VerilogHDL洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)

1、1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求利用可編程邏輯器件豐富的內(nèi)部資源，借助EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）工具（如MAXplus）把家電控制器電路集成在一片F(xiàn)PGA（現(xiàn)場可編程門陣列）芯片內(nèi)，這樣就無需專門的單片機(jī)和外部邏輯電路。從而減小了電路的體積、提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本次電路設(shè)計(jì)是洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)洗衣機(jī)控制器，使洗衣機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn)：定時(shí)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)20秒暫停10秒反轉(zhuǎn)20秒暫停10秒定時(shí)不到，重復(fù)上面過程。（2）若定時(shí)到，則停止，并發(fā)出音響信號(hào)。（3）用兩個(gè)數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間（分鐘數(shù)），按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到停機(jī)；洗滌過程由開始信號(hào)開始。（4）三只LED燈表示

2、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、暫停三個(gè)狀態(tài)。設(shè)計(jì)的主要要求是：（1）根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求編寫相應(yīng)程序代碼（2）對(duì)編寫的VHDL程序代碼進(jìn)行編譯和仿真（3）利用實(shí)驗(yàn)箱完成硬件驗(yàn)證（可選）（4）總結(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成課程設(shè)計(jì)說明書2設(shè)計(jì)原理及總體框圖洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)主要是定時(shí)器的設(shè)計(jì)，由一片F(xiàn)PGA和外圍電路構(gòu)成了電器控制部分。FPGA接收鍵盤的控制命令，控制洗衣機(jī)的進(jìn)水、排水、水位和洗衣機(jī)的工作狀態(tài)、并控制顯示工作狀態(tài)以及設(shè)定直流電機(jī)速度、正反轉(zhuǎn)控制、制動(dòng)控制、起?？刂坪瓦\(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制（洗衣機(jī)洗滌過程如圖2所示）。對(duì)FPGA芯片的編程采用模塊化的VHDL (硬件描述語言)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)分為三層實(shí)現(xiàn)，頂層實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片的功能

3、。頂層和中間層多數(shù)是由VHDL的元件例化語句實(shí)現(xiàn)。中間層由無刷直流電機(jī)控制、運(yùn)行模式選擇、洗滌模式選擇、定時(shí)器、顯示控制、鍵盤掃描、水位控制以及對(duì)直流電機(jī)控制板進(jìn)行速度設(shè)定、正反轉(zhuǎn)控制、啟停控制等模塊組成，它們分別調(diào)用底層模塊。洗衣機(jī)控制器電路主要有五大部分組成，包括：減法計(jì)數(shù)器、時(shí)序控制電路、預(yù)置時(shí)間和編碼電路、數(shù)碼管顯示、譯碼器組成。具體電路如圖3所示：圖3洗衣機(jī)控制器總體設(shè)計(jì)圖3 程序設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示 實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示編碼時(shí)序電路預(yù)置時(shí)間和編碼電路譯碼器定時(shí)器電路計(jì)時(shí)器減法計(jì)數(shù)器4 編譯及仿真EDA工具在EDA技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)極其重要的位置，EDA的核心是利用計(jì)算機(jī)完成電子設(shè)計(jì)全程自

4、動(dòng)化，因此基于計(jì)算機(jī)環(huán)境的EDA軟件的支持是必不可少的。此次設(shè)計(jì)所用EDA工具是由著名的Alter公司生產(chǎn)的MAXplus工具軟件，它是一種集成的開發(fā)環(huán)境，支持原理圖、VHDL和Verilog語言文本文件，以及波形文件作為設(shè)計(jì)輸入，并支持這些文件的人以混合設(shè)計(jì)。 圖4洗衣機(jī)控制器程序仿真圖 MAXplus工具軟件具有門級(jí)仿真器，可以進(jìn)行功能仿真和時(shí)序仿真，能夠產(chǎn)生精確的仿真結(jié)果，同是還支持主流第三方EDA工具，所以可以說MAXplus是當(dāng)今最優(yōu)秀的EDA工具軟件之一。利用MAXplus工具軟件仿真仿真結(jié)果如圖4所示5 硬件調(diào)試與結(jié)果分析洗衣機(jī)接通電源，按load設(shè)置洗滌時(shí)間按start、rd置

