數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)-洗衣機(jī)程序設(shè)計(jì).doc

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目: 洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì) 一、洗衣機(jī)控制器要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制器：_ 洗衣機(jī)的工作步驟為洗衣、漂洗和脫水三個(gè)過程，工作時(shí)間分別為：洗衣20秒，漂洗30 秒，脫水15 秒；_ 用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)洗衣程序的手動(dòng)選擇：A、單洗滌；B、單漂洗；C、單脫水；D、漂洗和脫水；E、洗滌、漂洗和脫水全過程；_ 用顯示器件顯示洗衣機(jī)的工作狀態(tài)（洗衣、漂洗和脫水），并倒計(jì)時(shí)顯示每個(gè)狀態(tài)的工作時(shí)間，全部過程結(jié)束后，應(yīng)提示使用者；_ 用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)暫停洗衣和繼續(xù)洗衣的控制，暫停后繼續(xù)洗衣應(yīng)回到暫停之前保留的狀態(tài)；_ 選做：三個(gè)過程的時(shí)間有多個(gè)選項(xiàng)供使用者選擇。_ 選做：可以預(yù)約洗衣時(shí)間。_ 選做：自擬其它功能。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想電路由模式選擇、計(jì)數(shù)器、報(bào)警模塊以及譯碼驅(qū)動(dòng)電路和數(shù)字顯示電路等模塊組成。1、模式選擇模塊五種洗衣模式可供用戶選擇，模式選擇模塊將用戶的選擇信息傳遞到控制模塊。2、減計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器洗衣以倒計(jì)時(shí)模塊的方式提示用戶當(dāng)前剩余的洗衣時(shí)間，該計(jì)數(shù)器能讀取不同的模值進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)時(shí)單位為一秒鐘。3、譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED 七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動(dòng)下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào)。4、報(bào)警模塊當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到“報(bào)警”狀態(tài)時(shí)，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警，時(shí)間為5 秒。4、分頻器模塊設(shè)計(jì)一個(gè)大小合適的分頻器使得系統(tǒng)能夠正確的實(shí)現(xiàn)一秒的計(jì)時(shí)。三、總體設(shè)計(jì)圖以及轉(zhuǎn)移圖流程圖示：狀態(tài)選擇開始信號(hào)輸入變量A為1YESNO進(jìn)行洗滌變量B為1YESNO進(jìn)行漂洗變量C為1YES進(jìn)行脫水NO完成洗衣后報(bào)警提示完成總體邏輯設(shè)計(jì)圖：控制器分頻器OSC時(shí)間計(jì)數(shù)器洗滌漂洗脫水譯碼時(shí)間顯示ClkClk1料庫Clk2T15 T20T25Cnt clr報(bào)警Pause 狀態(tài)選擇譯碼狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖示：WAITA1進(jìn)行洗滌進(jìn)行漂洗A0B=1B0B1進(jìn)行脫水A0B=0C1C0完成洗衣報(bào)警提示管腳設(shè)計(jì)圖：仿真情況：簡(jiǎn)要說明：本次仿真執(zhí)行的是第五個(gè)狀態(tài)即洗滌、漂洗和脫水全過程。通過此仿真可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)輸出選擇模式信號(hào)change時(shí)，洗衣機(jī)模式開始發(fā)生變化。輸入第一個(gè)change信號(hào)的時(shí)候進(jìn)入單洗滌狀態(tài)，輸入第二個(gè)change信號(hào)進(jìn)入單漂洗狀態(tài)，輸入第三個(gè)change信號(hào)進(jìn)入了單脫水的狀態(tài)，輸入第四個(gè)change信號(hào)進(jìn)入了脫水和漂洗的狀態(tài)，當(dāng)輸入最后一個(gè)change信號(hào)的時(shí)候進(jìn)入洗滌、漂洗和脫水的全狀態(tài)。而在選擇每個(gè)狀態(tài)的同時(shí)時(shí)間信號(hào)（q0、q1、q2、q3、q4、q5、q6）也發(fā)生變化，顯示出每個(gè)狀態(tài)時(shí)的時(shí)間。而設(shè)定的led燈（cat0、cat1）則依次閃亮。