09自动售货机综设实验(含按键消抖,led和状态机)
一设计功能
1.上次状态机的练习
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2这次自动售货机综设
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(一)对比两次的售货机
上次售货机的关键是画出状态转移图。明确输入分几种,输出是啥,有哪些状态。如下图所示
(二)系统或综合设计的经验:
既然这次的综设,在上次的售货机基础上,加了流水灯,按键等模块。那么根据模块化设计,那我先做核心模块,再做功能模块,然后再连接好各个模块,实现系统功能。
我的经验:做过录音机综设实验,当时先做串口通信模块,再做LED实现多种功能模块,然后再把录音机模块做好,最后利用控制信号把这三大模块组合起来。利用拆分—设计—验证,模块化设计思路。
- 设计方法
关键是照图施工。
即一般做一个系统设计,都是先按照功能划分出几个大致的模块,然后画出系统框图。根据框图,找出核心模块,对于一个模块,也是照图施工,即先画出它的模块框图,时序图或状态转移图,然后根据图纸描述模块。
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- 系统框图
当然咯,这个系统框图是最好完成设计后,我再画出的。实际的动手过程:第一是先看了设计功能,大致晓得有三个模块,即按键模块,LED灯模块,售货机的状态机模块,也感觉到售货机的状态机模块是核心。
第二:A:在草稿纸画出三个模块的大致框图,并没有连接他们,因为当时也很茫然,一片混乱。B:然后就直接先做售货机的状态机模块,直接在上次的售货机程序上加了两个状态,还有把输出改了一下。C:接着我就做LED模块,从设计功能推出,有三个功能模式,即按下按键亮一个灯或两个;单向流水灯;双向流水灯;我又想起来上次录音机录音与回放实验中,LED灯功能比这个多得多,所以就看了上次录音机的LED模块的设计:由一个输入控制信号的不同值,来给led灯不同功能的标志信号,再由标志信号驱动LED灯实现不同功能。即一个控制信号的不同值对应LED灯的不同功能。
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最后就是对按键模块的设计,我刚开始很模糊怎么调用按键消抖,实现按键1和按键2按下;还加了三个按键的程序,即按键消抖,按键的组合模块,按键的控制模块,哈哈哈,太有趣了。
实际上,按键的调用:一是有一个按键消抖模块(消抖),一个按键控制模块(实现按键功能),再把消抖模块的输出标志(如Pin_out)作为按键控制模块的输入,而按键控制模块的输出可以作为其他功能模块的输入,如售货机的状态机模块,最后就是在顶层模块例化按键消抖和按键控制即可。如这次的两个按键,只需要把按键消抖例化两次,把按键消抖例化1和例化2的输出标志分别接上,按键控制的按键1和按键2输入端口,再把按键消抖例化1和例化2的输入KEY1 和KEY2和顶层的输入按键连起来就行。
二设计输入
我个人觉得这次LED灯模块,很值得品味一下。它有三种不同的显示状态,而LED却都是那四个,怎么避免对同一变量多次赋值和竞争冒险,还有就是在同一个模块实现多种功能。
(一)LED灯部分
module Water_led( input wire clk, input Rst,
input wire [2:0]led_state, output reg [3:0]led );
reg [3:0]rled; //复位时的LED灯寄存器 reg [3:0]rled0; //按键按下亮一个或两个的LED灯寄存器 reg [3:0]rled1; //单向流水灯的LED灯寄存器 reg [3:0]rled2; //双向流水灯的LED灯寄存器
reg en_led1; //单向流水灯的标志信号 reg en_led2;//双向流水灯的标志信号 //200ms timer parameter T200MS = 24'd9_999_999; reg [23:0]div_cnt; always@(posedge clk or negedge Rst) if(!Rst)begin div_cnt<=24'd0; end else if(div_cnt==T200MS)begin div_cnt<=24'd0; end else begin div_cnt<=div_cnt+1'b1; end
//用输入控制信号的不同值拉高不同的LED功能的标志信号 //最终实现不同的LED功能 always@(posedge clk or negedge Rst) if(!Rst)begin rled<=4'b0000; end else begin case(led_state) 0:begin rled0<=4'b0000; end
1:begin rled0<=4'b0001; end
2:begin rled0<=4'b0011; end 3:begin rled0<=4'b0111; end 4:begin rled0<=4'b1111; end 5:begin en_led1<=1'b1; end 6:begin en_led2<=1'b1; end endcase end
//单向流水灯 always@(posedge clk or negedge Rst) if(!Rst)begin rled1<=4'b0001; end else if(en_led1)begin if(div_cnt==T200MS)begin rled1<={rled1[2:0],rled1[3]}; end else begin rled1<=rled1; end end else begin rled1<=rled1; end //双向流水灯 reg double_led; always@(posedge clk or negedge Rst) if(!Rst)begin rled2<=4'b0001; double_led<=0; end else if(en_led2)begin case(double_led) 0:if(div_cnt==T200MS)begin rled2<={rled2[2:0],rled2[3]}; end else if(rled2==4'b1000)begin double_led<=1'b1; rled2<=rled2; end
1:if(div_cnt==T200MS-1)begin rled2<={rled2[0],rled2[3:1]}; end else if(rled2==4'b0001)begin double_led<=1'b0; rled2<=rled2; end endcase end
//the mean to avoid the multiple values by selector always@(*)begin if(Rst==0) led = rled; else if(led_state<3'd5) led = rled0; else if(led_state==3'd5) led = rled1; else if(led_state==3'd6) led = rled2; else led = rled; end endmodule |
通过上面的设计代码,我们清晰得知道了上面提出的那两个问题的答案:通过对不同的LED功能定义一个寄存器且在输出时利用选择器使得在同一时刻,只有一个赋值输出。而实现不同的功能,通过输入控制信号的不同拉高不同LED灯的标志信号,再利用标志信号驱动LED实现不同的功能。
(二)按键控制模块
按键控制模块的功能:按键1按下表示投入5毛,按键2按下表示投入1快,再把这两个的输出传递给售货机的状态机模块。
讲哈,我刚开看到这个按键功能的想法,给按键1和按键2分别给一个输出标志,来表示按键1和按键2按下,但我后面看到售货机的状态机模块输入只有一个,若是再加一个感觉有点麻烦,想想还是算了。那么怎么用一个标志信号来表示两个输入的值。
哈哈哈哈,我想到了设置一个2bit的输出标志,第零位表示按键1的值,第一位表示按键2的值。
第二个问题,怎么解决按键1按下和按键2按下给不同的值到输出标志?
