSP系統的設計13。因為有著簡單直接的入口和很強的設計能力，以及使用靈活、方便快捷的優點，所以很受廣大設計者的青睞14。Quartus軟件有以下特點：l 支持多平臺的設計輸入，結合其處理和驗證功能使其成為一個全集化的開發平臺，讓開發周期變短。l 是一個與結構無關的開發工具，Quartus通過把Cyclone、APEX、Mercury等設計環境轉化為所需要的格式，真真正正的成為唯一一

25、個與結構無關的開發工具。l 具有很具有全面的可設計開發資源，是一個集系統設計、軟件開發、邏輯設計于一體的綜合性開發平臺。Quartus的編程設計流程圖所示： 圖2-17第三章 總體設計方案第三章 總體設計方案3.1 設計要求 1，自動售貨機可售賣兩種飲料，包括cola型和diet型。 2，飲料價格均為兩元，顧客可投入兩個一元硬幣進行購買。 3，購買途中，若按下取消鍵，自動售貨機將無條件退幣。 4，選中飲料后，若投幣數量等于飲料價格，指示燈將被點亮。 5，退幣過程中以數碼管顯示的數字來指示退幣數量。 6，機器包含復位電路。3.2 總體方案設計 根據圖3-1功能流程圖，可具體將售貨機分成如下幾個模

26、塊：投幣計次功能模塊，Led燈顯示功能模塊，無條件取消功能模塊以及貨品選擇出貨模塊。在此圖3-1方案中，自動售貨機系統以FPGA作為處理和控制的核心，能夠完成貨物的信息存儲，進程控制，硬幣處理和顯示等功能。系統根據用戶選擇的商品價格，并且能夠完成對用戶投入硬幣與貨物價格的數量比較，如用戶投入金額大于等于商品價格，則給出商品并計算找零，若金額不足則發出警告信號并退幣，取消本次操作。在購買過程當中，若用戶按下取消鍵，則系統無條件退幣并通過led顯示退幣數量。本設計包含兩個輸出口OUT與OUT1。OUT輸出口代表商品輸出情況。OUT1代表找零退幣情況，輸出產生上升沿脈沖即認為輸出完成。用三位LED燈

27、顯示商品輸出情況，位一位二分別代表cola與diet飲料的輸出狀態。9位3，4顯示投入的硬幣數量。a為硬幣輸入，系統通過信a產生的上升沿對硬幣金額進行累加。由此根據金額總量輸出對應商品。對整個系統的端口設置如下：1，輸入端口：1024Hz時鐘輸入，a硬幣輸入，reset取消，復位輸入端口，cola，die飲料選擇輸入端口。2，輸出端口：out飲料輸出端口，out1退幣指示端口，數碼管顯示端口，led商品指示輸出，投幣數量顯示。3，內部可讀輸出端口：a1投幣計次信號。確定了系統的輸入輸出端口之后，以下詳細介紹系統內部工作原理：當系統受到reset信號之后，輸入輸出端口清零。當系統開始接受投幣之后

28、，投幣計次電路開始工作，系統每接受一個硬幣，a1累加一次，直至累加至2.當投幣累加兩次之后，開始選擇飲料類別。在選擇一種飲料之后，等待下一個時鐘信號上升沿，out輸出信號輸出為1.當有飲料輸出時，led的低二位將顯示為何種飲料被售出，高二位將顯示投幣數量。在售賣過程中，若顧客中途取消交易，系統收到reset信號，七段數碼管將顯示應退幣數量。輸出out也相應的轉為零。11第四章 模塊設計及仿真測試第四章 模塊設計及仿真測試4.1投幣計次功能的實現系統在1024Hz時鐘作用下對投幣信號a上升沿脈沖進行累加寄存于a1當中，實現累加功能，流程圖如圖4-1所示。當a等于1時，寄存器a1進行加一操作，若a

29、不等于1，則，不對a進行任何操作。？圖4-1程序如下：if(a=1) /if語句判斷是否投入一元硬幣。a1<=a1+1; /一元硬幣投入，a1在原來的值得基礎上加一。else a1<=a1; /if語句不滿足，則對a1不進行任何操作。仿真結果如圖4-2所示圖4-2由圖4-2可知當a出現高電平時，a1在時鐘信號下一個clk上升沿到來時進行加一操作，因為所設計的商品價格均為兩元，故a1設為兩位寄存器類型數據即可。由Quqrtus軟件內部生成的RTL電路圖如圖4-3所示：圖4-34.2 led與數碼管顯示功能的實現顯示功能主要體現在對硬幣數量的顯示，以及售出商品對應的商品led顯示。因開

