【FPGA】自动售货机综合实现
自動售貨機綜合實現
- 一、項目需求
- 1. 售貨機模擬項目。
- 二、要求
- 三、售貨機原理
- 1. 基本原理
- 2. 思路架構
- 3. RTL物理模型實現
- 四、項目分析解決
- 五、總結
- 參考
一、項目需求
1. 售貨機模擬項目。
pwm音頻產生：PWM生成原理與控制輸出
-
模塊
按鍵消抖模塊、有限狀態機模塊、LED模塊、數碼管模塊、蜂鳴器模塊
-
功能實現
- 售貨機商品選擇，存儲商品1，2，單價設定為1.5元與1元，通過LED燈表示選擇商品種類。
- 商品選擇后確定購買商品數量，并在數碼管動態顯示所選擇商品的數量與商品總價。
- 投幣購買商品，數碼管顯示投幣金額
- 投幣金額判斷，滿足商品出貨，超額找零，調用PWM播放音樂，不足提示音，可繼續投幣
- LED燈顯示狀態切換，識別進入狀態并提示下一步操作
二、要求
三、售貨機原理
1. 基本原理
2. 思路架構
- 核心商品購買模塊
??實現多商品選擇及購物功能實現過程中，按鍵[3:0]key，需要進行按鍵復用操作，購買狀態中，會默認進入初始狀態，按鍵執行操作后，進入不同的狀態：如商品選擇狀態，數量選擇，投幣狀態，后執行按鍵操作，功能性改變，實現少按鍵多功能性操作。
??執行按鍵操作中，通常的按鍵所用開關為機械彈性開關，當機械觸點斷開、閉合時，由于機械觸點的彈性作用，電路開關不會發生迅速進入閉合或者斷開狀態。閉合或斷開會發生機械抖動問題，可能產生多次按鍵效果。
??設定抖動結束判斷，通過比較判定抖動是否結束，信號變化頻率平穩后持續20ms進行采樣，確保按鍵消抖正常，同時對松開按鍵操作進行同樣消抖操作處理。
投幣采用KEY4 KEY3鍵作為投幣輸入，先對按鍵進行消抖后，進入到INSERT_STATE，對按鍵操作傳遞標識值，傳遞值為1，則按鍵值+1或0.5，累加記錄按鍵操作次數，從而獲得總輸入金額
投幣金額計算：在進行數據類型存儲中，采用簡易化方式，通過改變鍵值傳遞，金額加減算法，如0.5元在機內運算中通過整數值存儲為5，采用十進制數據存儲計算，優化運算過程，因數碼管位數顯示限制，投幣操作中金額存在上限，通過對機內計算金額取余取整方式，實現數碼管中的金額顯示功能
金額小數位顯示：調用晶體管過程中，對數碼管相應的sel位的seg模塊賦予低電平進行點亮操作
if (sel == 6'b111_011 || sel == 6'b101_111)seg_r[7] <= 0;總金額計算：通過投幣傳遞值進行機內計算，同時設定存儲金額上限為9.9，若發生一處操作，則進行置值操作，或可進入返回清0。同時將total值傳遞到seg模塊，取余取整。
wire [10:0] total_price_ex;assign total_price_ex = com1_unit_price * com1_count + com2_unit_price * com2_count;reg [6:0] total_price_temp;出貨及清0動態顯示
商品購買狀態下，設定額外狀態，判斷商品購買，通過值傳遞：商品總價，投幣總金額進入狀態，并設定狀態，successful / fail狀態
此時successful并執行出貨操作，恢復初始狀態，并傳遞成功狀態標志
此時successful并執行出貨操作，執行找零操作，并在數碼管上顯示找0余額change_r <= now_coins - total_price; 恢復初始狀態，并傳遞成功狀態標志，調用其他功能效果
fail 并傳遞失敗狀態標志，此時保持投幣狀態，可繼續進行投幣操作
系統框圖
?
FSM狀態機進入不同狀態，通過設定狀態標識符，調用不同LED燈管顯示效果 if (now_state == DEFAULT_STATE)led_r <= 4'b0001;else if(now_state == SELECT_STATE) beginif (cnt_shine < SHINE_T/2)led_r <= 4'b1100;
3. RTL物理模型實現
四、項目分析解決
問題
蜂鳴器模塊調用
??蜂鳴器IO口連接在FPGA芯片，PWM輸出信號只有高低電平，重復輸出周期T，在高電平1時間為t的脈沖中，占空比t/T
???定義輸出周期，通過調整低電平占空比，如20，30等通過按鍵作為控制和觸發條件， 持續周期內發出一種聲音，切換后發出另一種聲音。
樂譜模塊
???音頻：音頻（Audio），指人耳可以聽到的聲音頻率在20HZ~20kHz之間的聲波。樂普是由音符組成的，不同的音符擁有不同的頻率。
???計算出音符振動的周期，單位微秒。Cyclone IV開發板的晶振是50MHz，振動一次是20納秒，使用周期時間除以20納秒得出音符振動的次數。
DO(高)=955×10320=47750DO(高)= \frac{955×10^3}{20}=47750 DO(高)=20955×103?=47750
不足
- 使用數碼管位數有限，在實現部分功能上存在限制，如投幣功能實現中，根據位數實現時，投幣金額上限單位為9，不能實現過10進位，同理選擇商品計算總金額要和會出現同問題。
- 實現音樂播放效果，修改占空比提高聲音效果，技術局限導致提高音量音質受損，提高音質音量較低。
- 按鍵功能實現選擇商品存在局限。
實現效果
五、總結
參考
按鍵消抖+點亮led燈
按鍵消抖+蜂鳴器
基于FPGA狀態機的自動售貨機功能實現
FPGA verilog HDL 基于有限狀態機設計自動販賣機及綜合
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【FPGA】自动售货机综合实现的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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