基于Verilog的售貨系統(tǒng)設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

胥杭君 郭夢(mèng)生 白旭升 賴(lài)寒

摘 要：本文對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的功能進(jìn)行了模塊化的劃分，并對(duì)其模塊功能及組成進(jìn)行了討論，同時(shí)對(duì)其原理進(jìn)行了研究后得出了相應(yīng)的模擬系統(tǒng)。并對(duì)使用Verilog HDL語(yǔ)言及相應(yīng)軟件對(duì)其功能的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，且對(duì)模擬系統(tǒng)整體的框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。經(jīng)仿真后得出模擬系統(tǒng)可正常，穩(wěn)定工作的這一結(jié)論。

關(guān)鍵詞：模塊化；自動(dòng)售貨；FPGA

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)PGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列作為專(zhuān)用集成電路（ASIC）領(lǐng)域中一種半定制的電路，其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)越來(lái)越廣泛。且隨著當(dāng)今生活節(jié)奏的不斷變化，各種自動(dòng)售貨設(shè)備的需求正在日益增大?；贔PGA的相應(yīng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)模塊化的設(shè)計(jì)，從而方便日后對(duì)系統(tǒng)的升級(jí)維護(hù)擴(kuò)展。本文基于搭載FPGA芯片的實(shí)驗(yàn)板對(duì)自動(dòng)收貨系統(tǒng)進(jìn)行了模擬設(shè)計(jì)與仿真驗(yàn)證。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)概述

本文中的模擬系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的商品選購(gòu)過(guò)程及當(dāng)前狀態(tài)顯示進(jìn)行了相應(yīng)的模擬，因此可大致將其功能模塊劃分為5個(gè)相應(yīng)的功能模塊，分別為按鍵模塊1、按鍵模塊2、控制模塊、數(shù)碼管顯示模塊和狀態(tài)顯示模塊。

2 各模塊詳述

2.1 按鍵模塊1

本模塊在硬件上為一個(gè)4×4的矩陣鍵盤(pán)，則對(duì)應(yīng)可實(shí)現(xiàn)16種商品的模擬的選擇，而矩陣鍵盤(pán)的按鍵檢測(cè)采用了行掃描法，而其中在程序描述部分還包括了一個(gè)編碼器及解碼器，以此使得控制部分接收到較為精簡(jiǎn)的數(shù)據(jù)信號(hào)。

2.2 按鍵模塊2

本模塊對(duì)選定商品后的投幣過(guò)程進(jìn)行了模擬，key_in1模擬表示投入一元的硬幣，而key_in2模擬表示投入五毛的硬幣。同時(shí)本模塊中還包括了一個(gè)復(fù)位按鍵，其可以將系統(tǒng)狀態(tài)恢復(fù)為初始狀態(tài)，同時(shí)可以讓顧客在未完成商品購(gòu)買(mǎi)全額投入的操作下進(jìn)行重新選擇。

2.3 控制模塊部分

本模塊為本模擬系統(tǒng)的核心控制部分，而其實(shí)現(xiàn)則采用了有限同步狀態(tài)機(jī)的思想。而本狀態(tài)機(jī)共有6個(gè)狀態(tài)，分別為初始狀態(tài)（IDLE），共投入一元的狀態(tài)（oney），共投入五毛的狀態(tài)（fivem），共投入一元五的狀態(tài)（onef），共兩元的狀態(tài)（twoy）及錯(cuò)誤狀態(tài)（error）。由于本系統(tǒng)為模擬系統(tǒng)，只做相關(guān)功能驗(yàn)證，故設(shè)定商品最高金額為兩元。

而具體狀態(tài)轉(zhuǎn)移過(guò)程為最開(kāi)始系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，當(dāng)投入一元硬幣后將跳轉(zhuǎn)至狀態(tài)oney，若是投入五角則跳轉(zhuǎn)至fivem狀態(tài)，此后依照投入金額為觸發(fā)條件分別跳轉(zhuǎn)至相應(yīng)狀態(tài)。當(dāng)跳轉(zhuǎn)至twoy狀態(tài)時(shí)，則代表商品購(gòu)買(mǎi)完成，而若是在狀態(tài)處于onefive時(shí)投入一元硬幣，則系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)至error狀態(tài)，而若是在狀態(tài)轉(zhuǎn)移中出現(xiàn)其他問(wèn)題或是不在正常購(gòu)買(mǎi)流程內(nèi)的情況，系統(tǒng)同樣會(huì)跳轉(zhuǎn)至error狀態(tài)。若是在購(gòu)買(mǎi)過(guò)程中按下重置按鍵，則系統(tǒng)將跳轉(zhuǎn)回初試狀態(tài)。同時(shí)當(dāng)系統(tǒng)處于各相應(yīng)狀態(tài)時(shí)將向外輸出value1和value2兩個(gè)值給相應(yīng)的顯示模塊。

2.4 數(shù)碼管顯示模塊

本模塊對(duì)當(dāng)前投幣金額進(jìn)行顯示。其硬件實(shí)現(xiàn)原理為數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描，利用余暉效應(yīng)來(lái)顯示不同的數(shù)值。而其程序部分為接受來(lái)自于控制模塊的輸出值value1，然后通過(guò)解碼器將其解碼后通過(guò)數(shù)碼管對(duì)相應(yīng)金額數(shù)字進(jìn)行顯示。

2.5 LED顯示模塊

本模塊為通過(guò)LED燈的不同點(diǎn)亮位置來(lái)對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行可視化的顯示，程序部分同樣為使用解碼器將接收于來(lái)自控制部分輸出的值value2進(jìn)行解碼后點(diǎn)亮相應(yīng)的LED。

由于本文中使用的實(shí)驗(yàn)板LED燈為低電平有效，且高位在左，低位在右，故對(duì)其做出如下表示形式：（0亮1滅）

IDLE：5b11111 fivem：5b11101 oney：5b11011 onef：5b10111

twoy：5b01111 error：5b00000

3 控制部分的仿真驗(yàn)證

modelsim為一款非常優(yōu)秀的仿真軟件，且其界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，可讀性高，可提供非常友好的仿真環(huán)境，故本文中將使用modelsim作為仿真工具來(lái)對(duì)本文中所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

分別對(duì)模擬先投入一元的硬幣后再投入五角的硬幣再投入一元硬幣導(dǎo)致總金額溢出而出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況進(jìn)行仿真。其仿真波形如圖1所示。

經(jīng)對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)仿真通過(guò)，且與預(yù)想仿真結(jié)果相同，上板實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)最初所預(yù)想要實(shí)現(xiàn)的功能。

本文介紹了對(duì)基于搭載FPGA芯片的開(kāi)發(fā)板所實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)收貨系統(tǒng)的模擬功能驗(yàn)證，為其實(shí)際應(yīng)用做出了理論與仿真上的驗(yàn)證。且由于本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想，因此可以較為方便地對(duì)其功能進(jìn)行擴(kuò)展升級(jí)，比如在實(shí)際使用中出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)除了燈光警示外還可加入語(yǔ)音警示的功能。而核心控制部分則可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活的修改，其適應(yīng)性較強(qiáng)，可廣泛應(yīng)用于各類(lèi)自動(dòng)售貨系統(tǒng)。

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