2023年基于FPGA的自动售货机设计.doc

毕业设计中文 基于FPGA的自动售货机控制系统设计 ： 随着我国商品市场的不断繁荣和城市现代化程度的不断提高，自动售货机也已悄然步入了我国的大中城市。丰富了中国的商业产业结构，开创了一个全新的自动销售和自助效劳时代。该课题将以EDA技术实现自动售货机控制系统设计。应用EDA技术实现的自动售货机控制系统，以其可减少商品开发周期，降低开发本钱，增加设计一次性成功通过的可能性等优点，使自动售货机可开发性增强，本钱降低。 该课题包含两局部：硬件系统设计和FPGA内部电路的编程设计。FPGA内部电路的编程设计采用硬件描述语言〔VHDL〕对自动售货机的功能进行描述；选择ALTERA公司的FPGA芯片为目标器件。硬件系统设计是围绕所选适宜的FPGA器件的硬件电路设计。本文介绍了一种基于FPGA的自动售货机的整体设计与工作原理，详细阐述了投币模块，商品选择模块，主控模块等模块的软件设计与实现，对所设计的FPGA内部功能进行仿真验证。 关键词： FPGA EDA 自动售货机 VHDL 毕业设计外文 Title The Design of Vending machine control system based on FPGA Abstract With the continuously prosperity of china’s commodity market and with the rapid develepment of modernization level , vending machines has enterd into large and medium-sized cities quietly ,it enriches china’s commercial industrial structure and creates a new era of automatic selling and self-service.This subject will accomplish the control system of vending machine with EDA technology.Since it has the advantages of shortening product development cycle,reducing product develepment cost , increasing the possibility of first-time success and so on,it can enhence the exploitability of aotomatic machinea and lower the costs. The issue consists of two parts： hardware system design and fpga internal circuit design. Fpga internal circuit design uses hardware describe language 〔 vhdl 〕 to describe the fuction of vending machine； and fpga chip of ALTERA Corporation is choosen for the target device. Hardware system design is a hardware circuit design that center on the selected appropriate fpga device. and the design of the internal functions of FPGA is simulated. Keywords： FPGA EDA vending machine VHDL 目 次 1 引言……………………………………………………………………………… 2 1.1 自动售货机的历史………………………………………………………………2 1.2 自动售货机的研究现状…………………………………………………………3 1.3 未来的开展和研究方向…………………………………………………………3 1.4 本文的章节安排…………………………………………………………………4 2 关键技术………………………………………………………………………… 5 2.1 EDA技术…………………………………………………………………………5 2.2 可编辑逻辑器件……………………………………………………………… 5 2.3 vhdl描述语言………………………………………………………………… 5 2.4 相关技术的开展与应用情况……………………………………………………6 3 硬件系统的设计………………………………………………………………… 8 3.1 芯片的选择……………………………………………………………………… 8 3.2 时钟发生器……………………………………………………………………… 9 3.3 电源电路…………………………………………………………………………10 3.4 硬件键盘…………………………………………………………………………10 3.5 下载驱动器以及存储器的设计…………………………………………………11 3.6 显示器设计………………………………………………………………………11 3.7 硬件电路图………………………………………………………………………12 4 软件系统设计……………………………………………………………………12 4.1 设计思想…………………………………………………………………………13 4.2 软件设计…………………………………………………………………………14 结论……………………………………………………………………………………35 参考文献………………………………………………………………………………36 致谢……………………………………………………………………………………37 附录……………………………………………………………………………………38 1 引言 自动售货机是能根据投入的钱币自动付货的机器。