基于vhdl的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)

1、<p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</p><p>　　燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)</p><p>　　學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：光電子工程系 </p><p>　學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)0</p>&l

2、t;p>　題目題目名稱基于VHDL的自動(dòng)售貨機(jī)設(shè)計(jì)</p><p>　題目性質(zhì)1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）；理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）2.文管理類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）</p><p>　題目類型1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ）</p&g

3、t;<p>　題目來(lái)源科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ）自選題目（ √ ） </p><p>　主要內(nèi)容分析自動(dòng)售貨機(jī)的功能，完成相關(guān)功能模塊的劃分，用VHDL語(yǔ)言對(duì)各個(gè)底層模塊的功能進(jìn)行描述最后生成頂層模塊，最后用MAX+plus II對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行編譯及波形仿真分析。</p><p>　基本要求1.能夠獨(dú)立檢索相關(guān)文獻(xiàn)并且能綜合分析文獻(xiàn)；2.查閱相關(guān)書(shū)籍和資

4、料，學(xué)習(xí)相關(guān)設(shè)計(jì)方案并通過(guò)對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的功能分析掌握其組成原理的分析方法和設(shè)計(jì)方法。3.掌握VHDL硬件描述語(yǔ)言，按照設(shè)計(jì)方案完成各模塊的程序設(shè)計(jì)，并進(jìn)行波形仿真正確闡述仿真結(jié)果。4.獨(dú)立撰寫(xiě)論文，能根據(jù)要求和內(nèi)容編寫(xiě)出合格的畢業(yè)論文。</p><p>　參考資料1 姜立東. VHDL語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)及應(yīng)用. 北京：北京郵電大學(xué)出版社，20042 李洋. 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)與創(chuàng)新. 北京：中國(guó)電力出版社，20073 王金明

5、，周順. 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與VHDL. 北京：電子工業(yè)出版社，20104 (美)James R, Armstrong F, Gail Gray.VHDL Design Representation and Synthesis. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003</p><p>　周 次第1 ～ 3周第4 ～ 6周第7 ～10周第11 ～13 周第14 ～16周</p><p>　應(yīng)完成的內(nèi)容課題

6、選定，調(diào)研、收集資料，形成初步思路。建立系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)，對(duì)整個(gè)程序流程進(jìn)行規(guī)劃。用VHDL語(yǔ)言對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行程序編寫(xiě)與調(diào)試工作。仿真結(jié)果歸納整理，撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文初稿。完成論文，準(zhǔn)備答辯。</p><p>　指導(dǎo)教師：職稱：講師 2013年 3月 22日系級(jí)教學(xué)單位審批：年 月 日</p><p><b>　　摘要</b></p><p&g

7、t;　　隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和市場(chǎng)的不斷繁榮，各種投幣式自動(dòng)售貨及服務(wù)機(jī)具已經(jīng)風(fēng)靡世界發(fā)達(dá)國(guó)家。這些采用現(xiàn)代電子技術(shù)和機(jī)電技術(shù)的自動(dòng)服務(wù)設(shè)施，給人們的日常生活帶來(lái)了極大的方便。</p><p>　　VHDL語(yǔ)言最初是由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)出來(lái)用來(lái)提高設(shè)計(jì)的可靠性和縮減開(kāi)發(fā)周期的一種設(shè)計(jì)語(yǔ)言。目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。</p><p>

8、　　本文介紹了VHDL的特點(diǎn)和應(yīng)用,以自動(dòng)售貨機(jī)為例，詳細(xì)說(shuō)明了其實(shí)現(xiàn)過(guò)程。本文使用VHDL描述自動(dòng)售貨機(jī)各模塊的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口并用MAX+plus II仿真。通過(guò)定義售貨過(guò)程的各個(gè)狀態(tài)以及各個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)售后機(jī)的選擇多個(gè)商品，投擲錢幣，找零退幣，顯示狀態(tài)，多次交易等功能。給出了各個(gè)模塊的源程序以及模塊之間連接圖，并通過(guò)仿真驗(yàn)證做出必要的分析。仿真結(jié)果說(shuō)明本次設(shè)計(jì)能滿足自動(dòng)售貨機(jī)所要求的功能，從而實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)的

9、自動(dòng)化和智能化。</p><p>　　關(guān)鍵詞　自動(dòng)售貨機(jī)；VHDL；EDA；MAX+plus II</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the rapid development of science and technology and the increasing flourish of th

10、e market, all kinds of coin-operated vending and service equipment has swept the developed countries of the world. The automatic service witch use modern technology, electronic technology and electromechanical facilities

11、 has brought great convenience to the people's daily lives.</p><p>　　VHDL language originally developed by the U.S. Department of Defense for the U.S. military to improve design reliability and reduce th

12、e development cycle using a smaller range of design language. Most EDA tools support almost all VHDL, VHDL which is widely used in the further promotion and laid the foundation.</p><p>　　This article introdu

13、ces the characteristics and application of VHDL, with a example of designing vending machines, describes detailedly the implementation process.This article uses VHDL langague described the structure, behavior, functions

14、and interfaces of each modules with MAX + plus II and its simulation. By defining the respective states of the process and the transitions between the various states in order to achieve the functions of the vending machi

15、ne that is select multiple items, throwi</p><p>　　Keywords　vending machine;VHDL;EDA;MAX+plus II</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>

16、　　AbstractII</p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 課題的目的與意義2</p><p>　　1.3 自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 本文的研究目標(biāo)及章節(jié)安排5<

17、;/p><p>　　1.4.1 本文的研究目標(biāo)5</p><p>　　1.4.2 本文的章節(jié)安排6</p><p>　　第2章 相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)工具7</p><p>　　2.1 EDA技術(shù)介紹7</p><p>　　2.1.1 EDA技術(shù)概念與應(yīng)用7</p><p>　　2.1.2 EDA

18、技術(shù)的歷史與發(fā)展趨勢(shì)8</p><p>　　2.2 VHDL語(yǔ)言介紹10</p><p>　　2.2.1 VHDL語(yǔ)言概念、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)10</p><p>　　2.2.2 VHDL語(yǔ)言結(jié)構(gòu)12</p><p>　　2.3 MAX+plusⅡ軟件介紹14</p><p>　　2.3.1 軟件概述14</

19、p><p>　　2.3.2 Max+plusⅡ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)15</p><p>　　2.3.3軟件功能使用及設(shè)計(jì)流程15</p><p>　　2.4 本章小結(jié)20</p><p>　　第3章 自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析21</p><p>　　3.1 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)與要求21</p><p

20、>　　3.2 自動(dòng)售貨機(jī)的設(shè)計(jì)需求分析21</p><p>　　3.3 自動(dòng)售貨機(jī)的系統(tǒng)工作流程21</p><p>　　3.4 自動(dòng)售貨機(jī)模塊的劃分22</p><p>　　3.5 自動(dòng)售貨機(jī)各工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換24</p><p>　　3.6 本章小結(jié)24</p><p>　　第4章 自動(dòng)售貨機(jī)各功能

