自动售货机系统FPGA设计实现详解

采用状态机设计实现自动售货机的步骤如下。

1.创建工程

在D：＼ISE_GC＼目录下，创建工程名为VD的工程，在这里选择的器件族类型（Device Family）是Virtex2P；器件型号（Device）是XC2VP30 ff896-7；综合工具（Synthesis Tool）是XST（VHDL/Verilog）；仿真器（Simulator）是ISE Simulator（VHDL/Verilog）。

2.设计输入

状态机由当前状态（CS）、下一个状态（NS）和输出逻辑（OL）三部分组成，可以很据状态机的不同结构采用不同的VerilogHDL描述方法，常用的方法如下：

（1）将CS、NS与OL分别描述。

（2）将CS、NS与OL混合描述。

（3）将NS与OL混合，S单独描述。

（4）将CS与S混合，L单独描述。

（5）将CS与L混合，NS单独描述。

这里采用第三种描述方法，编码方式为7位独热码（one_hot码），如表5-3所示。

表5-3 当前状态、下一状态和输出逻辑的描述

在源代码窗口中单击右键，在弹出的菜单中选择New Source，在弹出的对话框中选择Verilog Moudle，在右端的File name中输入源文件名VD，然后在弹出的源代码编辑框内输入光盘附件5-9所示的代码。

3.行为仿真

（1）由TestBenchWaveForm添加激励 用鼠标右键单击VD.v，在弹出的菜单中选择New Source，在弹出的对话框中选择Test Bench WaveForm，在右端的File name中输入test，单击Next，再单击finish即可。双击test.tbw，在右窗口中设置输入信号的波形，如图5-61所示。

图5-61 Test Bench波形

（2）在sources窗口sources for中选择Behavioral Simulation，行为仿真波形如图5-62所示。

(www.xing528.com)

图5-62 行为仿真波形

由图5-62可以看出：

第一组测试数据：先投入一个5角的硬币，再投入一个1元的硬币，如此反复，即five_jiao和one_yuan间隔设置高电平1，在第二次投入1元硬币的时候，投币总额超过饮料的单价2.5元，系统应该售出商品，有找零，即sell为1，five_jiao_out为1；

第二组测试数据：先投入一个5角的硬币，再连续投入两个1元的硬币，即five_jiao设置高电平1，one_yuan设置2个连续的高电平1，投币总额恰好为饮料的单价2.5元，系统应该售出商品，没有找零，即sell为1，five_jiao_out为0；

第三组测试数据：投入三个1元的硬币，即one_yuan设置三个连续的高电平1，投币总额超过商品的单价2.5元，系统应该售出商品，有找零，即sell为1，five_jiao_out为1。

综合以上仿真分析，验证了设计程序，达到了自动售货机控制系统的功能。

4.进行ChipScope在线调试

（1）生成ChipScope核并添加到工程 只需要使用ICON核和VIO核，利用VIO进行实时观测，ICON核仅控制VIO一个核，所以控制端口数为1。VIO核使用异步输入输出端口，异步输入端口的位宽为2，异步输出端口的位宽为4。

最后得到的核例化后的代码详见光盘附件5-10。

（2）在ISE里进行综合和实现，然后生成bit文件。

（3）在ChipScope里进行观测调试 在Processes窗口中选择双击Analyze Design Using Chipscope进入Chip Scope Pro Analyzer窗口，单击图标检查连接情况，然后下载bit文件进行在线观测。

在VIO核的调试中，用按键模拟投币。投入一个5角和两个1元的硬币后，sell为高电平1，成功售出商品，如图5-63所示。

图5-63 调试结果1

投入五个5角的硬币后，成功售出商品，sell为1，如图5-64所示。

图5-64 调试结果2

从上述调试结果可以看出自动售货机的设计正确。