【优秀课设】基于FPGA的Verilog HDL自动售货机_verilog自动售货机

基于FPGA的Verilog HDL自动售货机

FPGA

左边9个拨动开关是10元商品的选择器，右边9个拨动开关是15元商品的选择器，需要什么商品就上拨开关，然后商品的总钱数会显示在左边两个数码管上（例如我上拨左边2个，右边1个，数码管就应该显示为210+115=35）

左边两个按键分别为进钱5元，进钱10元，按按几下，就是进了几次对应的钱，然后将总钱数显示在中间的数码管上

右边两个按键分别为确定出货和清零，当按下确定建时，如果进钞总数大于商品所需钱数，就将剩余的钱数显示在左边的数码管上，中间数码管置零，如果钱不够，就进行LED灯的闪烁警告。

当按清零按键时，就将所有数码管置零。

代码如下：

module TCD1206(C5,C10,F,S10,S15,Y5);
//程序开始的顶层文件名和总变量
	input C5, C10, F;		//定义输入
	output S10, S15, Y5;		//定义输出

reg S10, S15, Y5;		//定义寄存器类型的三种输出变量
wire s10_enable,s15_enable,s20_enable;		//定义线型使能信号变量
reg [3:0] s_count;		//定义6位RS计数器变量

parameter s_end = 'h5,		//赋值RS使能信号的结束值
s20_begin = 'h4,
s15_begin = 'h3, 	//SH结束值
s10_begin = 'h2; 	//SH开始值		占空比1/10 周期1ms


assign s10_enable = ((s_count>=s10_begin));
//赋值RS使能信号范围
assign s15_enable = ((s_count>=s15_begin));
//赋值SH使能信号范围
assign s20_enable = ((s_count>=s20_begin));
//赋值 CR1、CR2使能信号范围



//RS信号产生部分
always@(posedge C5 or posedge C10)
//always语句块 CLK和RST上升沿有效
begin 		//语句块开始
if (C10)	s_count<=s_count+1'b1+1'b1;		//当RST信号变为高电平时 6位计数器置0
else if (s_count>=s_end -1 )  s_count <= 3'h0;
//当计数器超过最大值-1时 计数器清零
else	s_count<=s_count+1'b1;
//其他范围内计数器加一位二进制的1
end			//结束语句块

always@(posedge F)
begin
if (!F) S10<=1'b0,S15<=1'b0;
else if (s20_enable) Y5<= 1'b1,S15<=1'b0,s_count<=1'b0;
else if (s15_enable) S15<= 1'b1 ,s_count<=1'b0;
else if (s10_enable) S10<= 1'b1 ,s_count<=1'b0;
//当RS使能信号高电平时RS信号置1
else	S10<=1'b0,S15<=1'b0,Y5<= 1'b0; 		//其他时候RS为0
end	


endmodule		//程序结束
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47

Cortex-M架构SysTick系统定时器阻塞和非阻塞延时

首先是最常用的阻塞延时

void delay_ms(unsigned int ms)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器
	while(ms--)
	{
		while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待
	}
	SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
void delay_us(unsigned int us)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器
	while(us--)
	{
		while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待
	}
	SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22

50000000表示工作频率
分频后即可得到不同的延时时间
以此类推

那么 不用两个嵌套while循环 也可以写成：

void delay_ms(unsigned int ms)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器

	while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待

	SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
void delay_us(unsigned int us)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000*us-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器
	
	while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待

	SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

但是这种写法有个弊端
那就是输入ms后，最大定时不得超过计数值，也就是不能超过LOAD的最大值，否则溢出以后，则无法正常工作

而LOAD如果最大是32位 也就是4294967295

晶振为50M的话 50M的计数值为1s 4294967295计数值约为85s

固最大定时时间为85s

但用嵌套while的话 最大可以支持定时4294967295*85s

如果采用非阻塞的话 直接改写第二种方法就好了：

void delay_ms(unsigned int ms)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器

	//while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待

	//SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
void delay_us(unsigned int us)
{
	SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000*us-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles)  载入计数值 定时器从这个值开始计数
	SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag  清空计数值到达0后的标记
	SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock  使能26MHz的系统定时器
	
