基于FPGA自动饮料售货机.docx
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基于FPGA自动饮料售货机.docx
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基于FPGA自动饮料售货机
自动饮料售货机
1.前言........。
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.1
2.设计流程图.。
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3.源代码编写.。
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3
4.仿真时序图.。
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5.分析与总结.....。
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6.参考文献。
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7
1.前言
本人在本科阶段自学了一部分PLC,并运用PLC完成了本科的毕业设计,同在毕业设计课题组的同学选做基于PLC自动饮料售货机的设计,当时对自动饮料售货机的控制系统了解仅限于基于单片机与PLC的控制没有亲自动手去尝试设计.在本学期,全新的接触和学习了FPGA课程,正处于一个FPGA的入门阶段,基于以前的兴趣,该次尝试基于FPGA简单设计自动饮料售货机的一部分控制.本次是采用QuartusII13。
0sp1 进行了程序源代码的编写和时序仿真。
图1—1自动饮料售货机内部结构图
图1-2自动饮料售货机内部结构图
2.设计流程图
3.源代码编写
/*信号定义:
clk:
表示时钟输入;
rst_n:
为系统复位信号;
half_yuan:
代表投入5角钱币;
one_yuan:
代表投入1元钱币;
half_out:
代表找零信号;
dispense:
代表机器售出一瓶饮料;
collect:
用于提示投币者取走饮料。
seg1:
LCDA数码管显示;
seg2:
LCDB数码管显示;
seg3:
LCDC数码管显示;*/
module SCD(half_yuan,one_yuan,half_out,collect,dispense,rst_n,clk,seg1,seg2,seg3);
parameteridle=0,half=1,one=2,two=3,three=4;//idle,half,one,two,three代表投入钱币的几种状态
inputhalf_yuan,one_yuan,rst_n,clk;
outputcollect,half_out,dispense,seg1,seg2,seg3;
reg[2:
0]D; //D代表当前时刻投币的状态
regtemp1,temp2;
regcollect,half_out,dispense;
reg[3:
0]seg1;reg[3:
0]seg2;reg[7:
0]seg3;
always@(posedgeclkornegedge rst_n)
begin
ﻩ if (!
rst_n)ﻩ
begin dispense<=0;collect<=0;
ﻩhalf_out<=0;D<=idle;
temp1〈=0;temp2<=0;
{seg1,seg2}<=8'b0000_0000;{seg3}<=8'b11111101;end
else
ﻩ begin temp1<=half_yuan;temp2〈=one_yuan; //初始状态赋值ﻩ
case(D)
idle:
if ({temp1,half_yuan}==2’b10)//0元状态下检测下降沿
ﻩﻩﻩﻩ beginD〈=half;
ﻩﻩﻩ{seg1,seg2}<=8’b0000_0101;{seg3}〈=8'b1111_1101;//数码管显示
ﻩﻩﻩ dispense〈=0;collect<=0;half_out<=0;end//循环时输出置0
ﻩﻩﻩﻩﻩelseif({temp2,one_yuan}==2'b10)
ﻩﻩﻩbeginD〈=one;
ﻩﻩﻩ{seg1,seg2}<=8’b0001_0000;{seg3}<=8'b1111_1101;
ﻩdispense〈=0;collect<=0;half_out<=0;end
half:
if({temp1,half_yuan}==2'b10) //0。
5元状态下检测下降沿
begin D<=one;
ﻩ {seg1,seg2}<=8'b0001_0000;{seg3}<=8'b11111101;end
ﻩ elseif({temp2,one_yuan}==2'b10)
ﻩﻩ beginD<=two;
ﻩﻩ {seg1,seg2}<=8'b0001_0101;{seg3}<=8'b11111101;end
one:
if({temp1,half_yuan}==2’b10) //1元状态下检测下降沿
ﻩ begin D<=two;
ﻩﻩﻩﻩ {seg1,seg2}〈=8'b0001_0101;{seg3}<=8’b11111101;end
ﻩﻩﻩelseif ({temp2,one_yuan}==2'b10)
ﻩﻩﻩ beginD<=three;
ﻩﻩ {seg1,seg2}〈=8’b0010_0000;{seg3}〈=8’b11111101;end
ﻩ two:
if ({temp1,half_yuan}==2'b10) //1.5元状态下检测下降沿
ﻩﻩbegin D<=three;
