2 - FPGA基础知识问答500问连载 （二）

25：设计一个自动饮料售卖机，饮料10分钱，硬币有5分和10分两种，并考虑找零，
1.画出fsm（有限状态机）
2.用verilog编程，语法要符合fpga设计的要求
3.设计工程中可使用的工具及设计大致过程？

library IEEE;

use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;

use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

entity drink_auto_sale is

port(clk: in std_logic;

reset:in std_logic;

sw101:in std_logic;

sw102:in std_logic;

buy : out std_logic;

back: out std_logic);

end drink_auto_sale;

architecture Behavioral of drink_auto_sale is

type state_type is(st0,st1);

signal cs ,ns : state_type;

begin

process(clk,reset)

begin

if(reset = '1') then

cs <= st0;

elsif(clk'event and clk = '1') then

cs <= ns;

end if;

end process;

process(reset ,cs)

begin

case cs is

when st0 => if( sw101 = '1') then

ns <= st1;

buy<= '0';

back<= '0';

elsif(sw102 = '1') then

ns <= st0;

buy<= '1';

back <= '0';

else

ns <= st0 ;

buy <= '0';

back <= '0';

end if;

when st1 => if(sw101 = '1') then

ns <= st0;

buy <= '1';

back <= '0';

elsif(sw102 = '1') then

ns <= st0;

buy <= '1';

back <= '1';

end if;

when others => ns <= st0;

buy<= '0';

back <= '0';

end case;

end process;

end Behavioral;

设计过程：设定三个状态：0分，5分；当状态为0分时，接收到5分信号脉冲后转为5分；接收到10分信号脉冲时，转到0分状态，同时弹出饮料，不找零；状态为5分时，接受到5分信号，弹出饮料，不找零，返回0分状态；当接受到10分状态时，弹出饮料，找零，并返回零分状态。

所用设计工具：ISE7.1，modelsim,synplify

（不知道为什么上面的状态机设计在synplify的RTL view中没能看到状态机流程图，所以状态转移图就没画）。

Q26：什么是"线与"逻辑,要实现它,在硬件特性上有什么具体要求?

线与逻辑是两个输出信号相连可以实现与的功能。在硬件上,要用oc门来实现,由于不用 oc门可能使灌电流过大,而烧坏逻辑门. 同时在输出端口应加一个上拉电阻。Oc门就是集电极开路门。

Q27：什么是竞争与冒险现象?怎样判断?如何消除?

在组合电路中，某一输入变量经过不同途径传输后，到达电路中某一汇合点的时间有先有后，这种现象称竞争；由于竞争而使电路输出发生瞬时错误的现象叫做冒险。（也就是由于竞争产生的毛刺叫做冒险）。判断方法：代数法（如果布尔式中有相反的信号则可能产生竞争和冒险现象）；卡诺图：有两个相切的卡诺圈并且相切处没有被其他卡诺圈包围，就有可能出现竞争冒险；实验法：示波器观测；
解决方法：1：加滤波电路，消除毛刺的影响；2：加选通信号，避开毛刺；3：增加冗余项消除逻辑冒险。