基于VHDL的地鐵售票系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）基于VHDL的地鐵售票系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)專業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)班級2011級姓名王發(fā)展沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）目錄引言31EDA技術(shù)和VHDL語言介紹511EDA技術(shù)介紹512VHDL語言介紹513VHDL語言的特點614VHDL語言結(jié)構(gòu)框架715VHDL軟件設(shè)計簡介142利用VHDL語言設(shè)計地鐵售票系統(tǒng)1521地鐵售票系統(tǒng)功能分析1522地鐵售票系統(tǒng)的總體設(shè)計分析1523地鐵售票系統(tǒng)的系統(tǒng)流程設(shè)計1624地鐵售票系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)計173系統(tǒng)程序模塊化設(shè)計2131選站模塊設(shè)計2132選票模塊設(shè)計2133投幣模塊設(shè)計2234出票模塊設(shè)計2335余額找零模塊設(shè)計244系統(tǒng)程序的編譯和仿真2641MAXPLUS的介紹2642系統(tǒng)程序編譯2743系統(tǒng)程序仿真305仿真結(jié)果驗證3651選票狀態(tài)“取消鍵”驗證3652投幣狀態(tài)下“取消鍵”驗證3753余額找零驗證39結(jié)論41致謝42參考文獻(xiàn)43附錄源程序45沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO1摘要VHDL語言是一種很高級的硬件描述語言，它主要應(yīng)用于復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域。它具有很強(qiáng)的硬件描述能力，能夠輕易的描述出硬件的結(jié)構(gòu)和功能，能夠很好的描述復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)、接口和功能。在本文中實現(xiàn)地鐵售票系統(tǒng)的設(shè)計，就是利用VHDL語言來設(shè)計地體售票系統(tǒng)的核心功能，在設(shè)計系統(tǒng)時加入了有限狀態(tài)機(jī)的思想來完善售票系統(tǒng)，對整個系統(tǒng)程序進(jìn)行分模塊處理，逐個實現(xiàn)單個功能，最后將各個模塊完整的組合起來構(gòu)成完整的系統(tǒng)程序。同時，以MAXPLUSII軟件作為開發(fā)平臺，完成地鐵售票系統(tǒng)程序的仿真調(diào)試工作。使其實現(xiàn)地鐵售票系統(tǒng)的選站、選票、投幣、出票、找零等功能。本文主要體現(xiàn)VHDL在實際生活中的應(yīng)用，隨著數(shù)字化的進(jìn)步，VHDL在逐步深入到各個領(lǐng)域的應(yīng)用。在地鐵售票系統(tǒng)中，采用VHDL很好的實現(xiàn)了需要實現(xiàn)的功能，在這里，只是在VHDL中實現(xiàn)了地鐵售票系統(tǒng)的理論化進(jìn)程，并且在MAXPLUS軟件環(huán)境下順利仿真運行，并且得到了預(yù)想的結(jié)果。如果還想得到在硬件上的體現(xiàn)，那么，這里我們還要用到VHDL的硬件設(shè)計功能，實現(xiàn)系統(tǒng)程序在VHDL中的硬件描述。關(guān)鍵詞地鐵；售票；狀態(tài)機(jī)；模塊沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO2ABSTRACTVHDLLANGUAGEISAHANDWAREDESCRIPTIONLANGUAGEWITHHIGHLEVEL,WHICHISMAINLYUSEDINCOMPLEXDIGITALSYSTEMDESIGNINGITHASAGREATABILITYOFHANDWAREDESCRIPTION,DESCRIBINGTHESTRUCTUREANDFUNCTIONOFHANDWAREEASILYITALSOCANBEAGOODDESCRIPTIONOFTHEBEHAVIOROFCOMPLEXDIGITALSYSTEMS,STRUCTURE,INTERFACES,ANDFUNCTIONSINTHISTHESIS,THEREALIANCEOFTHEDESIGNOFSUBWAYTICKETINGSYSTEMSISTOTHATUSETHEVHDLLANGUAGETODESIGNTHECOREFUNCTIONSOFTHEBODYTICKETINGSYSTEMFIRST,WITHTHEADDITIONOFIDEAOFAFINITESTATEMACHINEINTHEDESIGNOFTHESYSTEM,THETICKETINGSYSTEMPROVEDALOTNEXT,DIVIDETHEWHOLESYSTEMPROJECTSINTOSEVERALMODULESOTHATEACHFUNCTIONCANBEREALIZEDGRADUALLYFINALLY,COMBINEEACHMODULETOGETHERCOMPLETELYTOFORMACOMPLETESYSTEMPROCESSMEANWHILE,WITHTHEBASEOFTHEMAXPLUSSOFTASADEVELOPMENTPLATFORM,FINISHTHESIMULATIONDEBUGGINGSUBWAYTICKEINGSYSTEMPROGRAMTHUSTHEFUNCTIONOFSTATIONSELECTING,TICKETCHOOSING,TICKETGIVINGANDCHANGEGIVINGCANBEREALIZEDTHISPAPERMAINLYSHOWEDTHEVHDLSAPPLICATIONINTHEREALLIFEWITHTHEADVANCEMENTOFTHEDIGITALIZATION,VHDLGRADUALLYGODEEPINTOTHEAPPLICATIONOFVARIOUSFIELDSINTHESUBWAYTICKINGSYSTEM,VHDLSUSINGHAVEREALIZEDTHEFUNCTIONGREATLYWHICHISNEEDEDINTHISPAPER,THETHEORIZINGPROCESSOFTHESUBWAYTICKETINGSYSTEMISJUSTREALIZEDINTHEVHDLANDITCANREALIZEEMULATIONALRUNUNDERMAXPLUSSOFTWAREENVIRONMENTITHASGAINEDTHEDESIREDRESULTIFWEWANTTOGETTHEREFLECTIONINTHEHARDWARE,WEHAVETOUSETHECAPABILITIESOFVHDLHARDWAREDESIGNTOREALIZETHEHARDWAREDESCRIPTIONINVHDLOFTHESYSTEMPROGRAMKEYWORDSTHESUBWAYTHETICKTTHESTATEMACHINEMODEL沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO3引言隨著電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展需要更加先進(jìn)的硬件電路設(shè)計，因此就出現(xiàn)了另外一種新興的，能夠很好地完成設(shè)計的一種硬件描述語言，這將會是電子設(shè)計自動化領(lǐng)域的一次重大的變革。