自动售货机是商业自动化的常用设备，它不受时间、地点的限制，能节省人力、方便交易。一般的自动售货机由钱币装置、指示装置、贮藏售货装置等组成。钱币装置是售货机的核心，其主要功能是确认投入钱币的真伪，分选钱币的种类，计算金额。如果投入的金额到达购置物品的数值即发出售货信号，并找出余钱。指示装置用以指示顾客所选商品的品种。贮藏售货装置保存商品，接收出售指示信号，把顾客选择的商品送至付货口。一般售货机的钱币装置由投币口、选别装置、确认钱币真伪的检查装置、计算金额的计算装置和找钱装置组成。70年代以来，出现了采用微型计算机控制的各种新型自动售货机和利用信用卡代替钱币并与计算机连接的更大规模的无人售货系统，如无人自选商场、车站的自动售票和检票系统、银行的现金自动支付机等。从西欧、北美、日本和韩国等地区和国家的情况来看,自动售货机在人们日常生活中扮演越来越重要的角色。1962年,出现了以自动售货机为主体的流通领域的革命。到了20世纪80年代,自动售货机在美国和日本被广泛使用,后逐渐散布世界各地,主要是兴旺国家。其产品特点是科技含量高；24 小时效劳,售货便利；无需专人盯守，省人工,省本钱；售货范围广泛；此外还是一种新颖独特的广告媒体。目前,随着移动商务的开展，自动售货机作为一种方便、直观的移动商务工具,开始在全球各地迅速普及和开展。 1.1 自动售货机的历史 自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美开展起来。它又被称为24小时营业的微型超市。在日本，70％的罐装饮料是通过自动售货机售出的。全球著名饮料商可口可乐公司在全世界就布有50万台饮料自动售货机。 在日本全国各地，共设有550万台自动售货机〔据1998年的统计〕，销售额达6兆8969亿4887万日元，为世界第一。在售货机的显示屏幕上进行操作，输入商品号码和购置数量，并投入钱币后，商品就会从取货口出来，甚至从食品自动售货机上还能买到热呼呼的面条和米饭团。虽然日本的自动售货机总台数低于美国〔据1997年的统计为689万台〕，但是，从人口占有数来看却是世界上最高的，美国平均35人占有一台，而日本为23人占有一台。 1.2 自动售货机的研究现状 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过 线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费顶峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向开展。 自动售货咖啡机是一种既可以出冷热咖啡也可以同时出奶茶果汁饮料的咖啡饮料自动售货机，省时方便快捷。既可以作投资来使用，也可作为员工福利来使用。 1.3 未来开展和研究方向 随着科技的开展及人们生活水平的提高，自动售货机市场的开展呈现出多元化及个性化的需求，通过自动售货机进行自助购物正逐渐成为市民的一种新的消费时尚和追求高品质生活的需要。传统的自动售货机控制系统采用单片机作为控制核心，不仅需要在输入输出接口上做大量的工作，而且系统的抗干扰性也比拟差。FPGA 具有可靠性高、编程简单、维护方便等优点，已在工业控制领域得到广泛应用。现如今长生了基于了一种用FPGA 实现的自动售货机主控制系统的硬件设计和软件设计，通过此次毕业设计阐述了基于FPGA的自动售货机的控制系统设计并进行了软件仿真和硬件设计实验，实验说明该控制系统是可行的。 现在，自动售货机产业正在走向信息化并进一步实现合理化。例如实行联机方式，通过 线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的中，从而确保了商品的发送、补充以及商品选定的顺利进行。并且，为防止地球暖化，自动售货机的开发致力于能源的节省，节能型清凉饮料自动售货机成为该行业的主流。在夏季电力消费顶峰时，这种机型的自动售货机即使在关掉冷却器的状况下也能保持低温，与以往的自动售货机相比，它能够节约10－15％的电力。进入21世纪时，自动售货机也将进一步向节省资源和能源以及高功能化的方向开展。 作为一种商务工具,自动售货机在生活中应用愈加广泛,综合分析现代自动售货机的研究现状和研究重点,以及自动售货机所处的市场现状和对社会的影响，根据日本、美国等国家的经验,自动售货机将在全球范围内得到更大的普及。自动售货机的机体内部结构已经相当完善,影响其普及的关键因素为：如何在现有的各种通信网络平台上，让自动售货机形成一种销售连锁网,为其提供更方便的营销方式和管理机制,以其最大限度地降低生产、运营本钱。 目前,无论是基于Internet还是基于移动通信网或其他网络平台,其运作的机制都不太成熟,不过这并不影响自动售货机的开展潜力。因此,自动售货机未来的开展趋势是将其纳入到一个更广阔、更便利的移动商务网络平台。 1.4 本文的章节安排 本文第一章为总体描述自动售货机的历史以及研究现状等相关知识，第二章主要介绍本课题所应用的关键技术，第三章主要描述本课题所设计的自动售货机控制系统的相关硬件设计，第四章主要阐述本课题的软件系统的各个模块以及仿真。附录将指出本课题所用到的相关文献以及所需要的硬件元器件。