基于FPGA的投币式矿泉水自动售水机控制系统.docx

基于FPGA的投币式矿泉水 自动售水机控制系统 ——EDA实验设计报告 任务与要求： 设计一个投币式矿泉水自动售水机的控制系统。该系统能完成矿泉水的单价和数量的信息存储，进程控制，硬币处理，余额计算，显示等功能。某种矿泉水的单价和数量在初始化时输入并储存，用户可以用硬币购买。售货时能根据用户输入的货币，判断钱币是否足够，钱币足够则自动送出一瓶水，钱币不足则给出提示继续投币，若没有继续投币则延迟30秒后退币并复位；能够自动计算出应找钱币余额、库存矿泉水数量并显示。 设定：使用硬币为一元、五角两种，某种矿泉水的单价为1.5元。 程序的设计思路和ASM流程图的设计： 本系统由拨码开关表示投币数量，其中a 1表示投入的五角硬币数量，b 1表示投入的1元硬币数量，每次根据投入的硬币不同而分别计数，并将投入的总金额用数码管显示出来（分频显示），当达到了交易金额时，out产生一个正脉冲，此正脉冲控制闸门打开，汽水掉出来，交易完成。当超出了交易金额，则out1会产生一个正脉冲，提示按动退币开关取回找零。若交易未完成时，顾客想要取消交易，按动退币开关可取回投入金额。 1、原始状态图的建立与化简 ASM图见附图。 2、状态分配与状态转换表的确定 投币部分： 该部分用三个状态即可表示。s0表示未投币状态， s1表示已投入五角状态， s2表示投入已一元状态。当投入一元五角时，给出一瓶水，并转到状态s0 ，当投入两元时，给出一瓶水，同时找回一枚五角硬币，并转到状态s0。 状态转换表如下： s a1b1 00 01 10 s0 s0/00 s01/00 s2/00 s1 s1/00 s2/00 s0/10 s2 s2/00 s0/10 s0/11 显示部分： 状态 rst kc s tb A 0 X X X B 1 0 0 X C 1 1 X X D 1 0 1 0 E 1 0 1 1 状态A：系统功能不开启，无显示 状态B：系统功能开启，交易未开始，数码管显示交易金额0.0 状态C：库存开关开启，显示库存 状态D：使用投币功能，交易开始，显示投币金额 状态E：退币功能开启，显示应退还金额 3、输入、输出变量的确定 输入变量： clk（可调时钟信号），rst（使能信号），tuibi（退比操作），kc（库存显示） a1（五角硬币个数），b1（一元硬币个数） KBCol（键盘列扫描信号） 输出变量 out（购买成功，自动出水），out1（领取找零提示） warn（提示投币不足，继续投币） ledtb（30秒未投币，交易结束，领取钱币） weixuan（位选），pay（数码管显示） KBRow（键盘行扫描信号） 程序特色部分举例： 本系统在设计要求的基础上，增加了退币系统。 该系统的功能主要分为三部分： 第一部分为要求的找零退币； 第二部分为未及时投币造成的退币； 第三部分为投币不足且不希望继续交易时的退币。 此外，本系统还利用分频显示的方式，实时显示投币钱数，退币金额等，具有一定的智能。 程序调试与改进 ： 调试步骤： 1、运行QuartusII软件，新建工程  2、建立文本文件，写入程序，编译保存。  3、分配管脚。保存编译。 4、将生成的.sof文件烧录到FPGA 5、观察结果 设计改进： 本系统的设计并不是直接完成的，而是一部分一部分不断调试修改完善的，因而可能部分程序顺序较为混乱。先完成的部分是投币功能部分，然后逐步加入显示功能，退币功能，以及库存功能，最终整合在一起，达成任务要求。 编写过程中，库存显示部分出现了一些问题：当售出矿泉水时，库存数量应自动减一，然而由于拨码开关控制投币金额，程序自动循环运行，使得库存数量自动循环递减。经过多次尝试，我在库存运算前加了一个比较条件——只有在投入钱币数量发生变化且购满成功时，库存才减少。之后通过不断调试，系统终于顺利实现了库存显示的功能。 总结： 本次实验通过对自动售水机状态转换图的分析得出其工作原理，并根据工作原理编写出Verilog HDL源程序。通过验证，设计的系统基本完成了设计预定的目标，实验结果能够顺利的在FPGA上正确显示，能较好的实现自动售货机的基本功能 。 收获与体会： 通过此次仿真实验—基于状态机的自动售货机的设计，我掌握了Quartus II软件的基本使用方法，对EDA设计有了更进一步的认识并且对Verilog语言有了更深刻的了解，可以独立编写一些源程序，灵活地运用它来实现我所想要其实现的功能。同时，通过此次实验，我掌握了设计工作的完整流程，培养并锻炼了设计思维，增加了实际操作经验，锻炼了能力，为以后的课程设计积累了宝贵的经验。实验过程中难免遇到一些问题，遇到问题我们不能灰心、烦躁，甚至放弃，而要静下心来仔细思考，分部检查，找出最终的原因进行改正，这样才会有进步，才会一步