21、模塊的仿真分析25</p><p>　　4.1 總控模塊的仿真分析25</p><p>　　4.2 二進(jìn)制譯碼模塊的仿真分析28</p><p>　　4.3 BCD譯碼模塊的仿真分析29</p><p>　　4.4 頂層模塊的仿真分析29</p><p>　　4.5本章小結(jié)30</p><

22、;p><b>　　結(jié)論31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　致謝34</b></p><p><b>　　附錄135</b></p><p><b>　　附錄240</b

23、></p><p><b>　　附錄346</b></p><p><b>　　附錄448</b></p><p><b>　　附錄573</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><

24、;b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　　自動(dòng)售貨機(jī)是能根據(jù)投入的錢幣自動(dòng)付貨的機(jī)器。自動(dòng)售貨機(jī)是商業(yè)自動(dòng)化的常用設(shè)備，它不受時(shí)間、地點(diǎn)的限制，能節(jié)省人力、方便交易。是一種全新的商業(yè)零售形式，又被稱為24小時(shí)營(yíng)業(yè)的微型超市。能分為三種：飲料自動(dòng)售貨機(jī)、食品自動(dòng)售貨機(jī)、綜合自動(dòng)售貨機(jī)。隨著科技的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們需求一種全新的購(gòu)物方式，這種方式不受人力時(shí)間的限制可隨時(shí)隨

25、地更快捷方便地購(gòu)買商品，自動(dòng)售貨機(jī)正能滿足人們的這種需求。如今，在機(jī)場(chǎng)、地鐵、商場(chǎng)、公園等客流較大的場(chǎng)所，不難發(fā)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的身影。顧客只要插人幾元的紙幣或硬幣，就可以方便地買到諸如飲料、口香糖等小東西。作為一種前衛(wèi)的零售方式，自動(dòng)售貨機(jī)受到了喜歡追逐時(shí)尚的年輕人的歡迎。自動(dòng)售貨機(jī)具有技術(shù)含量高、銷售方式新、市場(chǎng)潛力大、商品貨真價(jià)實(shí)等優(yōu)點(diǎn)，決定了它廣闊的發(fā)展前景。而且，它與電子購(gòu)物等新型消費(fèi)方式相通，能創(chuàng)造巨大的商機(jī)，研究自動(dòng)售貨機(jī)是非

26、常有價(jià)值的。隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械有了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，自動(dòng)售貨機(jī)作為自動(dòng)化商業(yè)機(jī)械的代表被廣泛用于公共場(chǎng)所自動(dòng)售貨，給人們的生活帶來(lái)了極大的方便。特別在發(fā)達(dá)國(guó)家，自動(dòng)售貨機(jī)已經(jīng)十分普及，自動(dòng)售貨機(jī)</p><p>　　隨著科技的迅猛發(fā)展，信息技術(shù)，電子技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)日漸融合，成為當(dāng)今社會(huì)科技領(lǐng)域的重要支柱技術(shù)。由于VHDL已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的硬件描述語(yǔ)言，目前大多數(shù)ED

27、A工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)[1]。在硬件電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要的設(shè)計(jì)文件是用VHDL編寫(xiě)的源代碼，因?yàn)閂HDL易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計(jì)。</p><p>　　1.2 課題的目的與意義</p><p>　　人類社會(huì)已進(jìn)入到高度發(fā)達(dá)的信息化社會(huì)，信息社會(huì)的發(fā)展離不開(kāi)電子產(chǎn)品的進(jìn)步。現(xiàn)代電子產(chǎn)品在性能提高、復(fù)雜度增大的同時(shí)，價(jià)格卻一直呈下降趨勢(shì)，而

28、且產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐也越來(lái)越快，實(shí)現(xiàn)這種進(jìn)步的主要原因就是生產(chǎn)制造技術(shù)和電子設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。前者以微細(xì)加工技術(shù)為代表，目前已進(jìn)展到深亞微米階段，可以在幾平方厘米的芯片上集成數(shù)千萬(wàn)個(gè)晶體管；后者的核心就是EDA技術(shù)[2]。EDA是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成的電子CAD通用軟件包，主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作：IC設(shè)計(jì)，電子電路設(shè)計(jì)以及PCB設(shè)計(jì)。沒(méi)有EDA技術(shù)的支持，想要完成上述超大

29、規(guī)模集成電路的設(shè)計(jì)制造是不可想象的，反過(guò)來(lái)，生產(chǎn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步又必將對(duì)EDA技術(shù)提出新的要求。</p><p>　　自動(dòng)售貨機(jī)作為一種先進(jìn)的消費(fèi)方式，已經(jīng)成為城市現(xiàn)代文明發(fā)達(dá)程度的重要標(biāo)志，其新穎、時(shí)尚的購(gòu)物方式，24小時(shí)營(yíng)業(yè)的特點(diǎn)給人們生活帶來(lái)了便利，美化了城市環(huán)境，受到消費(fèi)者的歡迎。但是在我國(guó)自動(dòng)售貨機(jī)的普及還不及發(fā)達(dá)國(guó)家，主要原因是我國(guó)EDA技術(shù)的應(yīng)用水平長(zhǎng)期落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。</p>&l

30、t;p>　　本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)售貨機(jī)的基本功能，如選擇貨物，投幣，找零，顯示，多次交易等功能。利用軟件MAX+plusⅡ平臺(tái)，采用VHDL硬件描述語(yǔ)言編程的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)系統(tǒng)核心電路的硬件程序，與一般的軟件開(kāi)發(fā)不同，VHDL編程更需要熟悉一些底層的硬件知識(shí)，特別是數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)，因此VHDL編程的方法、思路都要更多的與硬件電路聯(lián)系起來(lái)[3]。完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的硬件程序設(shè)計(jì)后，在軟件平臺(tái)上進(jìn)行編譯和電路仿真。</p>

31、<p>　　通過(guò)本課題的研究，可以掌握電子控制系統(tǒng)的基本原理與其實(shí)現(xiàn)，通過(guò)對(duì)各個(gè)模塊的編程及其仿真，對(duì)MAX+plusⅡ軟件的使用有所了解。每個(gè)波形模塊的VHDL實(shí)現(xiàn)加深了硬件描述語(yǔ)言的學(xué)習(xí)。最終的頂層文件的調(diào)試，更是體現(xiàn)了綜合知識(shí)的運(yùn)用。本課題的研究是對(duì)本專業(yè)所學(xué)知識(shí)的較系統(tǒng)綜合的理解與應(yīng)用，是理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的體現(xiàn)。設(shè)計(jì)綜合了本專業(yè)所學(xué)幾門重要專業(yè)課程的內(nèi)容，包括EDA技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等的學(xué)習(xí)，較為符合電氣工程及其