	//while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set  等待

	//SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick  关闭系统定时器
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20

将等待和关闭定时器语句去掉
在使用时加上判断即可变为阻塞：

delay_ms(500);
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);
SysTick->CTRL = 0;
1
2
3

在非阻塞状态下 可以提交定时器后 去做别的事情 然后再来等待

不过这样又有一个弊端 那就是定时器会自动重载 可能做别的事情以后 定时器跑过了 然后就要等85s才能停下

故可以通过内部定时器来进行非阻塞延时函数的编写

基本上每个mcu的内部定时器都可以配置自动重载等功能 网上资料很多 这里就不再阐述了

附录：压缩字符串、大小端格式转换

压缩字符串

首先HART数据格式如下：


重点就是浮点数和字符串类型
Latin-1就不说了 基本用不到

浮点数

浮点数里面 如 0x40 80 00 00表示4.0f

在HART协议里面 浮点数是按大端格式发送的 就是高位先发送 低位后发送

发送出来的数组为：40,80,00,00

但在C语言对浮点数的存储中 是按小端格式来存储的 也就是40在高位 00在低位
浮点数：4.0f
地址0x1000对应00
地址0x1001对应00
地址0x1002对应80
地址0x1003对应40

若直接使用memcpy函数 则需要进行大小端转换 否则会存储为：
地址0x1000对应40
地址0x1001对应80
地址0x1002对应00
地址0x1003对应00

大小端转换：

void swap32(void * p)
{
   uint32_t *ptr=p;
   uint32_t x = *ptr;
   x = (x << 16) | (x >> 16);
   x = ((x & 0x00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF);

   *ptr=x;
}

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

压缩Packed-ASCII字符串

本质上是将原本的ASCII的最高2位去掉 然后拼接起来 比如空格(0x20)
四个空格拼接后就成了
1000 0010 0000 1000 0010 0000
十六进制：82 08 20
对了一下表 0x20之前的识别不了
也就是只能识别0x20-0x5F的ASCII表

压缩/解压函数后面再写：

//传入的字符串和数字必须提前声明 且字符串大小至少为str_len 数组大小至少为str_len%4*3 str_len必须为4的倍数
uint8_t Trans_ASCII_to_Pack(uint8_t * str,uint8_t * buf,const uint8_t str_len)
{
   if(str_len%4)
   {
      return 0;
   }
	 
   uint8_t i=0;
   memset(buf,0,str_len/4*3);	  
   for(i=0;i<str_len;i++)
   {
      if(str[i]==0x00)
      {
         str[i]=0x20;
      }
   }

   for(i=0;i<str_len/4;i++)
   {
      buf[3*i]=(str[4*i]<<2)|((str[4*i+1]>>4)&0x03);
      buf[3*i+1]=(str[4*i+1]<<4)|((str[4*i+2]>>2)&0x0F);
      buf[3*i+2]=(str[4*i+2]<<6)|(str[4*i+3]&0x3F);
   }

   return 1;
}

//传入的字符串和数字必须提前声明 且字符串大小至少为str_len 数组大小至少为str_len%4*3 str_len必须为4的倍数
uint8_t Trans_Pack_to_ASCII(uint8_t * str,uint8_t * buf,const uint8_t str_len)
{
   if(str_len%4)
   {
      return 0;
   }

   uint8_t i=0;

   memset(str,0,str_len);

   for(i=0;i<str_len/4;i++)
   {
      str[4*i]=(buf[3*i]>>2)&0x3F;
      str[4*i+1]=((buf[3*i]<<4)&0x30)|(buf[3*i+1]>>4);
      str[4*i+2]=((buf[3*i+1]<<2)&0x3C)|(buf[3*i+2]>>6);
      str[4*i+3]=buf[3*i+2]&0x3F;
   }

