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

2这次自动售货机综设

(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。

1. 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。

1. 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。

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

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。

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。