32、自動(dòng)化專業(yè)的培養(yǎng)要求，有助于實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力、設(shè)計(jì)能力的提高。</p><p>　　1.3 自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　公元1世紀(jì),希臘人希羅制造的自動(dòng)出售圣水的裝置是世界上最早的自動(dòng)售貨機(jī)。17世紀(jì)，英國(guó)的小酒吧里設(shè)有了香煙的自動(dòng)售貨機(jī)。在自動(dòng)售貨機(jī)歷史的長(zhǎng)河中，日本開(kāi)發(fā)出實(shí)用型的自動(dòng)售貨機(jī)，那是在進(jìn)入本世紀(jì)后的事。自動(dòng)售貨機(jī)的真正普及是在第二次世界大戰(zhàn)以后。50

33、年代，“噴水型果汁自動(dòng)售貨機(jī)”大受歡迎，果汁被注入在紙杯里出售。后來(lái)，由于美國(guó)的飲料大公司進(jìn)入日本市場(chǎng)，1962年，出現(xiàn)了以自動(dòng)售貨機(jī)為主體的流通領(lǐng)域的革命。1967年，100日元單位以下的貨幣全部改為硬幣，從而促進(jìn)了自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。1925年美國(guó)研制出售香煙的自動(dòng)售貨機(jī)，此后又出現(xiàn)了出售郵票、車票的各種現(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)。在日本全國(guó)各地，共設(shè)有550萬(wàn)臺(tái)自動(dòng)售貨機(jī)（據(jù)1998年的統(tǒng)計(jì)），銷售額達(dá)6兆8969億4887萬(wàn)日元，為世界第

34、一。在售貨機(jī)的顯示屏幕上進(jìn)行操作，輸入商品號(hào)碼和購(gòu)買數(shù)量，并投入錢幣后，商品就會(huì)從取貨口出來(lái)，甚至從食品自動(dòng)售貨機(jī)上還能買到熱呼呼的面條和米飯團(tuán)。雖然日本的自動(dòng)售貨機(jī)總臺(tái)數(shù)低于美國(guó)（據(jù)1997年的統(tǒng)計(jì)為689萬(wàn)臺(tái)），但是，從人口占有數(shù)來(lái)看卻是世界上最高的，美國(guó)平均35人占有一臺(tái)，而日本為23人占有一臺(tái)。1999</p><p>　　自動(dòng)售貨機(jī)在中國(guó)的發(fā)展?fàn)顩r：1993年，日本、美國(guó)、韓國(guó)的二手自動(dòng)售貨機(jī)進(jìn)入中國(guó)，

35、只能識(shí)別人民幣硬幣。1995年，可口可樂(lè)、百事可樂(lè)開(kāi)始小量布放使用硬幣的自動(dòng)售冷飲機(jī)。1997年，南開(kāi)戈德開(kāi)發(fā)出“GD人民幣智能識(shí)別系統(tǒng)”。1998年，南開(kāi)戈德自行研制成功“GD自動(dòng)售貨機(jī)”，成為我國(guó)第一家規(guī)模生產(chǎn)同時(shí)識(shí)別紙硬幣自動(dòng)售貨機(jī)的公司。1998年,加拿大“科匯”公司在廣州開(kāi)始銷售、擺放“Vendo”等進(jìn)口機(jī)器[4]。1998年10月，南開(kāi)戈德組建“天津戈德微超貿(mào)易有限公司”（現(xiàn)“天津戈德移動(dòng)商務(wù)有限公司”前身），成為國(guó)內(nèi)第一家

36、規(guī)模經(jīng)營(yíng)自動(dòng)售貨機(jī)的單位。2000～2001年，青島“澳柯瑪”、番禺“智強(qiáng)”、廣州“金沙”、長(zhǎng)沙“艾博” 等相繼進(jìn)入自動(dòng)售貨機(jī)行業(yè)。圖1-1為市場(chǎng)上的自動(dòng)售貨機(jī)。</p><p>　　圖1-1市場(chǎng)上的自動(dòng)售貨機(jī)</p><p>　　但三年來(lái)，被稱為“永不下班的超級(jí)營(yíng)業(yè)員”的自動(dòng)售貨機(jī)并未在中國(guó)得</p><p>　　到普及。目前，中國(guó)的自動(dòng)售貨機(jī)擁有量約為2萬(wàn)臺(tái)，相

37、對(duì)于13億的人口大國(guó)，這個(gè)數(shù)字微不足道。中國(guó)自動(dòng)售貨業(yè)的發(fā)展比較緩慢，原因是多方面的。其中，最大的障礙是中國(guó)消費(fèi)者對(duì)自動(dòng)售貨機(jī)的可靠性、易操作性有疑慮。在前2002亞洲自動(dòng)售貨機(jī)展覽會(huì)上，全球交易支付技術(shù)的先導(dǎo)者美國(guó)MEI公司全球市場(chǎng)副總裁魏思特說(shuō)，上海是中國(guó)乃至亞洲最為發(fā)達(dá)的城市之一，自動(dòng)售貨業(yè)的發(fā)展?jié)摿Σ豢晒懒?。專家預(yù)測(cè)，未來(lái)幾年中國(guó)市場(chǎng)上的自動(dòng)售貨機(jī)將每年增加 5－10萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)沿海比較富裕的地區(qū)，將大約有3.5億人口經(jīng)常使用自動(dòng)

38、售貨機(jī)。</p><p>　　現(xiàn)代自動(dòng)售貨機(jī)的種類、結(jié)構(gòu)和功能依出售的物品而異，主要有食品、飲料、香煙、郵票、車票、日用品等自動(dòng)售貨機(jī)。一般的自動(dòng)售貨機(jī)由錢幣裝置、指示裝置、貯藏售貨裝置等組成。錢幣裝置是售貨機(jī)的核心，其主要功能是確認(rèn)投入錢幣的真?zhèn)危诌x錢幣的種類，計(jì)算金額。如果投入的金額達(dá)到購(gòu)買物品的數(shù)值即發(fā)出售貨信號(hào)，并找出余錢。指示裝置用以指示顧客所選商品的品種。貯藏售貨裝置保存商品，接收出售指示信號(hào)，把顧

39、客選擇的商品送至付貨口。一般售貨機(jī)的錢幣裝置由投幣口、選別裝置、確認(rèn)錢幣真?zhèn)蔚臋z查裝置、計(jì)算金額的計(jì)算裝置和找錢裝置組成[5]。70年代以來(lái)，出現(xiàn)了采用微型計(jì)算機(jī)控制的各種新型自動(dòng)售貨機(jī)和利用信用卡代替錢幣并與計(jì)算機(jī)連接的更大規(guī)模的無(wú)人售貨系統(tǒng)，如無(wú)人自選商場(chǎng)、車站的自動(dòng)售票和檢票系統(tǒng)、銀行的現(xiàn)金自動(dòng)支付機(jī)等[6]。</p><p>　　從廣義來(lái)講投入硬幣、紙幣、信用卡等后便可以銷售商品的機(jī)械，從狹義來(lái)講就是自動(dòng)