   return 1;
}


1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52

大小端转换

在串口等数据解析中 难免遇到大小端格式问题

什么是大端和小端

所谓的大端模式，就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

所谓的小端模式，就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

简单来说：大端——高尾端，小端——低尾端

举个例子，比如数字 0x12 34 56 78在内存中的表示形式为：

1)大端模式：

低地址 -----------------> 高地址

0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

2)小端模式：

低地址 ------------------> 高地址

0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

可见，大端模式和字符串的存储模式类似。

数据传输中的大小端

比如地址位、起止位一般都是大端格式
如：
起始位：0x520A
则发送的buf应为{0x52,0x0A}

而数据位一般是小端格式（单字节无大小端之分）
如：
一个16位的数据发送出来为{0x52,0x0A}
则对应的uint16_t类型数为： 0x0A52

而对于浮点数4.0f 转为32位应是：
40 80 00 00

以大端存储来说 发送出来的buf就是依次发送 40 80 00 00

以小端存储来说 则发送 00 00 80 40

由于memcpy等函数 是按字节地址进行复制 其复制的格式为小端格式 所以当数据为小端存储时 不用进行大小端转换
如：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x00,0x00,0x80,0x40};
   memcpy(&dat,buf,4);
   float f=0.0f;
   f=*((float*)&dat); //地址强转
   printf("%f",f);
1
2
3
4
5
6

或更优解：

   uint8_t buf[]={0x00,0x00,0x80,0x40};   
   float f=0.0f;
   memcpy(&f,buf,4);
1
2
3

而对于大端存储的数据（如HART协议数据 全为大端格式） 其复制的格式仍然为小端格式 所以当数据为小端存储时 要进行大小端转换
如：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};
   memcpy(&dat,buf,4);
   float f=0.0f;
   swap32(&dat); //大小端转换
   f=*((float*)&dat); //地址强转
   printf("%f",f);
1
2
3
4
5
6
7

或：

uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};
   memcpy(&dat,buf,4);
   float f=0.0f;
   swap32(&f); //大小端转换
   printf("%f",f);
1
2
3
4
5

或更优解：

uint32_t dat=0;
uint8_t buf[]={0x40,0x80,0x00,0x00};
   float f=0.0f;
   dat=(buf[0]<<24)|(buf[0]<<16)|(buf[0]<<8)|(buf[0]<<0)
   f=*((float*)&dat);
1
2
3
4
5

总结

固 若数据为小端格式 则可以直接用memcpy函数进行转换 否则通过移位的方式再进行地址强转

对于多位数据 比如同时传两个浮点数 则可以定义结构体之后进行memcpy复制（数据为小端格式）

对于小端数据 直接用memcpy写入即可 若是浮点数 也不用再进行强转

对于大端数据 如果不嫌麻烦 或想使代码更加简洁（但执行效率会降低） 也可以先用memcpy写入结构体之后再调用大小端转换函数 但这里需要注意的是 结构体必须全为无符号整型 浮点型只能在大小端转换写入之后再次强转 若结构体内采用浮点型 则需要强转两次

所以对于大端数据 推荐通过移位的方式来进行赋值 然后再进行个别数的强转 再往通用结构体进行写入

多个不同变量大小的结构体 要主要字节对齐的问题
可以用#pragma pack(1) 使其对齐为1
但会影响效率

大小端转换函数

直接通过对地址的操作来实现 传入的变量为32位的变量
中间变量ptr是传入变量的地址

void swap16(void * p)
{
   uint16_t *ptr=p;
   uint16_t x = *ptr;
   x = (x << 8) | (x >> 8);

   *ptr=x;
}

void swap32(void * p)
{
   uint32_t *ptr=p;
   uint32_t x = *ptr;
   x = (x << 16) | (x >> 16);
   x = ((x & 0x00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF);

   *ptr=x;
}

void swap64(void * p)
{
   uint64_t *ptr=p;
   uint64_t x = *ptr;
   x = (x << 32) | (x >> 32);
   x = ((x & 0x0000FFFF0000FFFF) << 16) | ((x >> 16) & 0x0000FFFF0000FFFF);
   x = ((x & 0x00FF00FF00FF00FF) << 8) | ((x >> 8) & 0x00FF00FF00FF00FF);

   *ptr=x;
}
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29