课程设计题目：自动售货机控制系统的设计
目的与任务：
（1） 进一步掌握MAX+PLUSⅡ软件的使用方法； （2） 会使用VHDL语言设计小型数字电路系统； （3） 掌握应用MAX+PLUSⅡ软件设计电路的流程； （4） 掌握自动售货机的设计方法； （5） 会使用GW48实验系统。
内容和要求：
设计一个简易的自动售货机，它能够完成钱数处理、找零、显示、退币等功能。 （1）用3个键表示3种钱，再用3个键表示3种物品。
（2）用2个数码管显示输入的钱数，再用2个数码管显示所找的钱数，以元为单位。 （3）买东西时，先输入钱，用数码管显示钱数，再按物品键，若输入的钱数大于物品
的价格，用数码管显示所找的钱数，并用发光二极管表示购买成功。
（4）若输入的钱数少于物品的价格，用数码管显示退出的钱数，并用发光二极管表示
购买失败。
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设计内容（原理图以及相关说明、调试过程、结果）
一、 系统设计方案
根据系统要求，系统的组成框图如图1所示。
时钟
钱数输入 商品选择
分频器 控制器 译码显示 图1 系统组成框图
系统按功能可分为分频模块、控制模块和译码输出模块。
（1）分频模块的作用是获得周期较长的时钟信号，便于操作，且不会产生按键抖动的现象。其原理是定义两个中间信号Q、DIV_CLK，Q在外部时钟CLK的控制下循环计数，每当计数到一个设定的值时DIV_CLK的值翻转，最后将DIV_CLK赋给NEW_CLK即可，改变设定值可改变分频的大小。
（a2）控制模块是这个系统的核心模块，它具有判断按键、计算输入钱数总和、计算找零、控制显示四个作用。它的工作原理是每当时钟上升沿到来时，判断哪个按键按下，
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若按下的是钱数键，则将钱数保存于中间信号COIN，若下次按下的仍是钱数键，COIN的值则加上相应的值并显示于数码管；当物品键按下时，则将COIN的值与物品 价格进行比较，然后控制找零。
（3）由于钱数可能大于9，所以译码显示模块的作用就是将钱数译码后用两个数码管显示，这样方便观察。
根据各个功能模块的功能并进行整合，可得到一个完整的自动售货机系统的整体组装设计原理图，如图2所示。
图2 设计原理图
二、 系统主要VHDL源程序
（1） 分频器的源程序（外部时钟选用3MHz，实现3万分频）
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY CLKGEN IS PORT(CLK:IN STD_LOGIC; NEWCLK:OUT STD_LOGIC); END CLKGEN;
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ARCHITECTURE BEHAVE OF CLKGEN IS
SIGNAL Q:INTEGER RANGE 0 TO 14999; SIGNAL DIVCLK: STD_LOGIC; BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN IF Q < 14999 THEN Q <=Q+1;
ELSE DIVCLK <= NOT DIVCLK;Q <=0; END IF; END IF; END PROCESS;
NEWCLK <= DIVCLK; END BEHAVE;
（2） 自动售货机控制器源程序（ 3种钱数为1元、2元、5元；
3种物品的价格为2元、5元、10元 ）
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY SHOUHUOJI IS
P ORT ( CLK: IN STD_LOGIC;
COIN1: IN STD_LOGIC; --1元信号 COIN2: IN STD_LOGIC; --2元信号 COIN3: IN STD_LOGIC; --5元信号 PRICE1: IN STD_LOGIC; --2元商品 PRICE2: IN STD_LOGIC; --5元商品
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PRICE2: IN STD_LOGIC; --5元商品 PRICE3: IN STD_LOGIC; --10元商品
Y0: OUT STD_LOGIC; --购买成功信号 Y1: OUT STD_LOGIC; --退币信号
MONEY: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); PAYBACK: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END SHOUHUOJI;
ARCHITECTURE BEHAV OF SHOUHUOJI IS
SIGNAL COIN: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --保存钱数
SIGNAL COUT: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --保存找零
BEGIN
PROCESS(CLK)
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
IF COIN1='1' THEN COIN <= COIN+1; Y0<='0';Y1<='0';