當(dāng)start開始后change信號(hào)不再起作用，而系統(tǒng)進(jìn)入了運(yùn)行狀態(tài)，時(shí)間開始逐秒變化。當(dāng)程序最終運(yùn)行結(jié)束后，進(jìn)入報(bào)警狀態(tài)，sound開始顯示為高電平，而時(shí)間均為0。（特別說明：由于本實(shí)驗(yàn)分2次去做，管腳設(shè)定的時(shí)候進(jìn)行了新建工程，代碼粘貼過去的，實(shí)體名字取得和第二周驗(yàn)收時(shí)候不一致，不是其他原因。）四、代碼示例LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;ENTITY xiyiji ISPORT(START: INSTD_LOGIC;PAUSE: INSTD_LOGIC;-暫停信號(hào)CLOCK: INSTD_LOGIC;Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -數(shù)碼管顯示信號(hào)CAT: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0) -數(shù)碼管選通信號(hào)); END xiyiji;ARCHITECTURE washer OF xiyiji ISSIGNAL STATE: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL MODE: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL TEMP: INTEGER RANGE 45 DOWNTO 0; -時(shí)間中間變量SIGNAL TIME: INTEGER RANGE 60 DOWNTO 0; -倒計(jì)時(shí)時(shí)間SIGNAL TMP: INTEGER RANGE 999 DOWNTO 0; -分頻變量SIGNAL MA: INTEGER RANGE 9 DOWNTO 0; -數(shù)碼管譯碼變量SIGNAL CLK: STD_LOGIC; -分頻時(shí)鐘輸出BEGINPROCESS(CLOCK)BEGINIF (CLOCKEVENT AND CLOCK=1) THEN -分頻模塊TMP=TMP + 1;IF (TMP=999) THENTMP=0;CLKMODEMODEMODEMODEMODEMODE=000;END CASE;END IF;STATE = MODE;-選擇洗衣模式BUZZER TEMP = 0 ;TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP = 25 ;TIME TEMP = 40 ; TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP= 0 ; TIME= 0;END CASE ;ELSE IF ( PAUSE = 0) THEN -設(shè)置暫停信號(hào)IF ( CLKEVENT AND CLK = 1 AND TIME/=0) THENTIME = TIME - 1 ; -時(shí)間自減IF ( TIME=1 ) THENSTATE =000;BUZZERSTATE = 110;TEMP STATE = 100;TEMP TEMP = 0 ;STATE = 000;END CASE;END IF;END IF;END IF;END IF;MODEEND = STATE; -中間變量賦值給結(jié)果變量END PROCESS;PROCESS (CLOCK,TIME)BEGINIF (CLOCK=1) THEN -提取十位數(shù)CAT q q q q q q q q q q modemodemodemodemodemode=000;end case;2、減計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器模塊計(jì)數(shù)器洗衣以倒計(jì)時(shí)模塊的方式提示用戶當(dāng)前剩余的洗衣時(shí)間，該計(jì)數(shù)器能讀取不同的模值進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)時(shí)單位為一秒鐘。首先，由于需要數(shù)碼管的顯示，又要實(shí)現(xiàn)單位為一秒鐘的倒計(jì)時(shí)所以必要對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻器。主要過程是設(shè)計(jì)一個(gè)總的時(shí)間變量稱之為TIME，每個(gè)時(shí)鐘上升沿一到就對(duì)此變量減一，如此首先在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)時(shí)間的自減。自減是在沒有暫停信號(hào)且開始信號(hào)為一的情況下進(jìn)行的。另外我設(shè)計(jì)了一個(gè)中間變量，在不同的狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行不同的賦值，并使其與我設(shè)計(jì)的總時(shí)間變量進(jìn)行比較，然后將比較結(jié)果送給模式的另一個(gè)中間變量即可實(shí)現(xiàn)洗衣過程中的狀態(tài)變化顯示。