目前，我們在廣泛使用的硬件描述語言分為VHDL語言和VERILOGHDL語言，它們先后被規(guī)定為國際標(biāo)準(zhǔn)語言。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前在世界各地幾乎所有的ASIC和FPGA都是采用硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計的，VHDL的應(yīng)用在EDA解決方案中所起到的作用越來的重要，由此，它也逐漸的成為復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中的重要核心。VHDL語言之所以使用最頻繁，是因為它有非常強(qiáng)的行為描述能力。它有很多功能，比如描述復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的行為、結(jié)構(gòu)等，在應(yīng)用設(shè)計上很常用。它拋開具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上來展開描述和設(shè)計大規(guī)模電子系統(tǒng)。從當(dāng)前比較經(jīng)常使用的EDA工具和VHDL綜合器來說，它們能夠很快速的，方便的完成對程序硬件的設(shè)計構(gòu)造1。VHDL語言在硬件設(shè)計方面的作用，在眾多的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中，它具有自己的特點，簡單易懂，會讓人們更加易學(xué)一些，這也就注定這種語言將會流行。在應(yīng)用VHDL語言時，我們會驚奇的發(fā)現(xiàn)它不同于其他的描述語言，它內(nèi)部的輔助設(shè)計功能要比其他描述語言的使用起來簡單、方便、快速等其他描述語言不能實現(xiàn)的功能。在新時代的科學(xué)進(jìn)步中，我們追求的往往是引領(lǐng)本領(lǐng)域尖端的科技成果，其實VHDL語言就相當(dāng)于硬件描述語言當(dāng)中的以中間段語言，他不僅方便了工作人員在該領(lǐng)域的設(shè)計工作，更給電子科技領(lǐng)域帶來了一個劃時代的變化。VHDL語言和可編程邏輯器件的結(jié)合將會出現(xiàn)一種新的科技創(chuàng)新，為更多的設(shè)計提供更多的方便與快速。這將成為硬件設(shè)沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO4計領(lǐng)域一個劃時代的創(chuàng)造。在地鐵售票系統(tǒng)中，采用VHDL語言來設(shè)計售票過程中各個部分的功能語句，能夠很好地實現(xiàn)功能。由于VHDL語言的硬件描述功能性比較強(qiáng)，它被廣泛的應(yīng)用于電子電路的設(shè)計中，不僅可以方便設(shè)計者快速、準(zhǔn)確的完成設(shè)計項目，還能夠高效的優(yōu)化設(shè)計工作，這就體現(xiàn)的VHDL語言的強(qiáng)大功能。在今后的科學(xué)技術(shù)發(fā)展中，VHDL語言肯定會隨著科學(xué)的進(jìn)步繼續(xù)更新發(fā)展。在電子電路系統(tǒng)的設(shè)計中，不止存在一種設(shè)計語言，但是最常使用的是VHDL語言。在這次的地鐵售票系統(tǒng)的設(shè)計過程中就很直接的體現(xiàn)，每個模塊的程序文件體現(xiàn)出VHDL的特點。VHDL語言在電子電路系統(tǒng)領(lǐng)域是一個不可替代的核心。地鐵售票系統(tǒng)最基本的幾個功能是實現(xiàn)選站、選票、投幣、出票、退錢2。在實現(xiàn)這些功能時，可以采用模塊化設(shè)計，把每個模塊當(dāng)做是一個單個實體，單獨拿出來分析解剖，使用VHDL語言中特定的功能語句編寫單獨模塊的源程序文件，在所有模塊源程序編寫結(jié)束后，把所有模塊組合起來，組成一個連續(xù)的過程實現(xiàn)售票功能3。再設(shè)計地鐵售票系統(tǒng)的過程中，要考慮到實際連續(xù)使用的問題，這里就會用到狀態(tài)機(jī)的部分問題。在VHDL語言的設(shè)計中，能夠很好的設(shè)計這些基本功能4。在VHDL設(shè)計好地鐵售票系統(tǒng)的源程序文件后，需要驗證程序的正確性。MAXPLUSII軟件平臺用來驗證源程序文件的正確性，它源程序文件輸入到該平臺上，通過編譯仿真得出結(jié)果判斷是否實現(xiàn)5。沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO51EDA技術(shù)和VHDL語言介紹11EDA技術(shù)介紹EDA即是電子設(shè)計自動化，我們用簡單的語言描述就是，通過電子計算機(jī)自動完成復(fù)雜的電子電路系統(tǒng)的設(shè)計工作。在這當(dāng)中，最重要的就是使用到電子計算機(jī)，它是其中的核心，在電子計算機(jī)上完成電路設(shè)計的工作，不僅需要電路方面的知識，還要用到計算機(jī)方面的知識，綜合EDA技術(shù)在計算機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用，它涵蓋了計算機(jī)圖形學(xué)、拓?fù)涞扰c電路系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)聯(lián)的多種先進(jìn)的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)6。EDA技術(shù)的發(fā)展共經(jīng)歷三個階段CAD階段、CAE階段、EDA階段7。EDA技術(shù)具有強(qiáng)大的系統(tǒng)建模和電路仿真功能，采用硬件描述語言進(jìn)行設(shè)計。電子設(shè)計方法隨著電子和計算機(jī)的發(fā)展在不斷地進(jìn)步，不斷地更新，在共同的發(fā)展促進(jìn)下電子產(chǎn)品的性能也會越來越高，更新速度也會越來越快，由此，EDA技術(shù)的應(yīng)用也就會越來越廣。12VHDL語言介紹在80年代后期，美國國防部開發(fā)了VHDL語言。它是用于電路設(shè)計的一種很高級的硬件描述語言。在當(dāng)時，美國政府的本意并不是著重發(fā)展電子電路的設(shè)計工作，它是由于某個小的方面的使用才開發(fā)出來了VHDL語言。在不斷地發(fā)展中，VHDL語言在逐漸演變到電子發(fā)展領(lǐng)域而成為一種超高速集成電路硬件描述語言，在數(shù)字邏輯設(shè)計領(lǐng)域主要應(yīng)用。但是它的應(yīng)用是很廣泛的。比如FPGA/CPLD/EPLD/ASIC的設(shè)計當(dāng)中。VHDL語言主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的功能、接口、結(jié)構(gòu)和行為8。VHDL的語言和一般的計算機(jī)高級語言相比，形式、描述風(fēng)格以及語法在某種程度上是很相似的。VHDL語言是將設(shè)計實體分為兩部分，這兩部分是外部和內(nèi)部。當(dāng)然這個實體可以有很多沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO6形式表現(xiàn)出來，比如電路模塊，系統(tǒng)等。其中為可視部分及端口為外部，而內(nèi)部又稱為不可視部分。怎樣才可以直接調(diào)用實體，就是開發(fā)內(nèi)部，定義實體外部，聽上去相當(dāng)簡單，只要按照這個程序，就可以調(diào)用了所以VHDL語言設(shè)計的基本特點就是將實體分為兩部分9。