基于FPGA的自动售货机控制系统设计——时钟发生器与PWM LED亮度控制

本文主要探讨基于FPGA的自动售货机控制系统的设计，涉及硬件系统设计、FPGA内部电路编程，并使用VHDL硬件描述语言进行功能描述，选用ALTERA公司的FPGA芯片作为核心元件。 在自动售货机控制系统中，时钟发生器扮演着关键角色。时钟发生器为系统的各个部分提供同步信号，确保操作的精确性和一致性。例如，文中提到选择了6MHz的时钟信号，这对于单片机的PWM（脉宽调制）控制LED亮度至关重要。PWM是一种通过调节信号占空比来调整输出电压平均值的技术，常用于控制LED亮度。占空比越高，LED亮的时间越长，亮度也就越强。因此，时钟发生器提供的稳定时钟信号决定了PWM频率的精度，进而影响LED亮度的平滑变化。 FPGA（现场可编程门阵列）在自动售货机的控制中承担了核心处理器的角色。FPGA内部电路的编程设计利用VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）进行，这是一种硬件描述语言，允许工程师以更接近于自然语言的方式描述硬件行为和结构。通过VHDL，可以实现复杂的逻辑控制，如投币检测、商品选择确认以及主控模块等功能。 硬件系统设计部分，需要围绕选定的FPGA器件构建外围电路，包括输入输出接口、电源管理、时钟管理等。例如，图中列出的引脚定义，如I/O32到I/O49等，这些引脚可能用于连接各种传感器、按钮、显示设备等，以实现与外界的交互。 自动售货机的控制流程可能包括以下模块： 1. **投币模块**：识别和处理投入的硬币，通常需要有硬币检测电路和计数器，确保正确计算金额。 2. **商品选择模块**：接收用户选择商品的指令，可能通过按钮或触摸屏实现，需要处理多路输入信号。 3. **主控模块**：根据投币和商品选择信息，控制电机或电磁阀等执行机构，实现商品的出货。 此外，设计完成后，会通过仿真工具对FPGA内部功能进行验证，确保设计的正确性和可靠性。 关键词：FPGA、EDA（电子设计自动化）、自动售货机、VHDL 整个设计旨在提高自动售货机的可开发性，缩短产品开发周期，降低成本，并增加设计的成功率，适应快速发展的商品市场和现代化需求。