自动售货机设计

自动售货机设计一、实验任务前提：单一商品的设定值是4元，多个商品时就设定值自拟（1）自动售货机的投币口每次可以投入1元、2元、5元，且规定投入1元或2元后不得再投入5元；（2）当投入总值等于设定值时，售货机就自动送出货物；当投入的总值超过设定值时，售货机会显示余额，送出商品并自动找零；（3）编写程序，实现售单一商品的功能。按照以上要求，编写程序，实现售单一商品的功能；二、实验内容2.1设计思路图1：自动售货机RTL实验原理图图2：自动售货机的状态装换图实验原理：本次实验是在状态机的基础上设计一个自动售货机，共分为6个状态，即S0，S1，S2，S3，S4，S5，分别表示此时的金额为0元，1元，2元，3元，4元，5元。在时钟的控制下：①：当现态为S0（即0元），输出的MONEY为0元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S1（即1元）；若此时CIN为2元，则次态为S2（即2元）；若此时CIN为5元，则次态为S5（即5元）；②：当现态为S1（即1元），输出的MONEY为1元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S2（即2元）；若此时CIN为2元，则次态为S3（即3元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；③：当现态为S2（即2元），输出的MONEY为2元，有Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S3（即3元）；若此时CIN为2元，则次态为S4（即4元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；④：当现态为S3（即3元），输出的MONEY为3元，无Y0和Y1信号，故PAYBACK为0元。若此时CIN为1元，则次态为S4（即4元）；若此时CIN为2元，则次态为S5（即5元）；若此时CIN为5元，则次态为S0（即0元）；⑤：当现态为S4（即4元），输出的MONEY为4元，有Y0，无Y1信号，故PAYBACK为0元。次态为S0；⑥：当现态为S5（即5元），输出的MONEY为5元，有Y0和Y1信号，故PAYBACK为1元。次态为S0。2.2实验流程图三、实验过程3.1实验代码见附录3.2仿真波形图1单一商品的仿真波形图4：仿真波形图波形图分析如下①：输入金额为0元，则输出总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出余额也为0元；②：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；③：输入金额为1元，但是此时有一个清零复位信号，则此时的输出总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额为0元；④：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；⑤：输入金额为2元，在原有的1元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为3元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额为0元；⑥：输入金额为2元，在原有的3元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为5元，有商品输出信号和退币信号，故输出的余额为1元；⑦：输入金额为5元，因为设定的输入1元，2元以后不得在输入5元，故此时输出的总金额为0元，无商品购买成功信号和退币信号，所以此时输出的余额为0元；⑧：输入金额为1元，则此时的输出总金额为1元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额图3：单一商品时流程图①②③④⑤⑥⑧⑦⑩⑨也为0元；⑨：输入金额为1元，在原有的1元的基础上加上现在的1元，则此时的输出总金额为2元，无商品购买成功信号和退币信号，故输出的余额也为0元；⑩：输入金额为2元，在原有的2元的基础上加上现在的2元，则此时的输出总金额为4元，有商品购买成功信号，但无退币信号，故此时的余额为0元。3.3硬件实现3.3.1模式选择选择模式13.3.2引脚锁定1单一商品四、实验结果4.1硬件实现图片4.1.1单一商品时当CIN=1时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来到时，输出总金额为1元，此时没有商品输出，也没有退币两个时钟脉冲来到时，输出总金额为2元，此时没有商品输出，也没有退币三个时钟脉冲来时，输出金额为3元，此时没有商品输出，也没有退币四个时钟脉冲来时，输出金额为4元，此时有商品输出，没有退币当CIN=2时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来时，输出的总金额为2元，此时没有商品输出，也没有退币两个时钟脉冲来时，输出的总金额为4元，此时有商品输出，没有退币当CIN=5元时，结果及分析见下表一个时钟脉冲来时，输出的总金额为5元，此时有商品输出，有退币且为1元五、实验总结刚开始看到这个题目时，我就觉得一头雾水，不知道怎么开始设计这个项目，上网也查阅了很多资料，但收获仍是很少，无从下手，不知如何编写代码去实现项目的要求。后经同学提醒，本次项目是需要使用状态机去实现自动售货的功能，与之前我们上机实验中的“有限状态机的实现”很类似，于是，我便开始边看边想，慢慢地编写代码。