13VHDL語言的特點VHDL語言主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、功能和接口，與其他硬件描述語言相比，VHDL語言有如下優(yōu)越之處（1）VHDL語言具有很強(qiáng)的行為描述能力，使它成為被經(jīng)常用的語言。具體行為和邏輯行為都是描述電路器件結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)形式，而VHDL不同于其他的語言結(jié)構(gòu)，它是避開具體行為從邏輯行為上描述、設(shè)計大規(guī)模電子電路系統(tǒng)的。邏輯行為的描述是他最大的特點10；（2）VHDL語言有很多功能語句和庫函數(shù)，不管在什么樣的系統(tǒng)中，都能夠進(jìn)行驗證，它是分不同的具體過程來完成的，首先對程序語言編譯，需要程序無錯誤后才能進(jìn)行下一步執(zhí)行，編譯無誤后就可以進(jìn)行仿真驗證，整個過程就被完成；（3）VHDL語言有自己的特點，功能很強(qiáng)大，它擁強(qiáng)大的分解和組合功能，其實就是說，在遇到龐大的系統(tǒng)文件時，為了能夠很好地完成設(shè)計分析工作，需要將文件分解處理，而分解后的個體實際上仍然可以單獨執(zhí)行；組合也就是在VHDL中存在已有的可用模塊，在設(shè)計中遇到可用模塊時，不需要設(shè)計者在花時間單獨設(shè)計，直接從設(shè)計庫中調(diào)用使用即完成目的。當(dāng)然，它根據(jù)不同的情況解決不同的問題，支持大規(guī)模設(shè)計的分解與組合，不僅可以提高系統(tǒng)的效率，還能更好地幫助設(shè)計者完成設(shè)計工作11；沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO7（4）在使用VHDL語言完成設(shè)計的同時，當(dāng)然我們也可以巧妙地利用EDA工具對系統(tǒng)進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，這樣就可以出現(xiàn)多種解決方案，處理起來問題就會比較快速便捷，同時還可以自動的把VHDL描述設(shè)計轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表以方便使用；（5）VHDL語言還有一個非常大的特點，就是它對于設(shè)計系統(tǒng)具有相對獨立性，能夠進(jìn)行獨立的設(shè)計工作，工作人員不需要了解很多，幾乎是可以不需要知道電路元件的具體結(jié)構(gòu)框架，只需要知道我們要設(shè)計什么系統(tǒng)即能夠很好的完成設(shè)計工作。綜上所述，這種語言的優(yōu)點，使得這種語言應(yīng)用廣泛，簡單易懂，容易學(xué)會，可能零基礎(chǔ)的也可以很快學(xué)會。14VHDL語言結(jié)構(gòu)框架一個完整的VHDL程序由實體ENTITY、結(jié)構(gòu)體ARCHITECTURE、配置CONFIGURATION、包PACKAGE和庫LIBRARY5個部分組成12。什么是實體所設(shè)計的系統(tǒng)的外部接口信號用實體定義；系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和行為用結(jié)構(gòu)體描述；配置用于從庫中選取所需單元來組成系統(tǒng)設(shè)計的不同版本，對于比較簡單只存在一個結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計，配置部分可以省略；包中存放各設(shè)計模塊能共享的數(shù)據(jù)類型、常數(shù)和子程序等；庫存放已經(jīng)編譯的實體、結(jié)構(gòu)體、包集合和配置。庫、包、實體和結(jié)構(gòu)體是一個硬件實體的VHDL描述中必不可少的部分。VHDL結(jié)構(gòu)框架如圖1所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO8圖1VHDL程序結(jié)構(gòu)框圖圖1中是VHDL的全部結(jié)構(gòu)，但實際上我們并不需要全部的結(jié)構(gòu)，就像在許多設(shè)計項目中，大部分工程師只用到VHDL其中的30的語法。其中，最常用到的有USE定義區(qū)、PACKAGE定義區(qū)、ENTITY定義區(qū)、ARCHITECTURE定義區(qū)，其他的根據(jù)不同的需要會得到不同的應(yīng)用。VHDL程序基本結(jié)構(gòu)如圖2所示圖2VHDL程序基本結(jié)構(gòu)141實體（ENTITY）實體ENTITY是VHDL程序設(shè)計中最基本的單元結(jié)構(gòu)，它表示的電路可沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO9以非常的復(fù)雜，也可以是單個邏輯門那樣非常簡單。實體定義部分用于定義實體的名稱、輸入接口、輸出接口等實體與外部對象相連接的信息。實體定義是一個初級設(shè)計單元，可以單獨編譯，也可以被并入設(shè)計庫中，它給實體命名并給實體定義一個接口，接口信息用來和其它模塊通信連接13。實體定義部分描述了器件的外部視圖，其實我們在外部看元件的外在特性，可以看到比較重要的參數(shù)，比如器件的名稱，端口等。當(dāng)在實體定義時也可以定義元件參數(shù)。這樣也就實現(xiàn)了把參數(shù)從元件外部傳送到模塊內(nèi)部的功能。實體結(jié)構(gòu)語句格式如下ENTITY實體名ISGENERIC（類屬參數(shù)說明）；常數(shù)名數(shù)據(jù)類型設(shè)定值；PORT（端口說明）端口名端口模式數(shù)據(jù)類型；ENDENTITY實體名；142結(jié)構(gòu)體（ARCHITECTURE）結(jié)構(gòu)體是次級設(shè)計單元，在結(jié)構(gòu)體之前的單元實體部分編譯后，將其并入到設(shè)計庫中，之后結(jié)構(gòu)體就可以單獨編譯，編譯后再加入到設(shè)計庫中14。結(jié)構(gòu)體就是主要建立設(shè)計的輸入輸出關(guān)系，描述一個設(shè)計的結(jié)構(gòu)或行為。一個設(shè)計實體當(dāng)中可以有多個結(jié)構(gòu)體。在一個完整可以執(zhí)行的VHDL程序文件中，結(jié)構(gòu)體時必須存在的一部分，它在程序文件中最大的作用就是描述程序的行為功能。在一個程序文件中，可能會有多種結(jié)構(gòu)體表述形式。按照結(jié)構(gòu)體對結(jié)構(gòu)描述的層次來分，VHDL對結(jié)構(gòu)體的描述有以下3種層次。其語句沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO10格式如下ARCHITECTURE結(jié)構(gòu)體名；說明語句BEGIN功能描述語句ENDARCHITECTURE結(jié)構(gòu)體名；結(jié)構(gòu)體的基本結(jié)構(gòu)框架如圖3所示圖3結(jié)構(gòu)體構(gòu)造圖圖3中的五種語句結(jié)構(gòu)的基本組成和功能分別是（1）一系列并行執(zhí)行語句組合成塊語句，塊語句最突出的特點是它對并沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO11行語句的組合功能。有關(guān)的并行語句組成一個或者很多模塊，能夠很好地表述程序模塊的功能。