基于eda的课程设计-自动售货机控制设计

eda课程设计题目自动售卖机控制的设计系(部)班级姓名学号指导教师年月日至月日共周年月日目录1引言............................................................................................................................12EDA简介...................................................................................................................22.1EDA技术含义.................................................................................................22.2EDA技术相关概念.........................................................................................22.2.1“自顶向下”的设计方法.........................................................................22.2.2硬件描述语言........................................................................................22.2.3系统框架结构........................................................................................32.3EDA技术的基本特征.....................................................................................33QuartusII....................................................................................................................43.1QuartusII简介.................................................................................................43.2QuartusII特点.................................................................................................44自动售货机的设计....................................................................................................64.1自动售货机设计原理......................................................................................64.1.1状态机原理分析....................................................................................64.1.2状态转移图............................................................................................64.1.3仿真图分析............................................................................................64.1.4硬件封装图............................................................................................85总结............................................................................................................................9参考文献......................................................................................................................10附录..............................................................................................................................1111引言随着生活节奏的不断加快，自动化已经成为人们日常生活之中不可缺少的组成部分。自动柜员机，自动售货机机，自助缴费终端等以成为人们所喜爱的方式。本文所设计的简易自动售货机，再接收到货币已输入的前提下，靠触摸控制按钮输入信号使控制器启动相关位置的机械装置完成规定动作，将货物输出。通过数码管显示商品的的价格、顾客已投币数以及找零,如果投入的币额足够时，则自动送出商品，并且把多余的钱找回，在数码管上显示出来。如果两者币的相等，则直接送出商品。如果投入的币额不足时则报警，报警时间3秒。当顾客一旦按下确认键3秒后，自动售货机将自动恢复到初始状态，此时顾客才可以进行下一次购货操作。另外设置一复位按钮，当复位按钮按下时，自动售货机回到初始状态。此售货机还有商家控制的整体复位功能。该售货机使用方便，结构简单，灵活通用等优点，因此在销售业，食品产业得到广泛的应用。因此，我在本次课程设计中选择了自动售货机这个课题。以Quartus为开发软件，以FPGA为硬件载体，设计并实现了自动售货机。22EDA简介2.1EDA技术含义EDA是电子设计自动化（ElectronicDesignAutomation）的缩写，EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言HDL完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。2.2EDA技术相关概念2.2.1“自顶向下”的设计方法10年前，电子设计的基本思路还是选择标准集成电路自底向上（Bottom-Up）地构造出一个新的系统，这样的设计方法就如同一砖一瓦地建造金字塔，不仅效率低、成本高而且还容易出错。高层次设计给我们提供了一种自顶向下（Top-Down）的全新的设计方法，这种设计方法首先从系统设计入手，在顶层进行功能方框图的划分和结构设计。在方框图一级进行仿真、纠错，并用硬件描述语言对高层次的系统行为进行描述，在系统一级进行验证。然后用综合优化工具生成具体门电路的网表，其对应的物理实现级可以是印刷电路板或专用集成电路。由于设计的主要仿真和调试过程是在高层次上完成的，这不仅有利于早期发现结构设计上的错误，避免设计工作的浪费，而且也减少了逻辑功能仿真的工作量，提高了设计的一次成功率。2.2.2硬件描述语言硬件描述语言（HDL-HardwareDescriptionLanguage）是一种用于设计硬件电子系统的计算机语言，它用软件编程的方式来描述电子系统的逻辑功能、电路结构和连接形式，与传统的门级描述方式相比，它更适合大规模系统的设计。例如一个32位的加法器，利用图形输入软件需要输入500至1000个门，而利用VHDL语言只需要书写一行A=B+C即可，而且VHDL语言可读性强，易于修改和发现错误。早期的硬件描述语言，如ABEL-HDL、AHDL，是由不同的EDA厂商开发的，互相不兼容，而且不支持多层次设计，层次间翻译工作要由人工完成。为了克服以上缺陷，1985年美国国防部正式推出了VHDL(VeryHighSpeedICHardwareDescriptionLanguage)语言，1987年IEEE采纳VHDL为硬件描述语言标准（IEEESTD-1076）。----VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流、行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。另外，VHDL还具有以下优点：VHDL的宽范围描述能力使它成为高层次设计的核心，将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试，只需花较少的3精力用于物理实现。VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑的设计，灵活且方便，而且也便于设计结果的交流、保存和重用。VHDL的设计不依赖于特定的器件，方便了工艺的转换。VHDL是一个标准语言，为众多的EDA厂商支持，因此移植性好。2.2.3系统框架结构EDA系统框架结构(Framework)是一套配置和使用EDA软件包的规范，目前主要的EDA系统都建立了框架结构，如Cadence公司的DesignFramework，Mentor公司的FalconFramework等，这些框架结构都遵守国际CFI组织(CADFrameworkInitiative)制定的统一技术标准。Framework能将来自不同EDA厂商的工具软件进行优化组合，集成在一个易于管理的统一的环境之下，而且还支持任务之间、设计师之间在整个产品开发过程中实现信息的传输与共享，这是并行工程和Top-Down设计方法的实现基础。2.3EDA技术的基本特征EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向，它的基本特征是：设计人员按照自顶向下的设计方法，对整个系统进行方案设计和功能划分，系统的关键电路用一片或几片专用集成电路（ASIC）实现，然后采用硬件描述语言（HDL）完成系统行为级设计，最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件。这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。43QuartusII3.1QuartusII简介QuartusII是Altera公司的综合性PLD开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（AlteraHardwareDescriptionLanguage）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。QuartusII可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。QuartusII支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三放EDA工具。AlteraQuartusII作为一种可编程逻辑的设计环境,由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。AlteraQuartusII（3.0和更高版本）设计软件是业界唯一提供FPGA和固定功能HardCopy器件统一设计流程的设计工具。工程师使用同样的低价位工具对StratixFPGA进行功能验证和原型设计，又可以设计HardCopyStratix器件用于批量成品。系统设计者现在能够用QuartusII软件评估HardCopyStratix器