在编写代码的时候，出现错误是很正常的，我根据QUARTUSⅡ软件平台上的错误提醒一一纠正过来了，编译无误后，开始进行波形仿真，但是出现了问题，代码没有出现编译错误，但是没有实现我想要的功能，检查了代码以后我仍然不知道问题出在哪里，于是询问同学，在同学的帮助下，找到了我代码问题所在之处，我编写的代码并不完整，也输出了很多无效状态，在本次设计要求中有，只能输入1元，2元以及5元，不得输入其他面值的钱币，我在编写代码的时候没有考虑到这一点，尽管编译没有错误，但是波形仿真不对，经修正后，得出理想的仿真波形，然后选择合适的模式，进行引脚锁定，锁定结束后开始下载测试，按照我自己设计的按键键8是时钟CLK、键1输入钱币CIN、译码器5为输入的总金额、译码器6为输出的余额，虽说，试验箱上有复位键，但是我仍然设定了一个按键作为我的RESET复位键，D1是商品购买成功的信号，D1如果亮起，则说明已经成功买到商品，反之，则没有买到，由于我所使用的试验箱的D2灯出了问题，当给了高电平以后，却没有如预期一样亮起，故换做D3作为我实验退币的信号灯，当D3亮起时，则说明此时有钱币退出，反之，则没有。经过几天的努力后，成功的完成了本次单一商品的实验，但是多个商品的实现仍然还存在一些问题，这是我的一点小小的遗憾。但总体来说，我的项目设计还算很成功附录1:单一商品的实验代码LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYautomaticISPORT(CLK,RESET:INSTD_LOGIC;CIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);--输入的总钱数Y0:OUTSTD_LOGIC;--购买成功信号Y1:OUTSTD_LOGIC;--退币信号MONEY:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);--输入的总金额数PAYBACK:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));--显示余额ENDautomatic;ARCHITECTUREoneOFautomaticISTYPEFSM_STIS(S0,S1,S2,S3,S4,S5);--定义了S0,S1,S2,S3,S4,S5六个状态SIGNALCS,NS:FSM_ST;BEGINREG:PROCESS(CLK,RESET)--一共分为两个进程，分别是REG和COMBEGINIFRESET='1'THENCS=S0;--异步清零，清零信号在CLK'EVENTANDCLK='1'之外ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENCS=NS;ENDIF;ENDPROCESS;COM:PROCESS(CS,CIN)BEGINCASECSISWHENS0=MONEY=000;Y0='0';Y1='0';PAYBACK=000;--S0状态即为初状态，此时没有输出商品，也没有余额，故也没有商品输出信号，也没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S1;--输入1元则下一状态为S1；ELSIFCIN=010THENNS=S2;--输入2元则下一状态为S2；ELSIFCIN=101THENNS=S5;--输入5元则下一状态为S5ELSENS=S0;ENDIF;WHENS1=MONEY=001;Y0='0';Y1='0';PAYBACK=000;--S1状态：输入总金额为1元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S2;--输入1元则下一状态为S2；ELSIFCIN=010THENNS=S3;--输入2元则下一状态为S3；ELSIFCIN=101THENNS=S0;--输入5元则下一状态为S0；ELSENS=S1;ENDIF;WHENS2=MONEY=010;Y0='0';Y1='0';PAYBACK=000;--S2状态：输入总金额为2元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S3;--输入1元则下一状态为S3；ELSIFCIN=010THENNS=S4;--输入2元则下一状态为S4；ELSIFCIN=101THENNS=S0;--输入5元则下一状态为S0；ELSENS=S2;ENDIF;WHENS3=MONEY=011;Y0='0';Y1='0';PAYBACK=000;--S3状态：输入总金额为3元，余额为0元，没有商品输出信号，没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S4;--输入1元则下一状态为S4；ELSIFCIN=010THENNS=S5;--输入2元则下一状态为S5；ELSIFCIN=101THENNS=S0;--输入5元则下一状态为S0；ELSENS=S3;ENDIF;WHENS4=MONEY=100;Y0='1';Y1='0';PAYBACK=000;--S4状态：输入总金额为4元，余额为0元，有商品输出信号，没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S1;--输入1元则下一状态为S1；ELSIFCIN=010THENNS=S2;--输入2元则下一状态为S2；ELSIFCIN=101THENNS=S5;--输入5元则下一状态为S5；ELSENS=S0;ENDIF;WHENS5=MONEY=101;Y0='1';Y1='1';PAYBACK=001;--S1状态：输入总金额为5元，余额为1元，没有商品输出信号，没有余额输出信号IFCIN=001THENNS=S1;--输入1元则下一状态为S1；ELSIFCIN=010THENNS=S2;--输入2元则下一状态为S2；ELSIFCIN=101THENNS=S5;--输入5元则下一状态为S5；ELSENS=S0;ENDIF;WHENOTHERS=MONEY=000;Y0='0';Y1='0';PAYBACK=000;--非法状态：当输入的不是上述已经列出的状态，则输出的状态都为初状态ENDCASE;ENDPROCESS;ENDone;