ELSIF COIN2='1' THEN COIN <= COIN+2; Y0<='0';Y1<='0'; ELSIF COIN3='1' THEN COIN <= COIN+5; Y0<='0';Y1<='0';
ELSIF PRICE1='1' THEN IF COIN >= \"0010\" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-2; ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<=COIN;
END IF;
ELSIF PRICE2='1' THEN
IF COIN >= \"0101\" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-5; ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<= COIN； END IF;
ELSIF PRICE3='1' THEN
IF COIN >= \"1010\" THEN Y0<='1';Y1<='0';COUT<=COIN-10; ELSE Y0<='0';Y1<='1';COUT<=COIN;
END IF;
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END IF; END IF； END PROCESS;
MONEY<=COIN; -- 输入的钱数 PAYBACK<=COUT; -- 找零 END BEHAV;
（3） 译码显示源程序（总钱数应小于16元）
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; ENTITY XIANSHI IS
PORT ( DIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);
DOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0));
END XIANSHI;
ARCHITECTURE BEHAV OF XIANSHI IS
BEGIN
PROCESS(DIN) BEGIN
CASE DIN IS
WHEN \"0000\"=> DOUT<=\"00000000\"; WHEN \"0001\"=> DOUT<=\"00000001\"; WHEN \"0010\"=> DOUT<=\"00000010\"; WHEN \"0011\"=> DOUT<=\"00000011\";
WHEN \"0100\"=> DOUT<=\"00000100\"; WHEN \"0101\"=> DOUT<=\"00000101\"; WHEN \"0110\"=> DOUT<=\"00000110\"; WHEN \"0111\"=> DOUT<=\"00000111\";
WHEN \"1000\"=> DOUT<=\"00001000\"; WHEN \"1001\"=> DOUT<=\"00001001\";
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WHEN \"1010\"=> DOUT<=\"00010000\"; WHEN \"1011\"=> DOUT<=\"00010001\"; WHEN \"1100\"=> DOUT<=\"00010010\"; WHEN \"1101\"=> DOUT<=\"00010011\"; WHEN \"1110\"=> DOUT<=\"00010100\"; WHEN \"1111\"=> DOUT<=\"00010101\"; WHEN OTHERS=> DOUT<=\"00000000\"; END CASE; END PROCESS;
END BEHAV;
三、 系统仿真与硬件验证
（1） 系统的有关仿真
1）分频电路的仿真
如图3所示，为了便于仿真，在仿真时采用20分频，由图可看出
每经过10个外部时钟，新时钟翻转一次，实现了分频。
图3 分频器仿真结果图
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2）控制电路的仿真
如图4、图5、图6所示。
图4 输入7元，购买5元商品，找零2元，Y0显示购买成功
图5 输入13元，购买10元商品，找零3元，Y0显示购买成功
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图6 输入7元，购买10元商品， Y1显示购买失败，退币7元
3）显示电路的仿真
如图7所示，当大于9时分开显示。
图7 显示电路仿真结果
系统的硬件验证
应用GW48实验系统，选择实验电路结构图NO.5，管脚定义如下： CLK接CLOCK1 、COIN1 接PIO0、COIN2接 PIO1、COIN3接PIO2、PRICE1接 PIO3、 PRICE2接PIO4、PRICE3接 PIO5；MONEY[7..0] 接PIO16~PIO23（数码管1、数码管2）、PAYBACK[7...0] 接PIO24~PIO31（数码管3、数码管4）、Y0接PIO8（二极管D1）、 Y1接PIO9（二极管D2）。
硬件验证方法：选择实验模式5，时钟信号CLK与CLOCK1信号组中的3MHz信号相连，用键1~键3输入钱数，用键4~键6选择商品，观察数码管及二极管的显示情况。
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