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【基于VHDL语言的自动售货机设计】

在电子设计领域，VHDL（Very High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是一种广泛使用的硬件描述语言，用于描述数字系统的结构和行为。本设计中，VHDL被用来实现一个自动售货机的电路设计，这是一个典型的数字系统应用。

该自动售货机的电路设计包括多个关键模块，如按键、时钟、投币口、RAM（随机存取存储器）、输出、译码显示和控制器。这些模块共同协作，实现售货机的功能。

1. **按键**：系统中有两个按键，set键和finish键。set键用于设置商品的价格和库存，finish键则用于确认投币并启动商品分发或找零过程。

2. **时钟**（clk）：系统时钟是所有操作同步的基础，为系统提供脉冲信号，确保各部分的协调运行。

3. **投币**：有两个投币口，coin5用于投五角硬币，coin10用于投一元硬币，对应的输入信号datain会根据投入的硬币类型变化。

4. **RAM**：存储器用于保存商品的价格和数量，可以通过set键进行预设置。

5. **输出**（act）：当满足条件时，act输出端会释放对应饮料，并在必要时执行找零操作。

6. **译码显示**：用于将内部状态转换为可视的数码管显示，如投币数（y0）和商品选择。

7. **控制器**：核心模块，负责处理输入信号，控制状态转移，并作出相应决策。

**系统工作流程**：

1. 初始化阶段，工作人员通过set键设置商品价格和库存，信息存储在RAM中。

2. 顾客投币后，finish键被按下。控制器检查投入金额是否足够购买饮料。如果足够，根据最接近投币总金额的商品价格，通过act输出相应饮料；如果不足，则退还已投硬币。

3. 投币计数模块实时计算五角和一元硬币的总额，并在数码管上显示（y0）。

**状态转移图**：

状态转移图是描述系统状态变化的关键工具。在这个设计中，有10个状态，从idle（初始状态）开始，根据不同的硬币投入（coin5或coin10）和finish键的动作，系统在不同状态间转移。例如，state1表示五角硬币投入，state2表示一元硬币投入，依此类推。状态转移的条件是根据输入信号datain（硬币类型）和finish（确认键）的状态来确定的。

**源代码**：

VHDL代码中，使用了ieee库中的std_logic_arith、std_logic_1164和std_logic_unsigned包，它们提供了逻辑操作符和数据类型。实体(shj3)声明了输入（如时钟、按键、数据输入等）和输出（如饮料选择、投币数显示、找零信号等）。代码可能包含了定义这些模块的结构以及控制逻辑的进程，以实现状态机的功能。

总结，这个基于VHDL的自动售货机设计展示了如何用硬件描述语言构建一个实际应用的数字系统，涵盖了状态机设计、存储器操作、信号处理等多个核心概念，对于理解和实践VHDL编程具有很高的价值。

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