這就使得我們會經(jīng)常用到塊語句；（2）進(jìn)程語句通俗的來講它就是順序語句的一種，進(jìn)程語句的功能就是從外部對內(nèi)部的信號進(jìn)行賦值，實現(xiàn)外部內(nèi)部的轉(zhuǎn)換傳遞工作。同時，進(jìn)程語句是分狀態(tài)完成的，它具有很強(qiáng)的順序邏輯性，這樣不會使系統(tǒng)內(nèi)部出錯，來完成系統(tǒng)的設(shè)計工作；（3）信號賦值語句是對已經(jīng)定義好的信號等用內(nèi)部的處理信號賦值，這樣可以很方便的傳遞數(shù)據(jù)，方便系統(tǒng)的設(shè)計工作；（4）子程序調(diào)用語句是當(dāng)然指的是它具有調(diào)用的功能，在程序中能被調(diào)用的只有用函數(shù)和過程，具體的就是實現(xiàn)端口之間的對接，從而方便系統(tǒng)程序的執(zhí)行。143進(jìn)程語句（PROCESS）進(jìn)程（PROCESS）語句是眾多語句中最具VHDL語言特點的語句，它提供的方法是用一種用算法來描述硬件行為15。進(jìn)程事實上描述順序，就是講述一個事件的過程，發(fā)生的順序。進(jìn)程語句結(jié)構(gòu)包含了一個進(jìn)程，進(jìn)程語句是用來描述程序文件中邏輯行為和獨立語句的。我們已經(jīng)知道在一個結(jié)構(gòu)體中能夠同時存在多個并行運行的進(jìn)程結(jié)構(gòu)，而這些進(jìn)程語句的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就是一個順序語句的樣式，也就是說進(jìn)程語句它實際上是順序語句的一種。進(jìn)程語句有它自己的特點，比如順序執(zhí)行、多進(jìn)程、邏輯描述等。我們必須知道，進(jìn)程語句結(jié)構(gòu)中的順序語句和普通的順序語句在執(zhí)行的過程中不同是相對于計算機(jī)過程而言，它實際上就是順序執(zhí)行過程，這個順序執(zhí)行過程不能簡單地等同于硬件結(jié)構(gòu)的邏輯行為，他們之間存在著本質(zhì)上沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO12的不同。在進(jìn)程語句結(jié)構(gòu)中存在著時序邏輯和組合邏輯之分，它們都采用順序描述語句進(jìn)行描述程序結(jié)構(gòu)。但是，硬件中的組合邏輯具有非常典型的并行邏輯功能，而硬件中的時序邏輯也并不都是以順序方式工作的。進(jìn)程語句的表達(dá)格式如下PROCESS（敏感信號參數(shù)表）IS進(jìn)程說明部分；BEGIN順序描述語句；ENDPROCESS進(jìn)程標(biāo)號；所謂的進(jìn)程結(jié)構(gòu)本身是并行語句，一個結(jié)構(gòu)體中可以同時包含有多個并行進(jìn)程結(jié)構(gòu)，而每一進(jìn)程結(jié)構(gòu)的每一個敏感參數(shù)的變化都是相對于自身的敏感信號參數(shù)表中定義的，每個進(jìn)程都可以在任意時刻被啟動，所有被啟動的進(jìn)程都是并行執(zhí)行的。144元件例化語句元件例化就是將設(shè)計實體看做一個元件，然后將元件與所指定的端口連接，其中用一些指定的功能語句即可，最后就是引入一個設(shè)計層次結(jié)構(gòu)，當(dāng)然要低一級12。在這種情況下，設(shè)計實體本身在電路系統(tǒng)中可以單獨作用，它可以是一個比較大的電路系統(tǒng)，被例化的元件與設(shè)計實體端口之間是一種對接關(guān)系，它們是可以嵌合在一起的，好比插頭與插座的關(guān)系。元件例化其實就是使VHDL在設(shè)計實體時構(gòu)成自上而下層次化設(shè)計16。其實在結(jié)構(gòu)體中調(diào)用子程序和元例化過程是非常非常相似的。只不過在調(diào)用時，會有些不同，系統(tǒng)會增加一個模塊，這個模塊是類似于元件的功能沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO13模塊。這樣的調(diào)用是不可以越級的，只能在同一個層次內(nèi)調(diào)用，其實這個過程是非常簡單的，因為它沒有增加額外的層次模塊。整個過程都是和例化十分接近，只有一點小的區(qū)別。當(dāng)然，元件例化不只是可以在同層次間進(jìn)行，還可以在不同層次中進(jìn)行，在一個設(shè)計實體中元件，它可以例化后調(diào)用其他元件，因為它本身也可以是一個當(dāng)前被調(diào)用的低層次的設(shè)計實體，這樣就可以構(gòu)成更加低層次的結(jié)構(gòu)，這就可以看出元件例化就是在當(dāng)前的結(jié)構(gòu)再構(gòu)建一個新的層次用來設(shè)計。這個設(shè)計層次的總稱就是元件，但它可以以不同的形式出現(xiàn)元件例化語句分為兩個部分，第一部分是將一個已經(jīng)完成的設(shè)計實體定義為一個簡單元件的語句，第二部分則是元件與設(shè)計實體的連接說明。元件例化語句格式如下17第一部分COMPONENT例化元件名ISGENERIC（類屬表）；PORT（例化元件端口名表）；ENDCOMPONENT例化元件名；第二部分元件例化名例化元件名PORTMAP（例化元件端口名連接實體端口名，）；這兩部分在元件例化過程中缺一不可，缺少任何一個都不能完成任務(wù)。前者語句是例化元件的定義語句，后者是原價例化的功能語句。元件例化的第一部分是類屬參數(shù)，它的類屬表包含了端口的數(shù)據(jù)類型和參數(shù)，例化元件沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO14的端口名列表同時也包含了對外連接的各個端口名。元件例化的第二部分是元件例化生成語句，結(jié)構(gòu)中的的元件例化名是必須要存在的，它相當(dāng)于在當(dāng)前系統(tǒng)中已知的一個代名詞，例化元件名就是準(zhǔn)備與之相連接的、已定義好的元件名。PORTMAP是端口映射的意思，在元件定義語句中的端口名表中，例化元件端口名是已經(jīng)定義好的例化元件端口的名稱，剩下的一一對應(yīng)，按照順序連接起來即可。15VHDL軟件設(shè)計簡介系統(tǒng)電路的軟件設(shè)計可以采用的工具軟件有MAXPLUS和QUTERS，在本文中使用的是MAXPLUS，使用這個軟件平臺是因為他的硬件環(huán)境，對于輸入的每一個應(yīng)用程序都必須首先進(jìn)行編譯，編譯沒有錯誤后才可以進(jìn)行下一步。要想進(jìn)行分析，仿真，調(diào)試等必須做足一定的工作之后才能實現(xiàn)。首先設(shè)計制作單個器件，然后生成文庫，當(dāng)然同時產(chǎn)生相對應(yīng)的電路符號，最后將每一個生成的文庫與各個端口對應(yīng)連接在一起，這樣基本完成相應(yīng)的軟件結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)電路對應(yīng)。其中還會有一些問題，所以中間的過程要格外細(xì)心。連接每個器件的端口，采用圖形輸入的方式，在圖形輸入界面可以調(diào)用已經(jīng)完成的庫文件。最后的工作就是用導(dǎo)線將每個器件符號的各個端口連接起來這樣就全部完成，構(gòu)成系統(tǒng)主電路的電路圖18。沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO152利用VHDL語言設(shè)計地鐵售票系統(tǒng)21地鐵售票系統(tǒng)功能分析地鐵售票機(jī)的進(jìn)幣口總共有兩個，分為硬幣輸入口和紙幣輸入口，系統(tǒng)只能識別5角和1元的硬幣，其他的硬幣系統(tǒng)概不識別；系統(tǒng)只能識別1元、5元和10元這三種面值的紙幣，其他面值的紙幣系統(tǒng)是不能是別的。