方法是,用组合逻辑的assign语句实现。
assign po_money =(key1_in==1)?2'd1:(key2_in==1)?2'd2:2'd0; |
没错哈按键控制模块就是只有一句这么简单。
(三)顶层模块
`timescale 1ns/1ns `define clk_period 20
module top( input wire sclk, input Rst_n, input wire key_sw1, input wire key_sw2, output wire [3:0]LED );
wire key1_money; wire key2_money;
wire [1:0]kmoney; wire [2:0]led_flag;
//例化售货机 fsm inst_fsm ( .clk (sclk), .rst_n (Rst_n), .pi_money (kmoney), .po_led (led_flag) );
//例化LED Water_led inst_Water_led ( .clk(sclk), .Rst(Rst_n), .led_state(led_flag), .led(LED) );
//按键按下的例化 key_ctrl inst_key_ctrl ( .key1_in(key1_money), .key2_in(key2_money), .po_money(kmoney) );
//按键消抖的例化 key_filter inst_key1 ( .clk(sclk), .Rst(Rst_n), .Key1(key_sw1), .Pin_out(key1_money) );
//例化按键2 key_filter inst_key2 ( .clk(sclk), .Rst(Rst_n), .Key1(key_sw2), .Pin_out(key2_money) ); endmodule
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由于按键消抖和状态机设计模块,在前面两次实验中,我已经做了详细分析,这次就不再赘述。
三仿真波形
在仿真模块,我是按照拆分--设计—验证的步骤。即每做一个设计模块,先把语法错误等解决了,然后根据设计功能进行仿真,若仿真没问题,再做下一个模块,直到所有模块的仿真没问题,我再把所有模块组合连接起来在顶层,最后我就是对顶层进行仿真,若仿真没问题,再建立工程,关键约束,下载到开发板验证实验现象。
`timescale 1ns/1ns `define clk_period 20 module top_tb(); reg sclk; reg Rst_n; reg key1_in; reg key2_in; wire [3:0]po_led;
initial sclk = 1; always#(`clk_period/2) sclk =~sclk;
initial begin Rst_n = 0; key1_in=1'b0;key2_in=1'b0; #(`clk_period*20)key1_in=1'b1; Rst_n = 1;key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key1_in=1'b0; #(`clk_period*14)key1_in=1'b1; key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b0; key1_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; key1_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; key1_in=1'b0; #(`clk_period*15); key1_in=1'b1; key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b0; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; #(`clk_period*802)key2_in=1'b1; key1_in=1'b1; #(`clk_period*100)key2_in=1'b0; #(`clk_period*100); Rst_n = 0;#(`clk_period*20); //第二次仿真单向流水灯 key1_in=1'b1; Rst_n = 1;key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key1_in=1'b0; #(`clk_period*14)key1_in=1'b1; key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b0; key1_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; key1_in=1'b1; #(`clk_period*15)key2_in=1'b1; key1_in=1'b0; #(`clk_period*15); key1_in=1'b1; key2_in=1'b1; #(`clk_period*15)key1_in=1'b0; #(`clk_period*15)key1_in=1'b1; #(`clk_period*802)key2_in=1'b1; key1_in=1'b1; $stop; end
top inst_top ( .sclk(sclk), .Rst_n(Rst_n), .key_sw1(key1_in), .key_sw2(key2_in), .LED(po_led) ); endmodule
从图中得知,LED在按键控制下可以实现,亮一个或两个,单向流水灯,双向流水灯。
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我这次的经验是:
第一点:每个模块都要进行仿真,所有模块仿真没问题,再按照图纸连接各个模块,最后建立顶层和对顶层进行仿真。第二点:仿真的设计,主要是贴近设计功能,如按键1按下亮一个,那就模拟按键1按下;若是流水灯每亮一个需要200ms那么仿真时间也需要大于这个时间。第三点是全面,如按键1和按键2按下,还有单向和双向流水灯等都要仿真。