电子技术实践作业自动售饮料机

根据给定的信息，本次实践作业的目标是设计一个自动售饮料机系统，该系统采用FPGA进行编程，并且能够实现用户通过按键输入选择饮料并完成支付的功能。以下将详细阐述涉及的关键知识点。 ### 1. FPGA简介 FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，是一种半定制电路的集成电路，具有硬件重构能力，可以在制造完成后通过用户编程改变其逻辑功能。在电子工程、计算机科学领域中被广泛应用。FPGA具有灵活性高、开发周期短等优点，适用于复杂的数字信号处理、高速数据传输等领域。 ### 2. 单片机与FPGA的区别 单片机是一种集成微处理器、存储器和输入输出接口于一体的微型计算机，主要用于嵌入式系统的控制。而FPGA则是一种可编程的硬件平台，可以通过软件编程来实现特定的逻辑功能。两者的主要区别在于： - **功能实现方式**：单片机通过编写程序实现功能；FPGA通过硬件配置实现。 - **灵活性**：FPGA更灵活，可以实时修改逻辑功能；单片机灵活性较低，主要通过软件更新实现功能变化。 - **性能**：对于复杂运算和并行处理任务，FPGA通常比单片机更高效。 ### 3. 项目设计思路 该项目的主要目标是设计一个能够自动售卖饮料的机器，用户可以通过按键选择不同的饮料并投入相应的硬币进行支付。具体的设计思路包括以下几个方面： #### 3.1 输入与输出设计 - **输入部分**：主要包括硬币输入（`mny_5`, `mny_1`）和饮料选择（`cola`, `tea1`, `tea2`）。 - **输出部分**：包括显示模块（`led`）以及控制信号（`out0`, `out1`, `out2`）用于控制饮料的出货。 #### 3.2 时钟信号处理 为了确保系统的稳定运行，项目中设计了两个时钟信号处理模块，分别是1MHz和10Hz的时钟信号。这两个时钟信号分别用于控制LED显示和饮料选择等功能。 #### 3.3 控制逻辑设计 通过一系列的条件判断语句来实现对饮料的选择和支付过程的控制。例如： - 当用户选择了可乐时（`cola`为高电平），系统会根据当前的金额状态（由`out0`, `out1`, `out2`表示）判断是否足够支付，并通过`led`显示剩余金额。 - 同样的逻辑也适用于其他饮料的选择。 ### 4. Verilog HDL语言介绍 Verilog HDL（Hardware Description Language）是一种用于描述数字逻辑系统的高级硬件描述语言，广泛应用于FPGA设计中。本项目使用Verilog HDL编写代码来实现自动售饮料机的功能。 #### 4.1 基本语法结构 - **模块定义**：使用`module`关键字定义一个模块，如`module auto_sell(…);`。 - **端口声明**：在模块定义中声明输入输出端口，如`input mny_5, mny_1;`。 - **内部变量声明**：使用`reg`关键字声明内部变量，如`reg [7:0] led;`。 - **时序逻辑**：使用`always`块描述时序逻辑，如`always @(posedge clk)`。 - **组合逻辑**：同样使用`always`块描述组合逻辑，但敏感列表可能不同。 #### 4.2 具体实现 在提供的部分代码中，可以看出已经实现了基本的时钟信号处理和输入选择逻辑。通过使用计数器（如`cnt1`, `cnt2`）来产生所需频率的时钟信号，并通过`posedge`触发器实现对时钟信号的上升沿检测。此外，还通过使用`case`语句实现了基于输入信号的不同操作。 ### 5. 总结 本项目利用FPGA技术和Verilog HDL语言设计了一个自动售饮料机系统，通过按键选择饮料并进行支付。项目不仅涉及到FPGA的基本原理和技术应用，还涵盖了硬件描述语言的编写方法，对于学习嵌入式系统设计具有一定的参考价值。