基于FPGA的自动售货机控制系统——开题报告

填 写 要 求

1．开题报告只需填写“文献综述”、“研究或解决的问题和拟采用的方法”两部分内容，其他信息由系统自动生成，不需要手工填写。

2．为了与网上任务书兼容及最终打印格式一致，开题报告采用固定格式，如有不适请调整内容以适应表格大小并保持整体美观，切勿轻易改变格式。

3．任务书须用A4纸，小4号字，黑色宋体，行距1.5倍。 4．使用此开题报告模板填写完毕，可直接粘接复制相应的内容到毕业设计网络系统。

1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述： 1.1 自动售货机的历史及现状 自动售货机是一种全新的商业零售形式，20世纪70年代自日本和欧美发展起来。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。 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，通过电话线路将自动售货机内的库存信息及时地传送各营业点的电脑中，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。在夏季电力消费高峰时，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发展。 1.2 FPGA实现自动售货机控制系统的的优势 VHDL（ Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）诞生于1982年，1987年底VHDL被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。 FPGA实现自动售货机控制系统具有四大优势： 1、性能——利用硬件并行的优势，FPGA打破了顺序执行的模式，在每个时钟周期内完成更多的处理任务，超越了数字信号处理器（DSP）的运算能力。著名的分析与基准测试公司BDTI，发布基准表明在某些应用方面，FPGA每美元的处理能力是DSP解决方案的多倍。在硬件层面控制输入和输出（I/O）为满足应用需求提供了更快速的响应时间和专业化的功能。 2、成本——自定制ASIC设计的非经常性工程（NRE）费用远远超过基于FPGA的硬件解决方案所产生的费用。ASIC设计初期的巨大投资表明了原始设备制造商每年需要运输数千种芯片，但更多的最终用户需要的是自定义硬件功能，从而实现数十至数百种系统的开发。可编程芯片的特性意味着用户可以节省制造成本以及漫长的交货组装时间。 系统的需求时时都会发生改变，但改变FPGA设计所产生的成本相对ASCI的巨额费用来说是微不足道的。 3、稳定性——软件工具提供了编程环境，FPGA电路是真正的编程“硬”执行过程。 基于处理器的系统往往包含了多个抽象层，可在多个进程之间计划任务、共享资源。 驱动层控制着硬件资源，而操作系统管理内存和处理器的带宽。 对于任何给定的处理器

内核，一次只能执行一个指令，且基于处理器的系统时刻面临着严格限时的任务相互取占的风险。 而FPGA不使用操作系统，拥有真正的并行执行和专注于每一项任务的确定性硬件，可减少稳定性方面出现问题的可能。 4、长期维护——FPGA芯片是现场可升级的，无需重新设计ASIC所涉及的时间与费用投入。举例来说，数字通信协议包含了可随时间改变的规范，而基于ASIC的接口可能会造成维护和向前兼容方面的困难。可重新配置的FPGA芯片能够适应未来需要作出的修改。 随着产品或系统成熟起来，用户无需花费时间重新设计硬件或修改电路板布局就能增强功能。 1.3 FPGA实现自动售货机控制系统的基本原理 如图1所示，本次设计的售货机是由四个模块组成的，分别为：分频模块、扫描模块、主控模块、显示模块。 图1 自动售货机内部模块 分频模块的作用是对外来的时钟信号进行分频以达到自己所需的频率。扫描模块采用的是实验箱上的4X4矩阵键盘对商品的单价进行手动的输入。显示模块的作用是对商品的单价、数量以及投币的金额进行显示。 主控模块是自动售货机控制系统的核心模块，主要实现存储商品信息、控制购物进程、处理投币金额、控制商品出货、计算余额以及控制LED灯显示等功能。其主要分五个步骤来完成： 1、信息存储——信息存储是初始设置，对任务所需要的四种商品的价格和数量进行手动的输入并保存，保存完之后系统执行第二个步骤。 2、投币选择——顾客可以投入0.5元、1元、5元、10元四种类型的货币，投币完

之后就可以选择商品，此时系统执行第三个步骤。 3、内部处理——系统会将顾客投币的金额和商品的价格进行比较，当投入的金额大于商品的价格时，系统将执行第四个步骤。当顾客投入的金额小于商品的价格时系统会直接跳转到第五个步骤。 4、出货找零——在确认投币的金额大于商品的价格时，系统会计算出余额实现找零并且发出出货信号。此时如果顾客想要继续购买则会跳转到步骤二，如果顾客不想购买了则会跳转到步骤五。 5、结束购买——购买结束，投币金额清零。 参考文献 [1]白丽．自动售货机:第三次零售业革命［J］．电子商务，2005，（3） [2]王雯隽．基于Verilong-HDL 自动售货机的设计与实现［J］．微型电脑应用，2005，21(5) [3]裴进灵．一种新型自动售货机的研制［J］．科技情报开发与经济,2003，13（12） [4]郑大宇，纪鹏．自动售货机结构安全机制的研究［J］．哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2006，22（1） [5]郑大宇，刘立晶．自动售货机送出机构的设计及优化［J］．黑龙江商学院学报（自然科学版）， 2000，6（3） [6]黄科 艾琼龙 李磊主编《 EDA与数字系统设计案例实践》[M].清华大学出版社，2010.年 [7]郭照南 主编 《电子技术与EDA技术课程设计》[M].中南大学出版社，2010年 [8]包明 编著 《EDA技术与可编程器件的应用》[M].北京航空航天大学出版社，2007年 [9]潘松 黄继业 编著 《EDA技术实用教程——VHDL版》（第四版）[M].科学出版社，2010年 [10]刘绍汉 林灶生 刘新民 编著 《VHDL芯片设计》[M].清华大学出版社，2004年

2. 毕业设计任务要研究或解决的问题和拟采用的方法： （1）毕业设计任务要研究或解决的问题 研究基于FPGA的自动售货机控制系统问题，要求： ①阅读FPGA相关的论文和书籍，系统地了解FPGA相关知识和原理的目的。 ②了解自动售货机的工作原理和运行流程。 ③掌握VHDL语言，并熟练运用描述相关硬件结构。 ④掌握Quartus II 软件平台的应用和操作。 ⑤通过分析、仿真和调试实现货物的计数、计价、找零及出货等功能。 （2）预期成果： 通过研究现有的自动售货机，了解自动售货机的基本原理和实现步骤，并分析出程序结构框图和程序运行过程，分析各关键参数对自动售货过程中的影响。 利用VHDL硬件描述语言实现自动售货机控制系统，完成仿真与调试。 （3）拟采用的研究方法 N Y N Y 图2 自动售货机工作流程图 设计总体思路： 自动售货机运行流程如图2所示：自动售货机在运行之后，首先由售货员对商品的数量和单价进行设置，设置之后等待顾客投币并且选择商品。在顾客选择商品之后系统会自动的对比顾客投入的金额以及物价，如果投币金额大于物价，自动售货机会出货并且找零。如果金额小于物价则会直接退出。

指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）： 指导教师签字： 年 月 日 上级审查意见： 负责人签字： 年 月 日

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