乘客在購票時可以連續(xù)多次投入錢幣，但是不能同時投入硬幣和紙幣，因為它們之間是順序過程而非并行。在購買車票時，乘客一次只能選擇一個出站口，根據(jù)流程，乘客先選擇出站口名稱，然后選擇所需要購買的車票數(shù)量，之后再進(jìn)行投幣，投入的錢幣達(dá)到所購買的總票價時，售票機(jī)會由系統(tǒng)控制自動出票，出票結(jié)束后，系統(tǒng)會根據(jù)票價計算自動退出余額，余額全部退出后系統(tǒng)會自動跳回選站狀態(tài)，等待乘客再次進(jìn)行新的操作。在選票和投幣期間，乘客可以按取消鍵取消本次操作，選票狀態(tài)按下“取消鍵”，則系統(tǒng)自動回到選站狀態(tài)，投幣狀態(tài)選擇“取消鍵”，錢幣自動退出，回到選站狀態(tài)。22地鐵售票系統(tǒng)的總體設(shè)計分析（1）在購買車票時，乘客點擊“開始選擇”按鈕，緊接著選擇出站口的名稱，再接著選擇購買車票的數(shù)量數(shù)量，這里規(guī)定乘客每次購買的車票不允許超過3張，然后點擊“開始投幣”按鈕，投入可以大于等于車票總額的錢幣；當(dāng)投入的錢幣滿足系統(tǒng)所需金額時，售票機(jī)會自動出票，同時找出余額；（2）在選擇出站口或投幣過程中，乘客都可以隨時選擇“取消”按鈕取消該次操作。在選擇出站口的過程中，如果點擊“取消”按鈕，則售票系統(tǒng)會直接回到選站狀態(tài)；在投幣過程中，如果點擊“取消”按鈕，則售票系統(tǒng)會將乘客已經(jīng)投入的錢幣全部退回，并且回到選站狀態(tài)；沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO16（3）這里規(guī)定乘客每次只能選擇一個出站口，系統(tǒng)會根據(jù)乘客乘坐的站數(shù)來確定票價。我們假設(shè)地鐵線路從起點站到終點站總共有15個站。如果選擇乘坐范圍為18站之間，則每張票的單價為2元張；如果乘坐范圍為916站之間，則每張票的單價為4元張。這16個站采用4位二進(jìn)制向量編碼來進(jìn)行表示，分別為0001表示乘坐1站，0010表示乘坐2站，依次類推表示，1111表示乘坐15站即到達(dá)終點站；（4）售票機(jī)總共有2個進(jìn)幣口。硬幣口和紙幣口，硬幣口可識別5角和1元2種硬幣，這里采用長度為2的一比特?zé)嵛痪幋a方式進(jìn)行表示，即01表示5角，10表示1元。紙幣口同樣采取這種方式，用長度為4的一比特?zé)嵛痪幋a方式進(jìn)行表示，它們是類似的。乘客可以連續(xù)多次投入錢幣，并且可以以任意順序投入硬幣和紙幣，但是，不可以同時投入硬幣和紙幣。23地鐵售票系統(tǒng)的系統(tǒng)流程設(shè)計（1）在仿真調(diào)試售票系統(tǒng)時候，必須先對系統(tǒng)進(jìn)行上電復(fù)位，此系統(tǒng)為高電平復(fù)位，系統(tǒng)復(fù)位操作后就會停留在選站狀態(tài)等待乘客的購票操作；（2）乘客在確定自己的出站名以后，根據(jù)內(nèi)部系統(tǒng)設(shè)定，自動完成票價計算，票價有兩種，2元和4元票價；（3）在上個操作完成后，進(jìn)入選票狀態(tài)，系統(tǒng)讀取乘客的購買票數(shù)后，會根據(jù)已經(jīng)設(shè)定好的票價計算總購票金額；（4）選站選票結(jié)束后系統(tǒng)會自動進(jìn)入到投幣狀態(tài)，此時，乘客需要根據(jù)系統(tǒng)提示投入系統(tǒng)會能夠識別的錢幣，有硬幣和紙幣，硬幣有5角和1元，紙幣有1元，5元和10元，在投幣過程中，系統(tǒng)會按照乘客的投幣進(jìn)程不斷累加乘客多次的投幣金額，在乘客投幣結(jié)束后系統(tǒng)會自動判乘客投入的錢幣沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO17是否達(dá)到系統(tǒng)計算的車票總額，如果沒有達(dá)到，則系統(tǒng)會繼續(xù)停留在投幣狀態(tài)并提醒乘客需要繼續(xù)投幣；（5）當(dāng)乘客投入的錢幣達(dá)到系統(tǒng)計算的車票總額后，系統(tǒng)會自動的進(jìn)入到出票狀態(tài)，由于避免同時出票會出現(xiàn)出票口卡票問題，要求系統(tǒng)每個周期只能出一張票，在乘客購買的所有車票都出完后系統(tǒng)會自動進(jìn)入到余額找零狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)的比對計算，找出剩余的錢幣；（6）余額找零是會涉及到多種錢幣的選擇問題，那就需要一個算法來設(shè)定一個錢幣選擇順序，比如根據(jù)面值從大到小或者從小到大均可，只要有順序即可，等找完零錢后會自動返回到初始界面，方便下一位乘客購票；（7）在購買車票的過程中，乘客在選票狀態(tài)和投幣狀態(tài)都可以結(jié)束本次操作，這就需要設(shè)置一個取消鍵的發(fā)揮作用，它是由高電平出發(fā)的。在選票過程中，當(dāng)乘客按下取消鍵是，系統(tǒng)就會很快的回到初始狀態(tài)，即選站狀態(tài)，這樣就可以重新購票。假如遇到這種情況，乘客的錢已經(jīng)投入，但是不足以買票，這樣顧客可以按下取消鍵，任意時刻均可，投入的錢可以返出，系統(tǒng)自動回到初始界面，這樣下一個顧客可以繼續(xù)進(jìn)行購票，這樣會很方便，而且可以節(jié)省很多時間。24地鐵售票系統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)計地鐵售票系統(tǒng)可以分為以下五個狀態(tài)選站狀態(tài)；選票狀態(tài)；投幣狀態(tài)；出票狀態(tài)；余額找零狀態(tài)，系統(tǒng)每個狀態(tài)完成以下功能。系統(tǒng)流程如圖4所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO18圖4系統(tǒng)流程圖（1）選站狀態(tài)選站狀態(tài)是乘客根據(jù)需求選擇乘坐站數(shù)的界面，乘客在確定乘坐站數(shù)以后，系統(tǒng)會自動進(jìn)入到選票狀態(tài)。同時，選站狀態(tài)還是售票機(jī)的默認(rèn)狀態(tài)，也就是當(dāng)沒有人使用售票機(jī)時，系統(tǒng)依然會停留在這個狀態(tài)下，等待乘客使用操作；（2）選票狀態(tài)選票狀態(tài)下乘客在選站后需要選擇自己購買車票張數(shù)的沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO19界面，乘客在確定票數(shù)以后，系統(tǒng)會自動進(jìn)入到投幣狀態(tài)。同時乘客也可以在這個狀態(tài)下按下取消鍵來取消本次操作，此時，系統(tǒng)會回到選站狀態(tài)等待乘客下一次的操作；（3）投幣狀態(tài)在投幣狀態(tài)下乘客可以根據(jù)自己的購票狀況進(jìn)行投幣，并且可以連續(xù)多次投幣。乘客投幣結(jié)束后，系統(tǒng)內(nèi)部會自動完成計算投幣的總額，同時將計算結(jié)果跟系統(tǒng)計算的票價總額進(jìn)行比較，如果所投錢幣不夠，系統(tǒng)就會保留在投幣狀態(tài)并提醒乘客需要繼續(xù)投入錢幣，同時，乘客也可以選擇取消鍵將所投錢幣退回結(jié)束操作；如果所投入的錢幣正好或者多于系統(tǒng)計算的總票價，則會進(jìn)入到出票狀態(tài)。