ﻩﻩ {seg1,seg2}<=8’b0010_0000;{seg3}<=8'b11111101;end
ﻩﻩﻩ elseif ({temp2,one_yuan}==2'b10)
ﻩﻩ begindispense<=1;collect<=1;D〈=idle;
ﻩ {seg1,seg2}〈=8’b0010_0101;{seg3}<=8'b11111101;end //售出饮料
ﻩthree:
if({temp1,half_yuan}==2'b10)ﻩ //2元状态下检测下降沿
ﻩﻩ begindispense<=1;collect<=1;D〈=idle;
{seg1,seg2}<=8'b0010_0101;{seg3}<=8'b11111101;end //售出饮料
ﻩﻩ elseif({temp2,one_yuan}==2'b10)
begindispense〈=1;collect<=1;half_out<=1;ﻩD<=idleﻩﻩ ﻩ {seg1,seg2}〈=8’b0011_0000;{seg3}〈=8’b10110110;end //售出饮料ﻩﻩﻩﻩ
ﻩ endcase
end
end
endmodule
图3-1VerilogHDL设计
图3—2VerilogHDL设计
4.仿真时序图
图4-1仿真时序图
图4—2仿真时序图
5.分析与总结
首先对该控制系统基于PLC和FPGA软件控制方面做简单比较,PLC采用的梯形图的编程,个人认为PLC的类似“积木式的电路结构图”梯形图较简单明了,对程序的调试也方便了些,FPGA的VerilogHDL也可以认为是对象电路的实现的描述,虽然是基于C语言,大部分人有C语言的基础,但是一般人调试很困难。
该课程设计只完成了一部分的程序控制,可作为主程序源代码的一部分,主要功能是投币→显示→取饮料→找零。
虽然参考了几本书和网上的资料,多数的不够完善,该设计虽然也可以完成一部分的功能,但是很粗糙,在找零数码管显示设计中虽然在源代码中可以通过测试分析,但是对于功能的实现是未实现。
由衷的感谢莫老师的教导,基于本人现在处于的入门阶段,能独立尽可能的完善一个设计,还需要一定的时间,需深入思考,再接再励.
6.参考文献
[1] 潘松主编。
EDA技术实用教程第四版[M].北京:
科学出版社,2010,66-96
[2]王金明主编.EDA技术与Verilog设计[M]。
北京:
科学出版社,2008,265—268
[3]夏宇闻编.Verilog数字系统设计教程[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2008,39—58
学号:
1708201018
班 级:
1716
学生姓名:
李有强
毕业 设计(论文)
题目:
自动化生产线中的饮料灌装系统-—软件设计
学生姓名:
学 号:
专 业:
班 级:
指导教师:
年月 日
河北工程大学
毕业设计(论文)任务书
题目:
自动化生产线中的饮料灌装系统—-软件设计
学生姓名:
学号:
专业班级:
学院:
设计起止日期:
题目性质一:
实际工程设计项目科学研究理论研究其他
题目性质二:
真题模拟题目其他
技术要求及原始数据:
系统基于PLC-200,主要功能完成饮料灌装生产过程,明确装瓶,传送,盖盖,检测过程,并可以启动,移位,复位按钮进行操作,实现手动,自动全过程。
主要任务:
1、绘制工作流程图或顺序功能图;
2、编写全程序T型图或指令表;
3、运用程序进行调试;
4、编写设计说明书;
学生 (签字):
系主任(签字):
指导教师(签字):
院 长(签字):
河北工程大学毕业设计(论文)评语
学生姓名 专业班级
毕业设计(论文)题目自动化生产线中的饮料灌装系统——软件设计
1、指导老师评语:
指导教师(签字) 年 月 日
2、评阅人评语:
评阅人(签字) 年月 日
3、答辩组评语:
答辩组组长(签字) 年 月 日
摘要
随着工业自动化水平日益提高,众多工业企业均面临着传统生产线的改造和重新设计问题。
PLC(可编程序控制器)是以微处理器为核心的工业控制装置,它将传统的继电器控制系统与计算机技术结合在一起,近年来在工业自动控制、机电一体化、改造传统产业等方面得到普遍应用。
作为通用工业控制计算机,其实现了工业控制领域接线逻辑到存储逻辑的飞跃,在世界工业控制中发挥着越来越重要的作用.在饮料行业,自动化生产线的生产方式是推广的最普及的一种生产模式,它促使灌装的速度大幅提升,同时也使得灌装精度更高,给企业带来了不可小觑的生产力.鉴于此,设计者利用PLC的功能和特点设计出了一款饮料灌装生产流水线控制系统. 本文所涉及的饮料灌装自动化生产线采用PLC控制,流量计计量,确保了灌装的速度和精度。
本文详细论述了饮料灌装机控制系统的设计步骤,通过对灌装机系统的充分了解,以行业现状为出发点,结合其他行业自动控制技术的应用情况,提出了基于PLC的饮料灌装机控制系统的基本结构.本系统设计中完成了饮料灌装机控制系统的硬件的配置和软件方面的设计,实现了饮料灌装机控制系统的自动化。
对劳动生产率的提高,对饮料的质量和产量的提高都具有深远的意义。
利用PLC控制饮料灌装生产过程,可有效提高灌装生产效率,并显著增加控制系统的可靠性和柔性。
关键词:
可编程控制器;自动化;灌装;生产线
Abstract
With the increasing level of industrial automation, many industrial enterprises are faced with the transformation of traditional production line and re—design problem。