40、銷售商品的機(jī)械。從供給的條件看，自動(dòng)售貨機(jī)可以充分補(bǔ)充人力資源的不足，適應(yīng)消費(fèi)環(huán)境和消費(fèi)模式的變化，24小時(shí)無(wú)人售貨的系統(tǒng)可以更省力，運(yùn)營(yíng)時(shí)需要的資本少、面積小，有吸引人們購(gòu)買好奇心的自身性能，可以很好地解決人工費(fèi)用上升的問(wèn)題等各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　自動(dòng)售貨機(jī)產(chǎn)業(yè)正在走向信息化并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)合理化。例如實(shí)行聯(lián)機(jī)方式，通過(guò)電話線路將自動(dòng)售貨機(jī)內(nèi)的庫(kù)存信息及時(shí)地傳送各營(yíng)業(yè)點(diǎn)的電腦中，從而確保了商品的發(fā)送、補(bǔ)充

41、以及商品選定的順利進(jìn)行。并且，為防止地球暖化，自動(dòng)售貨機(jī)的開(kāi)發(fā)致力于能源的節(jié)省，節(jié)能型清涼飲料自動(dòng)售貨機(jī)成為該行業(yè)的主流。在夏季電力消費(fèi)高峰時(shí)，這種機(jī)型的自動(dòng)售貨機(jī)即使在關(guān)掉冷卻器的狀況下也能保持低溫，與以往的自動(dòng)售貨機(jī)相比，它能夠節(jié)約10－15%的電力。進(jìn)入21世紀(jì)時(shí)，自動(dòng)售貨機(jī)也將進(jìn)一步向節(jié)省資源和能源以及高功能化的方向發(fā)展。</p><p>　　1.4 本文的研究目標(biāo)及章節(jié)安排</p><

42、;p>　　1.4.1 本文的研究目標(biāo)</p><p>　　本文研究目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種自頂向下的分層自動(dòng)售貨機(jī)。使用VHDL硬件描述語(yǔ)言編寫(xiě)程序代碼用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)功能并以MAX+plusⅡ軟件做為開(kāi)發(fā)環(huán)境，設(shè)計(jì)一個(gè)能實(shí)現(xiàn)選擇商品，投幣，找零，顯示狀態(tài)，多次交易的自動(dòng)售貨機(jī)。自動(dòng)售貨機(jī)模塊的設(shè)計(jì)具有相對(duì)獨(dú)立性，可以對(duì)各模塊進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)、修改和調(diào)試，這樣減少了設(shè)計(jì)周期。最后通過(guò)模擬仿真，功能驗(yàn)證來(lái)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。<

43、/p><p>　　1.4.2 本文的章節(jié)安排</p><p>　　本篇論文一共分為四章，每章內(nèi)容安排如下：</p><p>　　第1章介紹了本文課題的研究背景，以及自動(dòng)售貨機(jī)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀。第2章對(duì)EDA電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)、VHDL標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言及MAX+plusⅡ軟件做了基本的介紹，第3章主要講述了自動(dòng)售貨機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求、系統(tǒng)需求分析、工作流程、狀態(tài)轉(zhuǎn)換及模塊

44、劃分。第4章介紹了在Max+plusⅡ軟件平臺(tái)上進(jìn)行波形模擬仿真并做出必要的功能驗(yàn)證與分析說(shuō)明。</p><p>　　第2章 相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)工具</p><p>　　2.1 EDA技術(shù)介紹</p><p>　　2.1.1 EDA技術(shù)概念與應(yīng)用</p><p>　　EDA技術(shù)是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能

45、化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開(kāi)始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過(guò)程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。</p><p>　　20世紀(jì)90年代，國(guó)際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較為先進(jìn)的國(guó)家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技

46、術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用[7]，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。這些器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。</p><p>　　EDA在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學(xué)方面

47、，幾乎所有理工科（特別是電子信息）類的高校都開(kāi)設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本概念和基本原理、掌握用HDL語(yǔ)言編寫(xiě)規(guī)范、掌握邏輯綜合的理論和算法、使用EDA工具進(jìn)行電子電路課程的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并從事簡(jiǎn)單系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一般學(xué)習(xí)電路仿真工具（如Multisim、PSPICE）和PLD開(kāi)發(fā)工具（如Altera/Xilinx的器件結(jié)構(gòu)及開(kāi)發(fā)系統(tǒng)），為今后工作打下基礎(chǔ)。</p><p>　　科研方面主要利用電路仿真工具

48、（Multisim或PSPICE）進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品測(cè)試；將CPLD/FPGA器件實(shí)際應(yīng)用到儀器設(shè)備中；從事PCB設(shè)計(jì)和ASIC設(shè)計(jì)等[8]。</p><p>　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面，包括計(jì)算機(jī)仿真，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的EDA工具應(yīng)用、系統(tǒng)級(jí)模擬及測(cè)試環(huán)境的仿真，生產(chǎn)流水線的EDA技術(shù)應(yīng)用、產(chǎn)品測(cè)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。如PCB的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、ASIC的制作過(guò)程等[9]。<

49、/p><p>　　從應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)看，EDA技術(shù)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)，如上文所說(shuō)，包括在機(jī)械、電子、通信、航空航航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA應(yīng)用。另外，EDA軟件的功能日益強(qiáng)大，原來(lái)功能比較單一的軟件，現(xiàn)在增加了很多新用途。如AutoCAD軟件可用于機(jī)械及建筑設(shè)計(jì)，也擴(kuò)展到建筑裝璜及各類效果圖、汽車和飛機(jī)的模型、電影特技等領(lǐng)域。</p><p>　　2.1.2 EDA技術(shù)

50、的歷史與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　在電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（英語(yǔ)：Electronic design automation，縮寫(xiě)：EDA）出現(xiàn)之前，設(shè)計(jì)人員必須手工完成集成電路的設(shè)計(jì)、布線等工作，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)所謂集成電路的復(fù)雜程度遠(yuǎn)不及現(xiàn)在。工業(yè)界開(kāi)始使用幾何學(xué)方法來(lái)制造用于電路光繪（photoplotter）的膠帶。到了1970年代中期，開(kāi)發(fā)人應(yīng)嘗試將整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化，而不僅僅滿足于自動(dòng)完成掩膜草圖。第一個(gè)電路布

51、線、布局工具研發(fā)成功。設(shè)計(jì)自動(dòng)化會(huì)議（Design Automation Conference）在這一時(shí)期被創(chuàng)立，旨在促進(jìn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的發(fā)展。</p><p>　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化發(fā)展的下一個(gè)重要階段以卡弗爾·米德（Carver Mead）和琳·康維于1980年發(fā)表的論文《超大規(guī)模集成電路系統(tǒng)導(dǎo)論》（Introduction to VLSI Systems）為標(biāo)志。這一篇具有重大意義的論文提出

