自动售货机控制系统VHDL有限状态机实现.doc

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1、自动售货机控制系统的VHDL状态机实现  传统的状态机设计方法需进行繁琐的状态分配、绘制状态表、化简次态方程等，而利用VHDL可以避免这些繁琐的过程，直接利用状态转换图进行状态机的描述，所有的状态均可表达为CASE_WHEN结构中的一条CASE语句，而状态的转移则通过IF_THEN_ELsE语句实现。此外，与VHDL的其它描述方式相比，状态机的VHDL表述丰富多样，程序层次分明，结构清晰，易读易懂；在排错、修改和模块移植方面也有其独到的特点。  2自动售货机控制系统的实现2.1自动售货机功能描述及控制系统　　设计一

2、个自动售货机的逻辑控制电路。它有两个投币口分别为一元投币口和五角投币口，假设每次只能投入一枚一元或五角硬币，投入一元五角硬币后机器自动给出一瓶矿泉水，投入两元硬币后，在给出一瓶矿泉水的同时找回一枚五角的硬币。图1为自动售货机控制系统方框图，由投币信号处理模块和功能控制模块组成。       2.2自动售货机控制功能的状态描述　　取投币信号为输入逻辑变量，投入一枚一元硬币时用A=1表示，未投入时A=0。投入一枚五角硬币用B=1表示，未投入时B=0。给出矿泉水和找钱为两个输出变量，分别用Z和Y表示，给出矿泉水时Z=1，

3、不给时Z=0，找回一枚五角硬币时Y=1，不找时Y=0。　　根据上面的功能描述，可用三个状态S0，S1，S2表示，未投币前的初始状态为S0，投入五角硬币以后为S1，投入一元硬币后(包括投入一枚一元硬币和投入两枚五角硬币的情况)为S2，再投入一枚五角硬币后电路返回S0，同时输出为Z=1，Y=0；如果投入的是一枚一元硬币，则电路也应能返回S0，同时输出为Z=1，Y=1。根据上面的分析可得到状态转换图如图2所示。2.3自动售货机功能控制模块的VHDL实现　　      根据图2所示的状态转换图，用VHDL语言中的CASE_

4、WHEN结构和IF_THEN_ELSE语句实现控制功能，源程序如下：LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYshj_ctrlISPORT(A,B:INSTD_LOGIC;clk:INSTD_LOGIC;Z,Y:OUTSTD_LOGIC);ENDshj_ctrlARCHITECTUREbehaOFshi_ctrlISTYPEstatesIS(S0,S1,S2);SIGNALstate:states;SIGNALX:STD_LOGIC_VECTOR(1DOWNTO0);

5、BEGINX<=A&B;PROCESS(x,state)BEGINIFrising_edge(clk)THENCASEstateISWHENS0=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=s1;ELSIF(X="10")THENstate<=s2;ELSEstate<=s0;ENDIF;WHENS1=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=s2;ELSIF(X="10")THENstate<=S0;Z<='1';Y<='0';ELSEstate<=s1;

6、ENDIF;WHENS2=>Z<='0';Y<='0';IF(X="01")THENstate<=S0;Z<='1';Y<='0';ELSIF(X="10")THENstate<=s0;Z<='1';Y<='1';ELSEstate<=s2;ENDIF;ENDCASE;ENDIF;ENDPROCESS;ENDbeha;c上面程序中，A、B分别为一元硬币和五角硬币驱动信号，Z为矿泉水输出信号，Y为找钱输出信号。通过对程序分析和仿真可以看出，A和B的驱动信号的持续时间必须控制在clk时钟周期内，如果驱动信号时间太短，系

7、统检测不到投币信号，时间太长，会误认为是两次或多次投币，造成误操作。因此，要使整个控制系统可靠运行，还必须设计专门投币输入信号处理电路。2.4投币输入信号电路的设计与实现       自动售货机的所有信号均由同步时钟信号clk的正边沿触发。由于售货机的硬币接受器一般是一个机械设置装置，投币时产生的信号要比同步信号clk要慢得多，一般可持续好几个周期，必须对投币输入信号进行处理，使每一次投币时在clk脉冲周期内只能产生一个脉冲作为功能控制模块的投币驱动信号。基于上面的功能要求，设计了如图3所示的投币输入信号的处理电路

8、，其中IN_yuan和IN_jiao作为一元硬币和五角硬币的投币输入信号，A和B为相应的输出信号，作为功能控制模块的输入信号，而且A、B输出是在投币输入信号IN_yuan和IN_jiao为高电平1之后的一个周期内被设置为1。经过仿真结果如图4所示，实现了每次投币后在一个clk周期内只产生一个可靠的脉冲驱动信号。3自动售货机控制系统功能仿真  自动售货机控制系