在出票結(jié)束后，如果所投錢幣還有剩余，則系統(tǒng)會自動進(jìn)入到余額找零狀態(tài)找回余額；（4）出票狀態(tài)在出票狀態(tài)下完成出票功能，每個周期出只能出一張票，直到所有的票出完為止。當(dāng)顧客所買的票售完之后，系統(tǒng)會自動回到初始界面或者進(jìn)入找零狀態(tài)，提醒顧客相應(yīng)票已經(jīng)售完；（5）余額找零狀態(tài)余額狀態(tài)是把購票結(jié)束后把余額退回給乘客，在出票完畢后，系統(tǒng)會判斷是否有余額，如果余額不為零，則系統(tǒng)會繼續(xù)停留在找零狀態(tài)，直到退回所有錢幣，如果余額已經(jīng)為零，系統(tǒng)就會回到初始狀態(tài)等待乘客下一次操作。在這里，系統(tǒng)中給出TP，TMONEY，PMONEY，NUM，EN幾個變量，同時系統(tǒng)會控制這幾個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移。它們分別表示判斷選站操作、判斷乘選票操作、判斷投幣操作、判斷出票操作、判斷余額找零操作。在系統(tǒng)設(shè)計中的輸入變量有CLK，RESET，STATION，TN，LETTUCE，COIN，CANCELKEY等。其中變量CLK表示的是時鐘周期信號，變量RESET指的是系統(tǒng)復(fù)位信號，沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO20變量STATION指的是乘客所選擇的出站數(shù)量，在程序設(shè)計中總共設(shè)置了16個站點，不同站數(shù)對應(yīng)不同的票價，有2元和4元之分。0代表起始站，110站的票價為2元，1115站的票價為4元。變量TN指的是乘客所選的車票的數(shù)量，為了方便操作，乘客每次允許購買的車票數(shù)量不可以超過3張票。變量LETTUCE指的是乘客總共投入的紙幣的錢數(shù)，變量COIN表示的是乘客總共投入的硬幣的錢數(shù)，變量CANCELKEY指的是乘客可以在選票和投幣狀態(tài)下放棄本次操作。在系統(tǒng)設(shè)計中的輸出變量有TOUT，MOUT，MONEYINPUTALARM，STATE等。它們所代表的是出票、找零、余額不足提醒、狀態(tài)轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖5所示圖5系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO213系統(tǒng)程序模塊化設(shè)計31選站模塊設(shè)計在購票系統(tǒng)中，首先要實現(xiàn)的就是選站。在這里，假設(shè)共有16站，為了實現(xiàn)表示這16站，采用4位二進(jìn)制碼表示，0000表示初始站，1111表示第15站，在描述選站的同時，還需要規(guī)定對應(yīng)站所需票價，在這里我們規(guī)定110站的票價為2元，1115站的票價為4元，在乘客選完站后，系統(tǒng)會自動顯示票價，乘客確定后就可以進(jìn)行選票操作，如果乘客沒有選站，則系統(tǒng)一直會停留在選站狀態(tài)等待乘客選站，不會進(jìn)入下一模塊選擇。選站模塊主要源程序CASESTATIONISWHEN“0000“TP0；WHEN“0001“TP2；WHEN“0010“TP2；WHEN“0011“TP2；WHEN“0100“TP2；WHEN“0101“TP2；WHEN“0110“TP2；WHEN“0111“TP2；WHEN“1000“TP2；WHEN“1001“TP2；WHEN“1010“TP2；WHEN“1011“TP4；WHEN“1100“TP4；WHEN“1101“TP4；WHEN“1110“TP4；WHEN“1111“TP4；WHENOTHERSNULL；32選票模塊設(shè)計選站之后，就需要乘客進(jìn)行選票，由于在日常生活中，乘客基本上都是自己購票，當(dāng)然也有可能一人購買多張去同一個站的多張票，為了減少不必要的麻煩和方便乘客購票，將每次購票的張數(shù)限制在3張以內(nèi)。選完票之后，沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO22系統(tǒng)會根據(jù)選擇的站數(shù)和購買的票數(shù)自動計算票價，結(jié)束后，會自動出現(xiàn)投幣界面。在選票過程中，由于不同的原因，乘客可能會選擇重新回到選站或選票界面，在這里就必須設(shè)計一個取消鍵，取消鍵采用高電平控制，在按下取消鍵后，系統(tǒng)自動回到選站狀態(tài)，讓乘客重新選擇。在沒有問題時，乘客可以進(jìn)入投幣界面進(jìn)行投幣操作。選票模塊源程序WHENSELTICKETSTATETMONEYTMONEY1TP；NUM1；WHEN“10“TMONEYTMONEY2TP；NUM2；WHEN“11“TMONEYTMONEY3TP；NUM3；WHENOTHERSNULL；ENDCASE；IFTMONEY/0THENNEXT_STATEINPUTCOIN；ELSENEXT_STATESELTICKET；ENDIF；ENDIF；33投幣模塊設(shè)計進(jìn)入投幣狀態(tài)后，在生活中，錢幣分為硬幣和紙幣，硬幣的面值有五角和一元，紙幣的面只有1元、5元、10元等，由于票價及方便的原因，在系統(tǒng)中采用三種紙幣的面值，即1元、5元、10元。紙幣和硬幣分為兩個不同的過程，它們之間是一個順態(tài)過程，即它們不能同時進(jìn)行，但它們使用同一個累加過程。在這里使用4位二進(jìn)制碼表示紙幣面額，即0001表示1元，0101表示5沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO23元，1010表示10元。乘客可以進(jìn)行連續(xù)投幣，同時錢幣進(jìn)行累加。當(dāng)投入的金額達(dá)到票價時，系統(tǒng)就會自動進(jìn)入出票狀態(tài)。在投幣過程中，若乘客按下取消鍵，系統(tǒng)會自動退回所投入錢幣，并自動轉(zhuǎn)回選站狀態(tài)。投幣模塊源程序WHENINPUTCOINSTATEPMONEYPMONEY1；WHEN“0101“PMONEYPMONEY5；WHEN“1010“PMONEYPMONEY10；WHENOTHERSNULL；ENDCASE；CASECOINISWHEN“01“HALFHALF1；IFHALF2THENPMONEYPMONEY1；HALF0；ENDIF；WHEN“10“PMONEYPMONEY1；WHENOTHERSNULL；ENDCASE；34出票模塊設(shè)計在出票狀態(tài)下，考慮實際問題，在乘客購買多張車票時，車票是一張一張的出來的，那么就需要設(shè)計系統(tǒng)控制出票，通過時鐘周期來實現(xiàn)控制出票。其實，只需要兩個變量就可以實現(xiàn)，TOUT和NUM，當(dāng)TOUT不為零的時候，系統(tǒng)就一直通過NUM的遞減來實現(xiàn)出票，這實際是一個有限循環(huán)過程，每個時鐘周期出一張票。事實上，在選票模塊中已經(jīng)提到，票數(shù)最多可以選擇三張，在這里也就最多循環(huán)三次，來完成出票口出票。在出票結(jié)束后，系統(tǒng)會出現(xiàn)兩沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO24個選擇，一個是繼續(xù)選票，一個是余額找零，如果乘客需要繼續(xù)選票，則點擊繼續(xù)選票，系統(tǒng)會跳轉(zhuǎn)到選票狀態(tài)；如果乘客選擇余額找零則系統(tǒng)會自動進(jìn)入到余額找零狀態(tài)。