52、了通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的新思想。如果這一想法得到實(shí)現(xiàn)，芯片設(shè)計(jì)的復(fù)雜程度可以得到顯著提升。這主要得益于用來(lái)進(jìn)行集成電路邏輯仿真、功能驗(yàn)證的工具的性能得到相當(dāng)?shù)母纳?。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，設(shè)計(jì)項(xiàng)目可以在構(gòu)建實(shí)際硬件電路之前進(jìn)行仿真，芯片布線布局對(duì)人工設(shè)計(jì)的要求降低，而且軟件錯(cuò)誤率不斷降低。直至今日，盡管所用的語(yǔ)言和工具仍然不斷在發(fā)展，但是通過(guò)編程語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證電路預(yù)期行為，利用工具軟件綜合得到低抽象級(jí)物理設(shè)計(jì)的這種途徑，仍然是

53、數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。</p><p>　　從1981年開(kāi)始，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化逐漸開(kāi)始商業(yè)化。1984年的設(shè)計(jì)自動(dòng)化會(huì)議（Design Automation Conference）上還舉辦了第一個(gè)以電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化為主題的銷售展覽。Gateway設(shè)計(jì)自動(dòng)化在1986年推出了一種硬件描述語(yǔ)言Verilog[10,11]，這種語(yǔ)言在現(xiàn)在是最流行的高級(jí)抽象設(shè)計(jì)語(yǔ)言。1987年，在美國(guó)國(guó)防部的資助下，另一種硬件描述語(yǔ)言VH

54、DL被創(chuàng)造出來(lái)?，F(xiàn)代的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化設(shè)計(jì)工具可以識(shí)別、讀取不同類型的硬件描述。根據(jù)這些語(yǔ)言規(guī)范產(chǎn)生的各種仿真系統(tǒng)迅速被推出，使得設(shè)計(jì)人員可對(duì)設(shè)計(jì)的芯片進(jìn)行直接仿真。后來(lái)，技術(shù)的發(fā)展更側(cè)重于邏輯綜合。</p><p>　　目前的數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)都比較模塊化（參見(jiàn)集成電路設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)收斂（Design closure）和設(shè)計(jì)流（Design flow (EDA)））。半導(dǎo)體器件制造工藝需要標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)描述，高抽象級(jí)的

55、描述將被編譯為信息單元（cell）的形式。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)時(shí)尚無(wú)需考慮信息單元的具體硬件工藝。利用特定的集成電路制造工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路，信息單元就會(huì)實(shí)施預(yù)定義的邏輯或其他電子功能。半導(dǎo)體硬件廠商大多會(huì)為它們制造的元件提供“元件庫(kù)”，并提供相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化仿真模型。相比數(shù)字的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具，模擬系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具大多并非模塊化的，這是因?yàn)槟M電路的功能更加復(fù)雜，而且不同部分的相互影響較強(qiáng)，而且作用規(guī)律復(fù)雜，電子元件大多沒(méi)有那么

56、理想。Verilog AMS就是一種用于模擬電子設(shè)計(jì)的硬件描述語(yǔ)言。此文，設(shè)計(jì)人員可以使用硬件驗(yàn)證語(yǔ)言來(lái)完成項(xiàng)目的驗(yàn)證工作目前最新的發(fā)展趨勢(shì)是將集描述語(yǔ)言、驗(yàn)證語(yǔ)言集成為一體，典型的例子有SystemVerilog。</p><p>　　隨著集成電路規(guī)模的擴(kuò)大、半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化的重要性急劇增加。這些工具的使用者包括半導(dǎo)體器件制造中心的硬件技術(shù)人員，他們的工作是操作半導(dǎo)體器件制造設(shè)備并管理整個(gè)工作車

57、間。一些以設(shè)計(jì)為主要業(yè)務(wù)的公司，也會(huì)使用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件來(lái)評(píng)估制造部門是否能夠適應(yīng)新的設(shè)計(jì)任務(wù)。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具還被用來(lái)將設(shè)計(jì)的功能導(dǎo)入到類似現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門陣列的半定制可編程邏輯器件，或者生產(chǎn)全定制的專用集成電路。從目前的EDA技術(shù)來(lái)看，其發(fā)展趨勢(shì)是政府重視、使用普及、應(yīng)用廣泛、工具多樣、軟件功能強(qiáng)大。</p><p>　　中國(guó)EDA市場(chǎng)已漸趨成熟，不過(guò)大部分設(shè)計(jì)工程師面向的是PCB制板和小型ASIC領(lǐng)域[

58、12]，僅有小部分（約11%）的設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)復(fù)雜的片上系統(tǒng)器件。為了與臺(tái)灣和美國(guó)的設(shè)計(jì)工程師形成更有力的競(jìng)爭(zhēng)，中國(guó)的設(shè)計(jì)隊(duì)伍有必要引進(jìn)和學(xué)習(xí)一些最新的EDA技術(shù)。</p><p>　　在信息通信領(lǐng)域，要優(yōu)先發(fā)展高速寬帶信息網(wǎng)、深亞微米集成電路、新型元器件、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、第三代移動(dòng)通信技術(shù)、信息管理、信息安全技術(shù)，積極開(kāi)拓以數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的新一代信息產(chǎn)品，發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)，培育新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。要大力推進(jìn)制

59、造業(yè)信息化，積極開(kāi)展計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝（CAPP）、計(jì)算機(jī)機(jī)輔助制造（CAM）、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）、制造資源計(jì)劃（MRPII）及企業(yè)資源管理（ERP）等。有條件的企業(yè)可開(kāi)展“網(wǎng)絡(luò)制造”，便于合作設(shè)計(jì)、合作制造，參與國(guó)內(nèi)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)。開(kāi)展“數(shù)控化”工程和“數(shù)字化”工程。自動(dòng)化儀表的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的測(cè)試技術(shù)、控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)進(jìn)一步融合，形成測(cè)量、控制、通信與計(jì)算機(jī)（M3C）結(jié)構(gòu)。

60、在ASIC和PLD設(shè)計(jì)方面，向超高速、高密度、低功耗、低電壓方面發(fā)展。</p><p>　　外設(shè)技術(shù)與EDA工程相結(jié)合的市場(chǎng)前景看好，如組合超大屏幕的相關(guān)連接，多屏幕技術(shù)也有所發(fā)展。</p><p>　　中國(guó)自1995年以來(lái)加速開(kāi)發(fā)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，先后建立了幾所設(shè)計(jì)中心，推動(dòng)系列設(shè)計(jì)活動(dòng)以應(yīng)對(duì)亞太地區(qū)其它EDA市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　在EDA軟件開(kāi)發(fā)方面，目前

61、主要集中在美國(guó)。但各國(guó)也正在努力開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工具。日本、韓國(guó)都有ASIC設(shè)計(jì)工具，但不對(duì)外開(kāi)放。中國(guó)華大集成電路設(shè)計(jì)中心，也提供IC設(shè)計(jì)軟件，但性能不是很強(qiáng)。相信在不久的將來(lái)會(huì)有更多更好的設(shè)計(jì)工具在各地開(kāi)花并結(jié)果。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)和印度正在成為電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化領(lǐng)域發(fā)展最快的兩個(gè)市場(chǎng)，年夏合增長(zhǎng)率分別達(dá)到了50%和30%。</p><p>　　2.2 VHDL語(yǔ)言介紹</p><p>　　2