PLC (programmable logic controller) is a microprocessor as the core of industrial control devices, it will relay the traditional control system combined with computer technology in recent years in industrial automation, mechanical and electrical integration, the transformation of traditional industries such as generally applied。
As a general-purpose industrial control computer, the realization of industrial control wiring logical leap in logic to storage, industrial control in the world is playing an increasingly important role. In beverage industry,automated production line mode of production is to promote the most popular a kind of production mode, it causes the filling speed increases, but make the filling a higher precision, to bring enterprise cannot small gaze of productivity。
In view of this, the designers of the use of PLC functions and features designed a beverage filling production line control system.
This paper involves the drinks filling automation production line adopts PLC control, flow meter metering, insure the filling speed and precision。
This paper describes in detail the control system of the drinksfilling machine design steps, a brief introduction of the drinks filling machine control system and baseon the self—industry and the application of the other trade on auto—control technique, proposed the frame of the control system based on programmable logical controller. This design completes the drinks production line hardware configuration and software design,to achieve the automation of the carbonated drinks filling machine。
Not only improve the labor productivity, but also has far-reaching significance of the improvement of quality and yield。
PLC control of the use of beverage filling production process, which can effectively improve the production efficiency of filling, and significantly increase the reliability of controlsystems and flexible.
Keywords:
Programmable controller;Automation;Filling;Production line
第一章可编程控制器概述
1。
1PLC的定义:
可编程控制器,简称PLC(ProgrammablelogicController),是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。
在1987年国际电工委员会(InternationalElectricalCommittee)颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义:
PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
总之可编程控制器是一台计算机,它是专为工业环境应用而设计制造的计算机,它具有丰富的输入/输出接口,并且具有较强的驱动能力,但可编程控制器产品并不针对某一具体工业应用,在实际应用时其硬件需根据实际需要进行选用、配置,其软件需根据控制要求进行设计编制.
1.2PLC的组成:
PLC的基本组成可归为四大部件:
1。
中央处理单元(CPU板)——控制器的核心;
2。
输入部件(I/O部件)——连接现场设备与CPU之间的接口电路;
3。
输出部件——送出PLC运算后得出的控制信息;
4。
电源部件 ——为PLC内部电路提供能源.
另外,还必须有编程器--将用户程序写进规定的存储器内.
