一种基于FPGA的自动售货机的自动定位系统的制作方法

本实用新型涉及自动收货机领域，特别涉及一种基于fpga的自动售货机的自动定位系统。

背景技术：

自动售货机有着广泛的应用，尤其是在高度信息化自动化的今天，无论在医院，商场还是学校都能看到自动售货机，自动售货机正在不断取代零售店，提供给人们方便快捷的消费方式。

fpga器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题,fpga的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块ram，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于fpga具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。

编码器（英语：encoder）是一种将信息由一种特定格式（或编码）转换为其他特定格式（或编码）的传感器、软件或是算法，转换的目的可能是由于标准化、速度、保密性、保安或是为了压缩数据。

减法电路是基本集成运放电路的一种，减法电路可以由反相加法电路构成，也可以由差分电路构成。基本集成运放电路有加、减、积分和微分等四种运算。一般是由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。

可逆计数器既可加1计数又可减1计数的计数器叫做可逆计数器，也叫做双向计数器。可逆计数器是可以进行正向和反向计数的计数器了，这种计数器就是把加法计数器和减法计数器的作用合在一起，在逻辑线路上，对计数器的进位和借位脉冲进行适当的控制，即用一个与或门把进位和借位脉冲加以控制，便构成可逆计数器。

现有技术中公开了一种带升降系统的自动售货机，公告号：cn209199219u，公布日：2019-08-02，该实用新型中的系统移植性不好，不能应用于不同规模自动售货机，重复利用性差。并且现有售货机，大多数都是将物品直接从物品所在处直落至取物处，易碎物品或碳酸饮料等从高处直落下容易受到损坏。

技术实现要素：

本实用新型为了克服现有技术缺陷，提供一种基于fpga的自动售货机的自动定位系统，容易实现标准化的设计，可应用于不同规模的自动售货机，采用该定位系统驱动载物台运动可以防止易碎物品或碳酸饮料等从高处直落下而导致不必要的损坏。

本实用新型的目的是这样实现的：一种基于fpga的自动售货机的自动定位系统，包括自动售货机外置按钮装置，fpga核心板和载物台，所述fpga核心板以fpga为主控芯片，具体包括两个编码器，预置数模块，定位模块，电机方向控制模块，电机驱动模块，所述定位模块包括两个减法器和两个可逆计数器，所述电机方向控制模块包括水平方向控制模块和垂直方向控制模块，所述编码器分别与定位模块中的减法器，可逆计数器依次电连接，所述可逆计数器分别与电机方向控制模块和电机驱动模块电连接，所述预置数模块与定位模块中的减法器电连接。

本实用新型工作时，当用户按下售货机内物品下面的按钮时，定位系统通过两个编码器定位其位置，预置数模块在电路工作之前将载物台的初始位置写入程序，通过两个减法器计算得出载物台与物品的相对位置，利用逆计数器实现持续输出高电平驱动电机运动，并利用逆计数器的借位端实现对运动方向的控制及左右和上下运动先后顺序的协调，再利用寄存功能存下相对位置的数据，在完成物品的装载后按原来的路线返回至取物处，完成一个循环。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过fpga核心板实现电路功能，采用verilog语言编程开发周期短，容易实现标准化的设计，可移植性强，在应用于不同规模的自动售货机时能够很容易的修改参数设置，采用该定位系统驱动载物台运动可以防止易碎物品或碳酸饮料等从高处直落下而导致不必要的损坏。

进一步的，所述两个编码器分别为8-3编码器a和8-3编码器b，所述两个减法器分别为三位减法器a和三位减法器b，所述两个可逆计数器分别为可逆计数器a和可逆计数器b，所述8-3编码器a的输入端口in0,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7与所述8-3编码器b的输入端口in0,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7电连接，并连接自动售货机外置按钮装置，所述8-3编码器a的输出端口y0，y1，y2分别与所述减法器a的输入端口a0,a1,a2电连接，同时经过与门与减法器a的使能端en电连接，所述8-3编码器b的输出端口y0，y1，y2分别与所述减法器b的输入端口a0,a1,a2电连接，同时经过与门与减法器b的使能端en电连接，预置数模块分别与减法器a和减法器b的输入端口b0,b1,b2电连接；

所述减法器a的输出端口p0,p1,p2分别与可逆计数器a的输入端口d0,d1,d2电连接，同时经过与门与可逆计数器a的使能端en电连接，所述减法器b的输出端口p0,p1,p2分别与可逆计数器b的输入端口d0,d1,d2电连接，同时经过与门与可逆计数器b的使能端en电连接，所述可逆计数器a的借位端口cont与电机水平方向控制模块输入端电连接，所述可逆计数器b的借位端口cont与电机垂直方向控制模块输入端电连接，可逆计数器a,可逆计数器b的时钟输入端口clk与所设时钟信号电连接，可逆计数器a的输出端口c与电机水平方向驱动模块电连接，可逆计数器b的输出端口c与电机垂直方向驱动模块电连接。