62、.2.1 VHDL語(yǔ)言概念、特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)</p><p>　　VHDL語(yǔ)言是一種用于電路設(shè)計(jì)的高級(jí)語(yǔ)言。它在80年代的后期出現(xiàn)。最初是由美國(guó)國(guó)防部開(kāi)發(fā)出來(lái)供美軍用來(lái)提高設(shè)計(jì)的可靠性和縮減開(kāi)發(fā)周期的一種使用范圍較小的設(shè)計(jì)語(yǔ)言。</p><p>　　VHDL翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言，主要是應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中[13]。目前，它在中國(guó)的應(yīng)用多數(shù)是用在FPGA/CPLD/EPLD的

63、設(shè)計(jì)中。當(dāng)然在一些實(shí)力較為雄厚的單位，它也被用來(lái)設(shè)計(jì)ASIC。</p><p>　　VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語(yǔ)句外，VHDL的語(yǔ)言形式、描述風(fēng)格以及語(yǔ)法是十分類似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和

64、算法完成部分。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開(kāi)發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。</p><p>　　與其他硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL具有以下特點(diǎn)：</p><p>　　功能強(qiáng)大、設(shè)計(jì)靈活。VHDL具有功能強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)，可以用簡(jiǎn)潔明確的源代碼來(lái)描述復(fù)雜的邏輯控制。它具有多層次的設(shè)計(jì)描述功能，層層細(xì)化，最后

65、可直接生成電路級(jí)描述。VHDL支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)，這是其他硬件描述語(yǔ)言雖不能比擬的。</p><p>　　支持廣泛、易于修改。由于VHDL已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)范的硬件描述語(yǔ)言，目前大多數(shù)EDA工具幾乎都支持VHDL，這為VHDL的進(jìn)一步推廣和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。在硬件電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要的設(shè)計(jì)文件是用VHDL編寫(xiě)的源代碼，因?yàn)閂HDL易讀和結(jié)構(gòu)化，所以易于修改設(shè)計(jì)。</p>

66、<p>　　強(qiáng)大的系統(tǒng)硬件描述能力。VHDL具有多層次的設(shè)計(jì)描述功能，既可以描述系統(tǒng)級(jí)電路，又可以描述門級(jí)電路。而描述既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者混合的混合級(jí)描述。另外，VHDL支持慣性延遲和傳輸延遲，還可以準(zhǔn)確地建立硬件電路模型。</p><p>　　獨(dú)立于器件的設(shè)計(jì)、與工藝無(wú)關(guān)。設(shè)計(jì)人員用VHDL進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，不需要首先考慮選擇完成設(shè)計(jì)的器件，就可以集中精力進(jìn)行設(shè)計(jì)的優(yōu)

67、化。當(dāng)設(shè)計(jì)描述完成后，可以用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。</p><p>　　很強(qiáng)的移植能力。VHDL是一種標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)言，同一個(gè)設(shè)計(jì)描述可以被不同的工具所支持，使得設(shè)計(jì)描述的移植成為可能。</p><p>　　易于共享和復(fù)用。VHDL采用基于庫(kù)（Library）的設(shè)計(jì)方法，可以建立各種可再次利用的模塊。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計(jì)或使用以前設(shè)計(jì)中的存檔模塊，將這些模塊存放到庫(kù)中，就可以

68、在以后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)用，可以使設(shè)計(jì)成果在設(shè)計(jì)人員之間進(jìn)行交流和共享，減少硬件電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　與其他硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL具有以下優(yōu)勢(shì)：</p><p>　　(1)與其他的硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL具有更強(qiáng)的行為描述能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語(yǔ)言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開(kāi)具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。</p&g

69、t;<p>　　(2)VHDL豐富的仿真語(yǔ)句和庫(kù)函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。</p><p>　　(3)VHDL語(yǔ)句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。符合市場(chǎng)需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個(gè)代發(fā)組共同并行工作才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(4)對(duì)于用V

70、HDL完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用EDA工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)的把VHDL描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級(jí)網(wǎng)表。</p><p>　　(5)VHDL對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。</p><p>　　2.2.2 VHDL語(yǔ)言結(jié)構(gòu)</p><p>　　在VHDL中，對(duì)某個(gè)數(shù)字系統(tǒng)的硬件抽象稱

71、為實(shí)體[14,15]。實(shí)體既可以單獨(dú)存在，也可以作為另一個(gè)更大實(shí)體的一部分。當(dāng)一個(gè)實(shí)體成為另—個(gè)實(shí)體的一部分時(shí)，我們就把這個(gè)實(shí)體稱為組件描述一個(gè)實(shí)體的對(duì)外特性及其內(nèi)部功能，是設(shè)計(jì)的主要任務(wù)?！獋€(gè)VHDL程序設(shè)計(jì)的基本結(jié)構(gòu)，主要包括5個(gè)方面。</p><p>　　實(shí)體（Entity）：實(shí)體聲明定義了一個(gè)設(shè)計(jì)模塊的輸入和輸出端口，即模塊對(duì)外的特性。實(shí)體聲明給出了設(shè)計(jì)模塊與外部的接口。</p><p

72、>　　結(jié)構(gòu)體（Architecture）：結(jié)構(gòu)體描述器件的行為或結(jié)構(gòu)，說(shuō)明該器件的功能以及如何完成這些功能。它指定設(shè)計(jì)實(shí)體、輸入和輸出之間的關(guān)系，結(jié)構(gòu)體一定跟在實(shí)體之后。</p><p>　　配置（Configuration）：配置語(yǔ)句描述層與層之間的連接關(guān)系以及實(shí)體與結(jié)構(gòu)體之間的連接關(guān)系。</p><p>　　程序包（Package）：程序包用于存放各設(shè)計(jì)模塊都能夠共享的常數(shù)、數(shù)據(jù)

73、類型和子程序等。</p><p>　　庫(kù)（Library）：庫(kù)是專門用于存放預(yù)先編譯好的程序包的地方，對(duì)應(yīng)一個(gè)文件目錄，程序包的文件就放在此目錄中。</p><p>　　在VHDL語(yǔ)言程序中，最重要的就是實(shí)體和結(jié)構(gòu)體部分。它們是一個(gè)具體設(shè)計(jì)的核心。如果說(shuō)實(shí)體是系統(tǒng)和外部交流的橋梁，那么結(jié)構(gòu)體就是處理內(nèi)外交流的信號(hào)加工廠。在結(jié)構(gòu)體中各種信號(hào)協(xié)調(diào)工作，最后得到所需的輸出，傳送到輸出端口和外部進(jìn)