減計(jì)數(shù)器及其和中間量的比較的簡(jiǎn)要代碼如下：if ( pause = 0) thenif ( clkevent and clk = 1 and time/=0) thentime = time - 1 ;if ( time=1 ) then state =000;buzzerstate = 110;temp state = 100;temp temp = 0 ;state = 000;end case;3、 譯碼和數(shù)碼顯示電路：譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED 七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動(dòng)下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號(hào)。首先，由于需要數(shù)碼管的顯示，又要實(shí)現(xiàn)單位為一秒鐘的倒計(jì)時(shí)所以必要對(duì)于系統(tǒng)時(shí)鐘的分頻器?；谏蟼€(gè)學(xué)期進(jìn)行的基礎(chǔ)數(shù)字電路vhdl學(xué)習(xí)，分頻器是十分基礎(chǔ)的模塊易于設(shè)計(jì)。又因?yàn)樾枰ㄟ^兩位數(shù)碼管顯示當(dāng)前倒計(jì)時(shí)的時(shí)間，同時(shí)當(dāng)前倒計(jì)時(shí)的時(shí)間是兩位數(shù)所以利用倒計(jì)時(shí)時(shí)間TIME除以10可以得到時(shí)間的十位，再用其MOD十即可得到時(shí)間的個(gè)位，然后將要顯示的數(shù)與七段數(shù)碼管的七個(gè)管角相匹配，最后將這兩個(gè)數(shù)分別賦給兩個(gè)數(shù)碼管并使兩個(gè)數(shù)碼管交替顯示就實(shí)現(xiàn)了對(duì)于倒計(jì)時(shí)的譯碼電路，以下是譯碼和數(shù)碼顯示電路的簡(jiǎn)要代碼：if (clock=1) then ma=time/10; cat=111101;else ma=time mod 10; cat q q q q q q q q q q = 1111110; end case;end process;4、報(bào)警模塊：報(bào)警模塊是洗衣機(jī)系統(tǒng)的最后一個(gè)模塊，即任何一個(gè)洗衣狀態(tài)執(zhí)行完成后倒計(jì)時(shí)為零時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行到“報(bào)警”狀態(tài)，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警，時(shí)間為5 秒。其設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，只是需要加入一個(gè)蜂鳴器信號(hào)BUZZER，并且使其再TIME倒計(jì)時(shí)總時(shí)間為零時(shí)，提供一個(gè)上升沿信號(hào)即可。五、器件清單硬件：1 計(jì)算機(jī)；2 直流穩(wěn)壓電源；3 EDA 開發(fā)板及相應(yīng)元器件。軟件：Quartus的相應(yīng)版本。六、遇到的情況本次數(shù)字電路的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是一次綜合性實(shí)驗(yàn)，是對(duì)上學(xué)期數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)知識(shí)的全方位考察，所以在實(shí)驗(yàn)的過程中不免遇到一些問題及故障。下面對(duì)實(shí)驗(yàn)中所遇到的問題進(jìn)行分析。首先對(duì)于本試驗(yàn)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊的設(shè)計(jì)一開始沒有想到采用三位二進(jìn)制數(shù)的表示方法，所以對(duì)于五種狀態(tài)只是采用了一個(gè)十進(jìn)制的變量，但采用后發(fā)現(xiàn)這種表示方法對(duì)于實(shí)現(xiàn)洗衣過程中的狀態(tài)顯示將變得十分困難，后來經(jīng)過思考發(fā)現(xiàn)利用三位二進(jìn)制數(shù)表示模式不但同樣易于轉(zhuǎn)換模式同時(shí)可以方便的用三個(gè)發(fā)光二極管顯示洗衣狀態(tài)。第二點(diǎn)就是在仿真的過程中，雖然需要觀察的幾個(gè)波形都十分符合預(yù)期，但是其中幾個(gè)波形的仿真圖會(huì)出現(xiàn)個(gè)別的冒險(xiǎn)。盡管并不影響下載到EDA實(shí)驗(yàn)板上的顯示效果，但并不十分完善。第三點(diǎn)就是下載到EDA實(shí)驗(yàn)板上的問題，為了將數(shù)字顯示到七段數(shù)碼管上，需要將數(shù)字的七位譯碼連接到數(shù)碼管的七個(gè)管角，但連接后發(fā)現(xiàn)數(shù)字顯示完全錯(cuò)誤，經(jīng)過分析所顯示出的錯(cuò)誤圖形的七位譯碼發(fā)現(xiàn)本EDA實(shí)驗(yàn)板的共陰數(shù)碼管的七個(gè)管角與所譯的七位碼正好反接了，后經(jīng)過調(diào)整即可正常顯示所需數(shù)字。