30、發板至包含4位led。故改選用七段數碼管對退幣金額數量進行顯示。若選擇cola型飲料，且金額滿足出貨條件，則led燈第一位及第四位被點亮。若選擇diet型飲料，則led第二位以及第四位被點亮。若輸入金額為零，則led 全滅。若輸入金額為一，則led第三位點亮。若購買途中交易被取消，則一位七段數碼管顯示退幣金額。程序流程圖如圖4-4所示。顯示功能模塊程序如下:if(a1=2)/a1滿足商品價格，系統根據選擇的商品點亮不同的led燈begincase(cola,diet)2'b01:led<=4'b1001;/選擇diet型飲料時，四位led顯示1001。2'b10:

31、led<=4'b1010;/選擇cola型飲料時，四位led顯示1010。default:led<=4'b1000;/其他不合法情況，四位led顯示1000。endcase？圖4-4 如果選擇cola型飲料，則當a1滿足商品價格兩元時，led顯示10001；選擇diet型飲料則顯示1010。若不選擇飲料，投幣一元顯示0100，投幣兩元顯示1000。其他情況均顯示0000。 Cola型飲料仿真結果如圖4-5所示，四位led顯示1010。圖4-5 Diet型飲料仿真結果如圖4-6所示，四位led顯示1001。圖4-6 投幣不選擇飲料時的led顯示如圖4-7所示,當a出現

32、一個上升沿時，四位led顯示0100，當a出現第二個上升沿時，四位led顯示1000。圖4-7由Quqrtus軟件內部生成的RTL電路圖如圖4-8所示：圖4-84.3無條件取消功能的實現顧客在購買商品的過程中，如果按下了reset按鍵，自動售貨機系統將轉入無條件退幣程序。退幣過程中，七段數碼管將顯示應退還的硬幣數量。若按下reset按鍵之前已投幣兩元，則在數碼管上顯示數字2。若在按下reset按鍵之前已投幣一元則顯示數字1。其流程圖如圖4-9 所示。實現程序如下：if(reset)/檢測reset按鈕是否被按下，條件為真，執行以下程序begincase(a1)0:duanxuan<=8&

33、#39;b11111100;/按下reset按鈕時，a1值為2，數碼管顯示數字21:duanxuan<=8'b01100000;/a1值為1，數碼管顯示數字12:duanxuan<=8'b11011010;/a1值為0，數碼管顯示數字0default:duanxuan<=8'b11111111;/其他不合法情況七段數碼管全亮endcase？圖4-9投幣兩元后按下reset按鈕的仿真波形如圖4-10所示，七段數碼管的值為11011010，其值為2:圖4-10 投幣一元后按下reset按鈕的仿真波形如圖4-11所示，數碼管顯示阿拉伯數字1，七段數碼管為01

34、100000：圖4-11 不投幣按下reset按鈕后的仿真波形如圖4-12所示，七段數碼管的值為11111100，其值為0：圖4-12 其他不合法數值（例如a1值為3時）得顯示如圖4-13所示，七段數碼管的值為11111111：圖4-13由Quqrtus軟件內部生成的RTL電路圖如圖4-14所示：圖4-144.4 貨品選擇出貨功能的實現當a1滿足出貨條件時，若選擇diet型飲料，輸出口out輸出一個正脈沖。且四位led數值為1001。若選擇cola型飲料，輸出口out輸出一個正脈沖。四位led數值為1010。主體程序如下:if(a1=2)/若a1滿足出貨條件，則執行下列程序begincase(

35、cola,diet)01:begin out<=1;led1:0<=2'b01;end/選擇diet型飲料，out=1，led1:0=01；10:begin out<=1;led1:0<=2'b10;end/選擇cola型飲料。Out=1，led1:0=10default:begin out<=0;led1:0<=2'b00;end/其他不合法情況，out=0，led1:0=00endcaseendelseout<=0;led1:0<=2'b00;/a1不滿足出貨條件，out=0，led1:0=00 流程圖如圖4-

36、15所示 圖4-15 選擇diet型飲料，當a1滿足出貨條件時的仿真結果如圖4-16所示，out輸出一個正脈沖:圖4-16 選擇cola型飲料，當a1滿足出貨條件時，out產生一個正脈沖，且led1:0=10，其仿真結果如圖4-17所示：圖4-17由Quqrtus軟件內部生成的RTL電路圖如圖4-18所示：圖4-184.5 抖動消除電路的實現 由于按鍵觸點存在彈性，當按鍵被按下時，按鍵并不會馬上穩定的接通，而是會出現一段時間的抖動，在斷開時也不會立即斷開，情況也是如此。一般抖動時間為5ms10ms，所以在做按鍵檢測時必須加入消抖程序15。一般按鍵消抖有兩種方案：一是延時重采樣，二是持續采樣。這