74、行交流。下面具體說(shuō)明實(shí)體和結(jié)構(gòu)體。</p><p><b>　　實(shí)體：</b></p><p>　　一個(gè)VHDL實(shí)體指定的實(shí)體名稱，實(shí)體的端口，以及實(shí)體相關(guān)的信息。所有設(shè)計(jì)創(chuàng)建使用一個(gè)或多個(gè)實(shí)體。讓我們來(lái)看看一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)體例子：</p><p>　　ENTITY mux IS</p><p>　　PORT ( a, b,

75、 c, d : IN BIT;s0, s1 : IN BIT; x : OUT BIT);</p><p><b>　　END mux;</b></p><p>　　關(guān)鍵字“實(shí)體”是開(kāi)始一個(gè)實(shí)體聲明的標(biāo)志，在整本文的說(shuō)明中，標(biāo)準(zhǔn)封裝中關(guān)鍵字的語(yǔ)言和類型全部用大寫(xiě)字母來(lái)顯示。例如，在前面的示例中，關(guān)鍵字是ENTITY, IS, PORT, IN, INOUT,，等等。如

76、果標(biāo)準(zhǔn)型是少量的。用戶創(chuàng)建像復(fù)用一樣的姓名，在上面的例子中，將以小寫(xiě)顯示。</p><p>　　實(shí)體的名稱是多路復(fù)用，該實(shí)體有7個(gè)端口和端口條款。6個(gè)端口，一個(gè)是輸入端口，另一個(gè)是輸出端口。4個(gè)數(shù)據(jù)輸入端口(a, b, c, d)是位寬類型。這兩個(gè)多路選擇輸入是s0 和 s1，也都是位寬類型。輸出端口也是位寬類型。實(shí)體描述外界的接口。它規(guī)定了一些端口，端口方向和端口的類型。比起這里顯示的信息，實(shí)體可以存放更多的信

77、息，但是這為我們提供了建立更復(fù)雜例子的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　結(jié)構(gòu)體：</b></p><p>　　實(shí)體是描述接口的VHDL模型。結(jié)構(gòu)體描述了實(shí)體的基本功能，并包含了模擬實(shí)體行為的陳述。結(jié)構(gòu)體始終是涉及實(shí)體和描述實(shí)體的行為。計(jì)數(shù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)體更早的像這樣描述：</p><p>　　ARCHITECTURE dataflow OF mu

78、x ISSIGNAL select : INTEGER;</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　select <= 0 WHEN s0 = ‘0’ AND s1 = ‘0’ ELSE1 WHEN s0 = ‘1’ AND s1= ‘0’ ELSE2 WHEN s0 = ‘0’ AND s1 = ‘1’ ELSE3;</p>

79、;<p>　　x <= a AFTER 0.5 NS WHEN select = 0 ELSEb AFTER 0.5 NS WHEN select = 1 ELSEc AFTER 0.5 NS WHEN select = 2 ELSEd AFTER 0.5 NS;</p><p>　　END dataflow;</p><p>　　關(guān)鍵字ARCHITECTURE本聲明描

80、述了一個(gè)實(shí)體的構(gòu)架。該結(jié)構(gòu)體的名字是數(shù)據(jù)流。該實(shí)體的構(gòu)架是一種被稱為多路復(fù)用的描述。</p><p>　　實(shí)體和結(jié)構(gòu)連接之間的原因是一個(gè)實(shí)體可以有多個(gè)結(jié)構(gòu)體來(lái)描述實(shí)體的行為。例如，一個(gè)構(gòu)造可能是一個(gè)行為描述，另一個(gè)可能是結(jié)構(gòu)性的描述。</p><p>　　在關(guān)鍵字ARCHITECTURE和BEGIN的文字區(qū)域是本地信號(hào)和供日后使用的組件。在這個(gè)例子中的信號(hào)選擇被宣布為當(dāng)?shù)氐男盘?hào)。</

81、p><p>　　結(jié)構(gòu)體的申明區(qū)域是由關(guān)鍵字BEGIN開(kāi)始的。所有在BEGIN和END netlist statement之間的申明被稱為并列的申明，因?yàn)樗械纳昝魍瑫r(shí)執(zhí)行。</p><p>　　2.3 MAX+plusⅡ軟件介紹</p><p>　　2.3.1 軟件概述</p><p>　　MAX+plusⅡ（Multiple Array and

82、 Programming Logic User System）開(kāi)發(fā)工具是美國(guó)Altera 公司推出的一種EDA 工具,用于開(kāi)發(fā)CPLD 和FPGA 進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。具有靈活高效，使用便捷，易學(xué)易用的特點(diǎn)。Altera 公司在推出各種CPLD 和FPGA 的同時(shí)也在不斷地升級(jí)相應(yīng)的開(kāi)發(fā)工具軟件[16]，已從早期的第一代MAX+plus、第二代MAX+plus 發(fā)展到目前的第三代MAX+plus II 和第四代Quartus。使用MAX

83、+plus Ⅱ軟件，設(shè)計(jì)者無(wú)需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，只需熟悉所用的設(shè)計(jì)輸入工具，如硬件描述語(yǔ)言、原理圖等進(jìn)行輸入，MAX+plusⅡ自動(dòng)將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成目標(biāo)文件下載到器件中去。MAX + plus Ⅱ是一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的全集成化設(shè)計(jì)環(huán)境,使設(shè)計(jì)者能對(duì)Altera 的各種CPLD 系列方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。MAX+ plus Ⅱ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力和高度的靈活性。</p><p>　　2.3.2

84、 Max+plusⅡ開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的特點(diǎn)</p><p><b>　　(1)開(kāi)放的界面</b></p><p>　　Max+plusⅡ支持與Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口[17,18]。</p><p><b>　　(2)與結(jié)

85、構(gòu)無(wú)關(guān)</b></p><p>　　Max+plusⅡ系統(tǒng)的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境。</p><p><b>　　(3)完全集成化</b></p>

86、<p>　　Max+plusⅡ的設(shè)計(jì)輸入、處理與較驗(yàn)功能全部集成在統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，這樣可以加快動(dòng)態(tài)調(diào)試、縮短開(kāi)發(fā)周期。</p><p><b>　　(4)豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)</b></p><p>　　Max+plusⅡ提供豐富的庫(kù)單元供設(shè)計(jì)者調(diào)用，其中包括74系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（Macro-Function）以及新型的參數(shù)化的兆功能（Mag

87、e-Function）。</p><p><b>　　(5)模塊化工具</b></p><p>　　設(shè)計(jì)人員可以從各種設(shè)計(jì)輸入、處理和較驗(yàn)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇從而使設(shè)計(jì)環(huán)境用戶化。</p><p>　　(6)硬件描述語(yǔ)言（HDL）</p><p>　　Max+plusⅡ軟件支持各種HDL設(shè)計(jì)輸入選項(xiàng)，包括VHDL、Verilo