PLC的基本组成框图如图1—1所示:
图1-1
1.3可编程控制器的分类和发展:
1.3。
1分类
按I/O点数可分为大、中、小型三大类,通常可以定义为:
小型:
I/O点数在256点以下;
中型:
I/O点数在256~1024点之间
大型:
I/O点数在1024点以上。
1。
3。
2可编程序控制器及其网络的发展历史
1968年,美国通用汽车公司(GM)根据市场形势与生产发展的需要,提出了“多品种、小批量、不断翻新汽车品牌型号”的战略.要实现这个战略决策,依靠原有的工业控制装置显然不行,
而必须有一种新的工业控制装置,它可以随着生产品种的改变,灵活方便地改变控制方案以满足对控制的不同要求。
1969年,著名的美国数字设备公司(DEC)根据GM的功能要求,研制出了这种新的工业控制装置,并在GM公司的一条汽车自动化生产线上首次运行取得成功.根据这种新型工业控制装置可以通过编程改变控制方案这一特点,以及专门用于逻辑控制的情况,称这种新的工业控制装置为可编程序控制器(Programmable LogicController),简称PLC。
从1968年到现在,PLC经历了四次换代:
第一代PLC大多用一位机开发,用磁芯存储器存储,只有逻辑控制功能。
在第二代PLC产品中换成了8位微处理器及半导体存储器,PLC产品开始系列化.第三代PLC产品随着高性能微处理器及位片式CPU在PLC中大量使用,PLC的处理速度大大提高,从而促使它向多功能及联网通信方向发展。
第四代PLC产品不仅全面使用16位、32位高性能微处理器,高性能位片式微处理器,RISC(Reducedinstruction setcomputer)精简指令系统CPU等高级CPU,而且在一台PLC中配置多个处理器,进行多通道处理。
同时生产了大量内含微处理器的智能模板,使得第四代PLC产品成为具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功能的真正名符其实的多功能控制器。
同一时期,由PLC组成的PLC网络也得到飞速发展。
PLC与PLC网络成为工厂企业中首选的工业控制装置,由PLC组成的多级分布式PLC网络成为CIMS(computer—integratedmanufacturing system)系统不可或缺的基本组成部分。
人们高度评价PLC及其网络的重要性,认为它是现代工业自动化的三大支柱之一。
1.3.3发展方向
发展方向分小型化和大型化两个发展趋势。
小型PLC有两个发展方向,即小(微)型化和专业化.大型化指的是大中型PLC向着大容量、智能化和网络化发展,使之能与计算机组成集成控制系统,对大规模、复杂系统进行综合性的自动控制。
1.4PLC的功能
1.逻辑控制;
2.定时控制;
3。
计数控制;
4。
步进(顺序)控制;
5. PID 控制;
6。
数据控制,PLC具有数据处理能力;
7.通信和联网;
8。
其它PLC还有许多特殊功能模块,适用于各种特殊控制的要求,如定位控制模块、CRT模块。
1。
5PLC的应用范围
目前,在国内外PLC已广泛应用冶金、石油、化工、建材、机械制造、电力、汽车、轻工、环保及文化娱乐等各行各业,随着PLC性能价格比的不断提高,其应用领域不断扩大。
从应用类型看,PLC的应用大致可归纳为以下几个方面:
(1)开关量逻辑控制
利用PLC最基本的逻辑运算、定时、计数等功能实现逻辑控制,可以取代传统的继电器控制,用于单机控制、多机群控制、生产自动线控制等,例如:
机床、
注塑机、印刷机械、装配生产线、电镀流水线及电梯的控制等。
这是PLC最基本的应用,也是PLC最广泛的应用领域。
(2)运动控制
大多数PLC都有拖动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。
这一功能广泛用于各种机械设备,如对各种机床、装配机械、机器人等进行运动控制。
(3)过程控制
大、中型PLC都具有多路模拟量I/O模块和PID控制功能,有的小型PLC也具有模拟量输入输出。
所以PLC可实现模拟量控制,而且具有PID控制功能的PLC可构成闭环控制,用于过程控制。
这一功能已广泛用于锅炉、反应堆、水处理、酿酒以及闭环位置控制和速度控制等方面。
(4)数据处理
现代的PLC都具有数学运算、数据传送、转换、排序和查表等功能,可进行数据的采集、分析和处理,同时可通过通信接口将这些数据传送给其它智能装置,如计算机数值控制(CNC)设备,进行处理。
第二章 任务及相关
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