37、里采用延時重采樣，當檢測到key_in鍵被按下時，延時20ms后再次檢測該按鍵與20ms之前的結果相與之后若為1，則判定該按鍵被按下，相關程序將在附錄中列出16。23第五章 總體功能的設計與仿真第五章 總體功能的測試仿真 總體功能的實現是指當所有部分功能綜合在一起構成一個整體程序，總體實現所有設計目標功能。在以下內容中給出其仿真結果，總體程序見附頁。 選擇diet型飲料，a1=2滿足出貨條件，四位led燈顯示1001，其仿真結果如圖5-1所示。圖5-1 投入兩個硬幣之后按下reset按鍵后，數碼管顯示退幣兩元。仿真結果如圖5-2所示。圖5-2 投入一個硬幣之后按下reset按鍵，數碼管顯示退幣

38、一元，輸出out為零，仿真結果如圖5-3所示。38第五章 總體功能的設計與仿真圖5-3 投入金額不足時，選擇cola型飲料，輸出out為零，led顯示0100。仿真波形如圖5-4所示。圖5-4 同時選擇兩種飲料時的仿真圖如圖5-5所示，有圖可知，當同時選擇兩種飲料時，即使投入金額滿足出貨條件，輸出out依舊為零，且led顯示為1000，即無任何飲料杯售出，故滿足一次僅限購買一種飲料的設計要求。圖5-5由Quqrtus軟件內部生成的RTL電路圖如圖5-6所示：圖5-6結論結論 隨著計算機技術和通信技術的發展，自動售貨機的發展方向也必將向著更加智能化和人性化轉化，從自動售貨機基礎功能出發，本文在分

39、析了自動售貨機的功能特點后，以Quartus為軟件開發平臺，通過EDA方法，使用Verilog HDL語言編程完成了自動售貨機控制系統的設計，在整個設計工作當中，主要完成了以下兩個方面的工作；（1） 對自動售貨機的發展背景及其現狀及研究意義進行了總結和歸納,經過總結可以發現高效智能,節能環保是現在起高科技設備發展的一個重要方向,而使用FPGA器件進行系統開發,可以很大程度的節約開發成本,運營成本,并且真正的實現了高效智能的系統效果,相比于單片機開發,FPGA器件在其器件集成度以及編程的高效性上明顯高于現目前的其他開發方式,可以說,電子行業未來將向著FPGA開發傾斜。完成了整個系統方案的設計,為

40、了簡化系統設計，特將系統劃分為五個模塊，在此基礎上分別對這五個模塊進行了功能設計。（2） 利用Verilog HDL語言輸入的方式，對子模塊進行了詳細的軟件的設計，并且分別完成了相應的功能仿真測試，并且對每個功能模塊都進行了仿真結果進行分析。最后在綜合各個模塊的基礎上，對整個自動售貨機系統進行了仿真，通過各個模塊仿真測試以及整體系統的仿真測試結果可以看出，此次自動售貨機的設計工作達到了最初的所有設計要求，實現了各項功能要求。此次設計的自動售貨機是初步具備售貨功能的簡易售貨機，其功能較單一，只能對代之以按鍵的硬幣投入進行識別，而且售賣的商品也只有兩種，但是這次設計也能收獲非常不錯的影響，可以初步

41、認識自動售貨機的工作流程，FPGA開發的流程，為以后加入更加豐富的貨幣識別技術，豐富的商品售賣，創造更具吸引力的國產自動售貨機打下良好基礎。 通過對整個系統的功能測試發現基于FPGA器件的自動售貨機的工作性能是比較穩定和可靠的，而且操作簡單易掌握，實用性很強。由于經驗不足和時間原因，本文中對該自動售貨機系統的設計也存在了一些不足之處。在本系統中，只設定了兩種商品，商品選擇功能不完善；購買商品后的結算方式比較單一，只能現金支付，缺少例如IC卡支付，線上支付等智能支付方式。所有這些問題會對在相關知識進行更深入的學習后逐一解決，努力對該控制系統進行改進，使其更加完善。參考文獻（References）

42、參考文獻（References）1 2016年版中國自動售貨機市場現狀調研與發展趨勢分析報告J，1672385,20152 孔維東，邸國強.利用VERILOG HDL實現自動售貨功能J，中國科技投資，20133 張可兒.基于Verilog HDL自動售貨機系統設計N，隴東學院學報，20124 王雯雋.基于Verilong-HDL自動售貨機的設計與實現N，微型電腦應用，20055 陳悅.自動售貨機控制器的設計與實現J，福建電腦，20156莊曉璐.全新E時代自助售貨機也可刷卡購物J，上海信息化，2006,1672-8424，P84-P85.7 潘松等.EDA技術與VHDLM，北京：清華大學出版社8

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