88、g HDL和Altera自己的硬件描述語(yǔ)言AHDL。</p><p>　　(7)Opencore特征</p><p>　　Max+plusⅡ軟件具有開(kāi)放核的特點(diǎn)，允許設(shè)計(jì)人員添加自己認(rèn)為有價(jià)值的宏函數(shù)。</p><p>　　2.3.3軟件功能使用及設(shè)計(jì)流程</p><p><b>　　軟件功能簡(jiǎn)介:</b></p&

89、gt;<p><b>　　(1)原理圖輸入</b></p><p>　　MAX+PLUSII軟件具有圖形輸入能力,用戶可以方便的使用圖形編輯器輸入電路圖,圖中的元器件可以調(diào)用元件庫(kù)中元器件,除調(diào)用庫(kù)中的元件以外,還可以調(diào)用該軟件中的符號(hào)功能形成的功能塊.</p><p>　　(2)硬件描述語(yǔ)言輸入</p><p>　　MAX+PL

90、USII軟件中有一個(gè)文本編輯器,該編輯器支持VHDL,AHDL和Verilog硬件描述語(yǔ)言的輸入,同時(shí)還有一個(gè)語(yǔ)言模板使輸入程序語(yǔ)言更加方便,該軟件可以對(duì)這些程序語(yǔ)言進(jìn)行編譯并形成可以下載配置數(shù)據(jù).</p><p><b>　　(3)波形編輯器</b></p><p>　　在進(jìn)行邏輯電路的行為仿真時(shí)，需要在所設(shè)計(jì)電路的輸入端加入一定的波形，波形編輯器可以生成和編輯仿真

91、用的波形（*.SCF文件），使用該編輯器的工具條可以容易方便的生成波形和編輯波形。</p><p>　　(4)管腳（底層）編輯窗口</p><p>　　該窗口用于將已設(shè)計(jì)好邏輯電路的輸入輸出節(jié)點(diǎn)賦予實(shí)際芯片的引腳,通過(guò)鼠標(biāo)的拖拉，方便的定義管腳的功能。</p><p>　　(5)邏輯綜合與適配</p><p>　　該軟件在編譯過(guò)程中，通過(guò)邏輯

92、綜合 (Logic Synthesizer)和適配(Fitter) 模塊,可以把最簡(jiǎn)單的邏輯表達(dá)式自動(dòng)的吻合在合適的器件中。</p><p><b>　　(6)多器件劃分</b></p><p>　　如果設(shè)計(jì)不能完全裝入一個(gè)器件，編譯器中的多器件劃分模塊，可自動(dòng)的將一個(gè)設(shè)計(jì)分成幾個(gè)部分并分別裝入幾個(gè)器件中，并保證器件之間的連線最少。</p><p&

93、gt;　　(7)編程文件的產(chǎn)生</p><p>　　編譯器中的裝配程序(Assembler)將編譯好的程序創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)編程目標(biāo)文件。</p><p><b>　　(8)仿真</b></p><p>　　當(dāng)設(shè)計(jì)文件被編譯好,并在波形編輯器中將輸入波形編輯完畢后,就可以進(jìn)行行為仿真了,通過(guò)仿真可以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的邏輯關(guān)系是否準(zhǔn)確。</p>

94、<p><b>　　常用菜單簡(jiǎn)介:</b></p><p>　　(1)MAX+PLUSⅡ菜單：</p><p>　　MAX+plusII：</p><p>　　Hierarchy Display____________塔形顯示；</p><p>　　Graphic Editor_______________圖

95、形編輯器；</p><p>　　Symbol Editor_______________符號(hào)編輯器；</p><p>　　Text Editor__________________文本編輯器；</p><p>　　Waveform Editor_____________波形編輯器；</p><p>　　Floorplan Editor____

96、__________管腳編輯器；</p><p>　　Compiler____________________編譯器；</p><p>　　Simulator____________________仿真器；</p><p>　　Timing Analyzer_______________時(shí)間分析；</p><p>　　Programmer__

97、________________程序下載；</p><p>　　Message Processor_____________信息處理；</p><p>　　(2)文件菜單，該文件菜單隨所選功能的不同而不同。</p><p><b>　　File：</b></p><p><b>　　Project：</b

98、></p><p>　　Name________________________項(xiàng)目名稱；</p><p>　　Set Project to Current File________將當(dāng)前文件設(shè)置為項(xiàng)目；</p><p>　　Save&Check___________________保存并檢查文件；</p><p>　　Save

99、&Compile_________________保存并編譯文件；</p><p>　　Save&Simulator________________保存并仿真文件；</p><p>　　Save,Compile,Simulator__________保存，編譯，仿真；</p><p>　　New__________________________新文

100、件；</p><p>　　Open__________________________打開(kāi)文件；</p><p>　　Delete File_____________________刪除文件；</p><p>　　Retrieve_______________________提取文件；</p><p>　　Close_____________

101、____________關(guān)閉文件；</p><p>　　Save__________________________保存文件；</p><p>　　Save As________________________換名存文件；</p><p>　　Info___________________________信息；</p><p>　　Size_

102、___________________________圖紙尺寸；</p><p>　　Create Default Symbol_____________創(chuàng)建當(dāng)前模塊圖形符號(hào)；</p><p>　　Edit Symbol______________________編輯當(dāng)前模塊圖形符號(hào)；</p><p>　　Create Default Include File___

103、_______創(chuàng)建當(dāng)前包括文件；</p><p>　　Print____________________________打??；</p><p>　　Print Setup_______________________打印設(shè)置；</p><p><b>　　(3)指定菜單</b></p><p><b>　　As

104、sign：</b></p><p>　　Device___________________________指定器件；</p><p>　　Pin/Location/Chip__________________管腳，放置，芯片；</p><p>　　Timing Requirements_______________時(shí)間需要；</p><

105、;p>　　Clique___________________________指定一個(gè)功能組；</p><p>　　Logic Options_____________________邏輯選擇；</p><p>　　Probe____________________________指定探頭；</p><p>　　Connected Pins___________

106、_________連接管腳；</p><p>　　Global Project Device Options________設(shè)定項(xiàng)目中器件的參數(shù)；</p><p>　　Global Project Parameters___________設(shè)置項(xiàng)目參數(shù)；</p><p>　　Global Project Timing Requirements____設(shè)置時(shí)間參數(shù)；&

107、lt;/p><p>　　Global Project Logic Synthesis________設(shè)置邏輯綜合；</p><p>　　Ignore Project Assignments___________忽略項(xiàng)目指定；</p><p>　　Clear Project Assignment___________清除項(xiàng)目指定；</p><p>

108、　　Back Annotate Project_______________返回項(xiàng)目指定；</p><p>　　Convert Obsolete Assignment Format___轉(zhuǎn)換指定格式。</p><p><b>　　(4)選擇菜單</b></p><p><b>　　Options：</b></p>

109、;<p>　　Font_____________________________字形；</p><p>　　Text Size_________________________文本尺寸；</p><p>　　Line Style________________________線型；</p><p>　　Rubberbanding____________