基于FPGA的模拟自动售货机设计.doc

前 言 现在EDA技术发展迅猛，应用比较广泛，包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域都有EDA的应用。目前，EDA技术已在产品设计与制造、教学和科研部门广泛使用，发挥着巨大的作用。 在产品设计与制造方面，EDA技术可实现前期的计算机仿真、系统级模拟及测试环境的仿真、PCB的制作、电路板的焊接、ASIC的设计等。 在教学方面，高校电子类专业的实践教学中，几乎所有理工科(特别是电子信息)类的高校都开设了EDA课程。主要是让学生了解EDA的基本原理和基本概念，掌握描述系统逻辑的方法，使用PLD/FPGA器件进行电子电路课程的模拟仿真实验，并在作毕业设计时从事简单电子系统的设计，既使实验设备或设计出的电子系统具有高可靠性，又经济、快速，容易实现，修改便利，同时可大大提高学生的实践动手能力、创新能力和计算机应用能力，为今后工作打下基础。 作为一个学电子信息专业的学生，我们必须不断地了解更多的新产品信息，这就更加要求我们对EDA有个全面的认识。本设计系统地介绍了有关编程逻辑器件的基础知识以及相关软件的使用方法，着重讲述了自动售货机的原理以及本次设计的思路和方法。第一章阐述了EDA技术的发展历史、基本特征以及Altera公司生产的一些产品器件、开发工具等等；并简单介绍了FPGA（Field Programmable Gate Array）的应用，现场可编程门阵列的出现是超大规模集成电路技术和计算机辅助设计技术发展的结果，它允许电路设计者利用基于计算机开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达预期的效果。第二章介绍系统方案的设计，其中主要介绍了不同方案的比较，自动售货机的基本功能等。第三章分析了系统设计的具体模块实现。第四章阐述自动售货机系统的硬件设计及调试结果。目 录 摘 要 II ABSTRACT II 第1章 绪 论 1 1.1 EDA的发展概述 1 1.1.1 EDA技术简介 1 1.1.2 EDA技术的发展概况 2 1.1.3 EDA技术的基本特征 2 1.2 EDA的FPGA/CPLD开发 3 1.2.1 FPGA简介 3 1.2.2 FPGA的基本特点 3 1.2.3 FPGA的结构及其发展 4 1.3课题的研究现状及研究意义 4 1.3.1课题的研究现状 4 1.3.2课题研究意义 4 第2章 模拟自动售货机系统方案设计 5 2.1模拟自动售货机的方案比较 5 2.2软件简介 5 2.2.1 Quartus II软件简介 5 2.2.2 VHDL语言简介 6 2.2.3 VHDL语言的特点 7 2.2.4 VHDL语言的优点 7 2.2.5? VHDL语言的基本结构 8 2.3 模拟自动售货机的实现 8 2.3.1总体系统的设计 8 2.3.2自动售货机软件组成 10 第3章 模拟自动售货机的模块化处理 12 3.1各模块组成 12 3.1.1状态控制模块 12 3.1.2状态指示模块 12 3.1.3商品选择模块 13 3.1.4投币处理模块 13 3.1.5液晶显示模块 14 3.1.6声音处理模块 16 3.2 模拟自动售货机交易仿真图 17 3.2.1商品选择仿真 17 3.2.2投币、交易完成仿真 17 3.2.3投币不足时返回继续投币仿真 18 3.2.4投币时退出购买、复位仿真 18 第4章 模拟自动售货机的FPGA验证 20 4.1CYCLONE核心板简介 20 4.2 液晶显示屏简介 22 4.3 接口板简介 22 4.4 硬件引脚绑定 23 4.5 测试结果及分析 24 第5章 结论与展望 25 5.1结论 25 5.2展望 25 致 辞 26 参考文献 27 第6章 附录 28 附录1 设计原理图： 28 附录2 接口板PCB版图 29 附录3 设计源程序： 29 摘 要 本文是基于FPGA芯片设计一个简易模拟自动售货机。以EP1C3T144C8N芯片和自己焊接外围电路为硬件平台，采用VHDL在QuartusⅡ软件平台进行编译和仿真，并且下载代码到芯片中从而实现简易自动售货机的基本功能。在此次设计中，主要采用有限状态机（FSM）的设计，对商品选择状态，投币状态和交易结束找零状态在这三个状态间进行转移，从而实现商品的选择、钱币运算、播放简单音乐、金额显示以及找零等功能。该售货机系统能够识别二种钱币，有五种不同价格的商品可供选择，并且通过液晶显示电路，在液晶屏上显示余额，交易成功后播放音乐，同时具备找零等功能。现代的自动售货机有使用方便快捷，可以全天候24小时工作，占地少，成本低，维护简单等优点，有着广阔的前景。采用FPGA方式用VHDL硬件描述语言，设计简易的自动售货机，其编程简单，开发周期短，硬件运行速度快，开发成本低，稳定性高等优点。 关键词：模拟自