出票模塊源程序WHENTICKETOUTSTATENULL；WHEN1TOUTNUMNUM1；TOUTNUMNUM1；TOUTSTATE10THENRMONEYRMONEY10；MOUT5THENRMONEYRMONEY5；MOUT1THENRMONEYRMONEY1；MOUTNEXT_STATESELSTATION；ENDCASE；沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO264系統(tǒng)程序的編譯和仿真41MAXPLUS的介紹MAXPLUSII是ALTERA公司推出的的第三代PLD開發(fā)系統(tǒng)，ALTERA是的世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。如果沒有它，人類至少還要多費好多年來研究，而且使用MAXPLUSII非常簡單，不需精通器件內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，不需掌握所有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，非常好理解，簡單易上手，當(dāng)然，設(shè)計者可以用自己熟悉的設(shè)計工具（如原理圖輸入或硬件描述語言）建立設(shè)計，MAXPLUSII把這些設(shè)計轉(zhuǎn)自動換成最終使用者所需的格，其設(shè)計速度又快又準(zhǔn)19。411MAXPLUSII界面MAXPLUSII界面如圖6所示圖6MAXPLUS界面沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO27412MAXPLUS的特點（1）具有面向全過程的界面，為用戶提供的EDA工具接口，方便硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計；（2）與器件結(jié)構(gòu)無關(guān)的邏輯描述。這個系統(tǒng)有很強(qiáng)大的內(nèi)部功能系統(tǒng)，可以脫離元器件的具體結(jié)構(gòu)完成量化設(shè)計，幾乎大部分的的電路系統(tǒng)都可以通過這個系統(tǒng)平臺來綜合完成設(shè)計，設(shè)計者也不必深究，按照自己的系統(tǒng)即可；（3）具有多平臺結(jié)構(gòu)；（4）實現(xiàn)電路系統(tǒng)高度集成化。這個軟件的所有動態(tài)均在統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境中，比如設(shè)計輸入、處理與校驗功能等，由此可以快速的完成電路系統(tǒng)的運行；（5）具有強(qiáng)大的設(shè)計庫。在MAXPLUS系統(tǒng)平臺中，內(nèi)部實際上已經(jīng)定義好豐富的設(shè)計庫單元，基本上都能夠滿足設(shè)計者的需求，利用設(shè)計庫單元的資源，就能夠大大減少工作量，提高工作效率；（6）系統(tǒng)必備模塊化設(shè)計工具；（7）支持多種硬件描述語言。42系統(tǒng)程序編譯（1）打開MAXPLUS運行環(huán)境，在FLIE項目中選擇新建一個文本編輯文件，即是按照界面“FILE”“NEW”“TEXTEDITORFILE”“OK”順序完成操作，這就可以建立一個文本編輯文件。新建文件對話框如圖7所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO28圖7新建文件對話框（2）當(dāng)點擊“OK”按鈕時出現(xiàn)一個空白頁面，將已編輯好的程序輸入空白頁中。程序輸入對話框如圖8所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO29圖8程序輸入對話框（3）在輸入程序后，保存程序文件，之后會出現(xiàn)圖9所示的對話框界面，點擊“OK”按鈕后即完成保存此文檔，如圖9所示圖9保存文檔對話框沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO30（4）選擇菜單中的“MAXPLUS”“COMPILER”，及是對編輯文件進(jìn)行編譯，如果程序沒有錯誤，就會出現(xiàn)如下對話框如圖10所示圖10編譯成功43系統(tǒng)程序仿真（1）首先建立一個仿真波形文件。即是按照“FILE”“NEW”“WAVEFORMEDITORFILE”“OK”順序操作完成，之后將出現(xiàn)波形編輯器子窗口。建立和保存仿真波形文件如圖11和圖12所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO31圖11建立仿真波形文件圖12保存仿真波形文件（2）設(shè)置結(jié)束時間。選擇菜單中的“FILE”“ENDTIME”，之后將會出現(xiàn)設(shè)沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO32置仿真時間對話框。把其中的TIME項設(shè)置為100US，點擊“OK”按鈕，如圖13所示圖13設(shè)置結(jié)束時間（3）設(shè)置信號結(jié)點。選擇菜單中的“NODE”“ENTERNODESFROMSNF”，出現(xiàn)選擇信號結(jié)點對話框。點擊對話框中右上側(cè)的“LIST”按鈕，左邊的列表框?qū)谐鏊锌梢赃x擇的信號結(jié)點，然后點擊導(dǎo)入按鈕，將左邊列表框中的所有結(jié)點全部導(dǎo)入到右邊的列表框中。點擊“OK”按鈕，被選中的所有信號將會出現(xiàn)在波形編輯器當(dāng)中。結(jié)點設(shè)置圖如圖14所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO33圖14設(shè)置結(jié)點（4）設(shè)置輸入信號參數(shù)。在波形觀察窗中，連接點在右邊的按鈕是用于設(shè)置輸入信號的，使用的時候需要用鼠標(biāo)在輸入波形上的周期上拖拽一個區(qū)域，該區(qū)域會變成黑色區(qū)域，然后點擊相應(yīng)的信號節(jié)點按鈕完成參數(shù)設(shè)置。其中，“0”，“1”，“X”，“Z”，“INV”，“G”參數(shù)，它們分別代表低電平、高電平、任意、高電阻、反相和總線數(shù)據(jù)，是用于設(shè)置不同頻率的脈沖輸入信號。假設(shè)乘客需要乘坐11站，購買2張票，投入10元紙幣。信號參數(shù)設(shè)置圖如圖15所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO34圖15仿真參數(shù)設(shè)置（5）運行仿真器進(jìn)行仿真。頂層文件還要設(shè)置為此文件，選擇主菜單“MAXPLUS”“SIMULATOR”，之后會出現(xiàn)仿真啟動窗如圖16，點擊該窗口中的“START”按鈕，就開始了對程序文件的仿真。在仿真運算結(jié)束后，顯示“0ERRORS，0仿真結(jié)果如圖16所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO35圖16仿真啟動圖17仿真結(jié)果沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO365仿真結(jié)果驗證在不同的購票階段會出現(xiàn)不同的狀況，需要從多個方面來驗證各項功能的實現(xiàn)，最主要的就是取消鍵的實現(xiàn)和余額找零的實現(xiàn)，現(xiàn)在從這兩個方面來驗證仿真結(jié)果。