进一步的，所述模块均由在quartus软件上编写的verilog语言程序，实现自动定位功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电路示意图。

图3是运用本实用新型的7*7规模的售货机外观示意图。

图4是运用本实用新型的7*7规模的售货机结构示意图。

其中，1外置按钮，2取物处，3载物台，4自动售货机。

具体实施方式

如图1所示，一种基于fpga的自动售货机的自动定位系统，包括自动售货机4外置按钮1装置，fpga核心板和载物台3，fpga核心板以fpga为主控芯片，具体包括两个编码器，预置数模块，定位模块，电机方向控制模块，电机驱动模块，定位模块包括两个减法器和两个可逆计数器，电机方向控制模块包括水平方向控制模块和垂直方向控制模块，编码器分别与定位模块中的减法器，可逆计数器依次电连接，可逆计数器分别与电机方向控制模块和电机驱动模块电连接，预置数模块与定位模块中的减法器电连接。

如图2所示，两个编码器分别为8-3编码器a和8-3编码器b，两个减法器分别为三位减法器a和三位减法器b，两个可逆计数器分别为可逆计数器a和可逆计数器b，所述8-3编码器a的输入端口in0,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7与8-3编码器b的输入端口in0,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7电连接，并连接自动售货机外置按钮装置，8-3编码器a的输出端口y0，y1，y2分别与减法器a的输入端口a0,a1,a2电连接，同时经过与门与减法器a的使能端en电连接，8-3编码器b的输出端口y0，y1，y2分别与减法器b的输入端口a0,a1,a2电连接，同时经过与门与减法器b的使能端en电连接，预置数模块分别与减法器a和减法器b的输入端口b0,b1,b2电连接；

减法器a的输出端口p0,p1,p2分别与可逆计数器a的输入端口d0,d1,d2电连接，同时经过与门与可逆计数器a的使能端en电连接，所述减法器b的输出端口p0,p1,p2分别与可逆计数器b的输入端口d0,d1,d2电连接，同时经过与门与可逆计数器b的使能端en电连接，可逆计数器a的借位端口cont与电机水平方向控制模块输入端电连接，可逆计数器b的借位端口cont与电机垂直方向控制模块输入端电连接，可逆计数器a,可逆计数器b的时钟输入端口clk与所设时钟信号电连接，可逆计数器a的输出端口c与电机水平方向驱动模块电连接，可逆计数器b的输出端口c与电机垂直方向驱动模块电连接,模块均由在quartus软件上编写的verilog语言程序，实现自动定位功能。

如图3-4所示，本实用新型工作时，当用户按下售货机内物品下面的按钮1第四行第四列（in4,in4）时，产生了一个信号传输到编码器a和编码器b，编码器a输出端口输出二进制数y2,y1,y0（1，0，0），编码器b输出端口输出二进制y2,y1,y0（1，0，0），即端口数值4转换为二进制数100，两个编码器分别输出该位置的横纵坐标，当编码器输出有高电平时减法器开始工作，预置数模块在电路工作之前将载物台的初始位置写入程序，并将初始位置信号（0，0，1）(0，0，0)分别传输给减法器a和减法器b的输入端口b2,b1,b0，减法器输入端口通过两个减法器计算得出载物台3与物品的相对位置（0，1，1）（1，0，0），当时钟上升沿来到之时，减法器a的输出端口p2,p1,p0(0，1，1)使得可逆计数器a开始工作，同时当复位信号无效时，将减法器a输出端口p2,p1,p0(0，1，1)置数给逆计数器a，每过一个时钟上升沿减少1，此时逆计数器a的c端口连续输出高电平，驱动电机持续水平运动，即载物台3向右水平方向移动3格，当逆计数器a的c端口减少到0时，逆计数器a的cont端口为高电平，此时电机水平方向控制模块完成左右方向的转换，当可逆计数器a的c端口减少到0时，cont端口同时作为可逆计数器b的复位端的输入，当复位信号为高电平时逆计数器b工作，减法器b输出端口p2,p1,p0(1，0，0)置数给逆计数器b，cont端口完成电机垂直方向的变换，c端口驱动电机上下运动，即载物台向上移动4格，最后利用寄存功能存下相对位置的数据，在完成物品的装载后按原来的路线返回至取物处，完成一个循环。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。