Eine Kaffeemaschine soll als FSM modelliert und mittels VHDL implementiert werden. Eine zu entwickelnde Testbench mit Stimuli soll die Schaltung verifizieren. Die Kaffeeausgabe soll beim Erreichen des Preises von 1,50€ stattfinden. 50 Cent, 1 Euro oder 2 Euro können zum Bezahlen genutzt werden. Bei Überschreiten des Preises soll zusätzlich zur Kaffeeausgabe das Wechselgeld ausgegeben werden. Dieses kann durch 1-Euro- und/oder 50-Cent-Münzen ausgegeben werden. Die Modellierung der Kaffeemaschine erfolgt unter der Annahme, dass ein Impuls der Länge einer Taktperiode für eine Kaffeeausgabe ausreichend ist und dieser durch eine externe Ansteuerung für die Kaffeepumpe weiterverarbeitet wird. Durch einen Münzschlitz kann die Eingabe der verschiedenen Münzen nur nacheinander ausgeführt werden. Die Ausgabe des Wechselgeldes kann hingegen parallel stattfinden, da die Münzen in einen Schacht an der Kaffeemaschine fallen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Problemstellung
- 1.2 Ziel und Aufbau der Arbeit
- 2 Grundlagen und Definitionen
- 2.1 FSM
- 2.2 Zustandsgraph
- 2.3 VHDL
- 2.4 Syntheseprozess mithilfe eines EDA-Werkzeuges
- 2.5 Simulation mithilfe einer Testbench und Stimuli
- 3 Entwicklung des Automatenmodells
- 3.1 Beschreibung des Automatenverhaltens in Worten
- 3.2 Grafische Darstellung
- 3.3 Tabellarische Darstellung
- 4 Implementierung des Automatenmodells in VHDL
- 4.1 Entity
- 4.2 Architecture
- 4.3 Implementierung der Zustandsübergangsfunktion
- 4.4 Implementierung des Zustandsspeichers
- 4.5 Implementierung der Ausgabefunktion
- 4.6 Syntheseergebnis
- 4.7 Pin-Zuordnung
- 5 Funktionstest
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit modelliert und implementiert eine Kaffeemaschine als Finite State Machine (FSM) mittels VHDL. Ziel ist es, den Entwurfsprozess einer solchen Maschine zu demonstrieren und die Funktionsfähigkeit mithilfe einer Testbench zu verifizieren. Die Kaffeeausgabe erfolgt nach Erreichen eines bestimmten Preises, wobei das Wechselgeld bei Überschreitung berücksichtigt wird.
- Modellierung einer Kaffeemaschine als FSM
- Implementierung des Modells in VHDL
- Entwicklung und Verwendung einer Testbench zur Verifikation
- Umsetzung der Zustandsübergänge und Ausgabefunktionen
- Synthese und Pin-Zuordnung des Entwurfs
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1 (Einleitung): Einführung in die Thematik der Automatisierung und die Verwendung von VHDL zur Beschreibung digitaler Hardware. Beschreibung des Arbeitskontextes und der Problemstellung. Die Problemstellung beinhaltet die Modellierung einer Kaffeemaschine als FSM und deren Implementierung in VHDL.
Kapitel 2 (Grundlagen und Definitionen): Definition von FSM, Zustandsgraphen und VHDL. Erläuterung des Syntheseprozesses und der Simulation mit Testbench und Stimuli.
Kapitel 3 (Entwicklung des Automatenmodells): Beschreibung des Automatenverhaltens, grafische und tabellarische Darstellung des Modells. Die Kapitel 3 und 4 beschreiben den Modellierungs- und Implementationsprozess des Automaten.
Kapitel 4 (Implementierung des Automatenmodells in VHDL): Detaillierte Beschreibung der Implementierung der Entity, Architecture, Zustandsübergangsfunktion, Zustandsspeicher und Ausgabefunktion in VHDL. Präsentation der Syntheseergebnisse und der Pin-Zuordnung.
Kapitel 5 (Funktionstest): Beschreibung des Funktionstests des implementierten Modells. Die Ergebnisse des Funktionstests werden im Kapitel zusammengefasst.
Schlüsselwörter
Finite State Machine (FSM), VHDL, Hardwarebeschreibungssprache, Digitale Schaltungsentwurf, Synthese, Simulation, Testbench, Kaffeemaschine, Automatisierung.
- Quote paper
- David Protzmann (Author), 2022, Eine Kaffeemaschine als "Finite State Machine", Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1502722