51選票狀態(tài)“取消鍵”驗證現(xiàn)三位乘客需要乘坐11站，購買三張車票，但發(fā)現(xiàn)他需要在前一站下車，這就需要重新選站，這就需要使用取消鍵來解決回到選站狀態(tài)。選票狀態(tài)下按下“取消鍵”設(shè)置參數(shù)如圖18所示圖18參數(shù)設(shè)置沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO37按下“取消鍵”后，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖19所示圖19仿真結(jié)果從上面兩張圖可以看出，在選票狀態(tài)時，按下“取消鍵”后，系統(tǒng)會自動回到初始狀態(tài)，停留在選站狀態(tài)。“取消鍵”在選票狀態(tài)下的作用得以驗證。52投幣狀態(tài)下“取消鍵”驗證現(xiàn)兩位乘客需要乘坐11站，購買兩張車票，按照售票系統(tǒng)程序，進(jìn)入投幣狀態(tài)，在投入5元紙幣后，發(fā)現(xiàn)沒有售票機(jī)可以識別的錢幣了，只能選擇其它交通方式，這時就要退回所投錢幣。使用“取消鍵”可以實現(xiàn)退幣功能。投幣狀態(tài)下參數(shù)設(shè)置如圖20所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO38圖20參數(shù)設(shè)置按下“取消鍵”后，系統(tǒng)仿真結(jié)果如圖21所示圖21仿真結(jié)果由圖21可以得出，在按下取消鍵后，MOUT一項中出現(xiàn)余額找零5元，從沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO39仿真結(jié)果可以知道，乘客在投幣狀態(tài)時要想放棄購票退回自己已投錢幣，可以通過“取消鍵”來完成操作。53余額找零驗證乘客購買車票后，肯定不能正好完全投入系統(tǒng)需要的錢幣，假如乘客都買3張票價為4元的車票，那么所買車票總額為12元，乘客投入兩張面值為10元的錢幣，這是系統(tǒng)會根據(jù)面值從大到小的錢幣進(jìn)行找零，也即是找零為1張5元和3張1元。購買車票參數(shù)設(shè)置如圖22所示圖22參數(shù)設(shè)置仿真結(jié)果驗證如圖23所示沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO40圖23仿真結(jié)果由圖23可以得出，驗證了余額找零的正確性，和預(yù)想的想要達(dá)到的目的是一致的，系統(tǒng)會按照規(guī)定好的程序進(jìn)行余額找零功能的執(zhí)行。在MOUT一項中能夠清楚的看到找零為1張5元和3張1元，這就證明的余額找零程序的正確性。沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO41結(jié)論本論文基本實現(xiàn)了地鐵售票系統(tǒng)的整個售票過程。主要實現(xiàn)乘客在選站、選票、投幣、出票、余額找零這幾個狀態(tài)的操作。其中有一個比較重要的問題是投幣問題，投幣口可識別的紙幣和硬幣都是有不同面值的，如何設(shè)置錢幣累加過程，如何設(shè)置余額找零的順序，以及出票過程和取消鍵的功能設(shè)置，都是售票系統(tǒng)中必須要解決的問題。在設(shè)計售票系統(tǒng)時，考慮到實際生活交通狀況問題，把站臺分為了不同的站點，在實際生活中可能會有更多的站，只需更改程序中的二進(jìn)制碼即可實現(xiàn)。不同的站數(shù)階段內(nèi)需要設(shè)置合理的票價段，規(guī)定不同站對應(yīng)不同的單價，這樣就能更貼近現(xiàn)實生活中的地鐵售票系統(tǒng)。另外，在乘客提供的金額沒有達(dá)到系統(tǒng)計算票價總額時，系統(tǒng)會提示乘客所投入的錢幣不足，請乘客繼續(xù)投幣達(dá)到所需金額，此時乘客可以選擇繼續(xù)投幣，也可以選擇退錢放棄購票；繼續(xù)投幣，滿足票價總額時系統(tǒng)會自動出票找零，放棄購票可以選擇取消鍵，這樣乘客提供的的錢幣會全部退出，此次操作被取消，系統(tǒng)自動回到選站狀態(tài)。在實現(xiàn)這些功能時本程序是采用狀態(tài)機(jī)的原理進(jìn)行編程的。本文主要體現(xiàn)VHDL在實際生活中的應(yīng)用，隨著數(shù)字化的進(jìn)步，VHDL在逐步深入到各個領(lǐng)域的應(yīng)用。沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO42致謝時光飛逝，光陰似箭。眨眼間，四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了?；仡欉@四年的時間在沈大的求學(xué)經(jīng)歷，歡笑與淚水同在，成功與失敗并存。借助此次論文的方式，截稿的機(jī)會，我謹(jǐn)向尊敬的老師，親愛的同學(xué)以及始終支持我的親人和朋友致以最誠摯的感謝。首先特別感謝我的導(dǎo)師吳瓊老師。在與恩師朝夕相處的時光里，恩師不僅在學(xué)習(xí)和科研上耐心指導(dǎo)，并且在生活等方面給我很多幫助和教導(dǎo)，尤其在做人做事上對我的影響巨大。本論文是在吳瓊老師的精心指導(dǎo)下完成的，在論文的選題、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和設(shè)計上，恩師都提出很多珍貴的意見和建議，給予我大量的鼓勵與支持，使我圓滿的完成了碩士階段的學(xué)習(xí)。老師淵博的知識、認(rèn)真的態(tài)度、風(fēng)趣幽默的性格、嚴(yán)謹(jǐn)踏實的作風(fēng)讓我學(xué)習(xí)到了很多。在此，謹(jǐn)向吳瓊老師致以最衷心的感謝此外，衷心感謝曾經(jīng)指導(dǎo)過我的信息工程學(xué)院的各位老師，因為他們在這四年教給我的專業(yè)知識的基礎(chǔ)和更深入的專業(yè)知識，感謝他們在我求學(xué)階段給予的悉心教導(dǎo)和培養(yǎng)。另外，衷心感謝和我一起學(xué)習(xí)的朋友以及和我并肩學(xué)習(xí)過的同學(xué)們。他們認(rèn)真的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)值得我學(xué)習(xí)，能夠和他們一起學(xué)習(xí)真的讓我學(xué)到很多很多，非常感謝他們。最后，特別感謝我的父母和家人，在我人生的求學(xué)期間始終默默的支持與奉獻(xiàn)，感謝他們給予我的愛和支持。多年來，如果不是父母在思想以及經(jīng)濟(jì)上的鼎力支持，我不可能堅持到今天。養(yǎng)育之恩無以為報，我只有不斷的努力，不斷地超越自我才是對他們最好的報答。沈陽大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）NO43參考文獻(xiàn)1張霞VHDL在現(xiàn)代EDA中的應(yīng)用J現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，543522呂樂地鐵自動售票系統(tǒng)設(shè)計研究J數(shù)字化用戶，2013，1168873陳虹地鐵自動售票系統(tǒng)交互設(shè)計J城市軌道交通研究，2012，756984劉楚生地鐵售票系統(tǒng)控制設(shè)計J機(jī)械工程師，2012，856675林敏，方穎立VHDL數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計與高層次綜合M電子工業(yè)出版社，201211242416焦素敏E