5、為高電平洗衣機(jī)開始工作，當(dāng)時(shí)鐘第一個(gè)上升沿到達(dá)時(shí)run（正轉(zhuǎn)功能）為高電平維持20s以后變?yōu)榈碗娖蕉鴓ause（暫停功能）隨著時(shí)鐘上升沿的到來變?yōu)楦唠娖骄S持10s變?yōu)榈碗娖?，然后rev（反轉(zhuǎn)功能）開始隨著時(shí)鐘上升沿的到來變?yōu)楦唠娖焦ぷ骶S持20s后變?yōu)榈碗娖?，再停止pause置高，接下來電路一直重復(fù)上述工作，知道定時(shí)器計(jì)數(shù)結(jié)束。電路設(shè)計(jì)完成以后，按照預(yù)定設(shè)計(jì)，輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，三只LED燈按照設(shè)定時(shí)間規(guī)律間斷性亮起，數(shù)碼管也顯示輸入時(shí)間并按減數(shù)計(jì)時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字顯示，直到到達(dá)預(yù)定時(shí)間停止工作顯示零，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)達(dá)到預(yù)期效果。6 參考文獻(xiàn)1 潘松著.EDA技術(shù)實(shí)用教程(第二版). 北京：科學(xué)出版社,200

6、5.2 康華光主編.電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分. 北京：高教出版社,2006.3 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京：高教出版社,2003.4 趙巖嶺 劉春等.在MAXplus平臺(tái)下用VHDL進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì). 西安：西電出版社，20055 http:/ 無憂電子開發(fā)網(wǎng)心得體會(huì)通過這次的EDA設(shè)計(jì)，我可以說是受益良多?？吹较匆聶C(jī)控制器的題目，我首先想到的是狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)，因?yàn)檎n本上說狀態(tài)機(jī)其實(shí)就是控制器，后來經(jīng)過看書覺得應(yīng)該是摩爾型狀態(tài)機(jī)，可是自習(xí)分析后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)題目比較復(fù)雜，如果用狀態(tài)機(jī)的思路來設(shè)計(jì)，比較困難超出了我的能力。結(jié)合以前做課程設(shè)計(jì)（數(shù)字電路設(shè)計(jì)交通等控制器）的經(jīng)驗(yàn)，如果用模塊化層次化的設(shè)

7、計(jì)思路更清晰，設(shè)計(jì)起來也更容易，特別是更符合EDA設(shè)計(jì)的的流程，故自己開始設(shè)計(jì)各功能模塊。洗衣機(jī)控制器主要實(shí)幾種狀態(tài)的循環(huán)改變，還有計(jì)時(shí)和數(shù)碼顯示的功能，所以我覺得電路主要有五大部分組成，包括：減法計(jì)數(shù)器、時(shí)序控制電路、預(yù)置時(shí)間和編碼電路、數(shù)碼管顯示、譯碼器組成。在分析過程中，我遇到了不少困難，因?yàn)榈谝淮斡龅揭粋€(gè)比較復(fù)雜的設(shè)計(jì)，剛開始不知道從哪里入手，所以借鑒了一些書和網(wǎng)上的資料，主要參看了趙巖嶺 劉春等老師編著的在MAXplus平臺(tái)下用VHDL進(jìn)行數(shù)字電路設(shè)計(jì)關(guān)于控制器的一些設(shè)計(jì)方法和范例，并且在無憂電子開發(fā)網(wǎng)（http:/）上查找到現(xiàn)代洗衣機(jī)控制電路的設(shè)計(jì)方案，雖然很復(fù)雜，但是有很多借鑒的

8、地方。通過這次設(shè)計(jì)，讓我初步掌握了VHDL的設(shè)計(jì)方法與一些技巧，讓我對(duì)FPGA的編程、定時(shí)器和計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)更加熟悉，讓我更加明白時(shí)序組合門電路設(shè)計(jì)思路和方法。在設(shè)計(jì)中也參了和查閱了很多資料，從中學(xué)到不少課本上沒有的東西，并且充分認(rèn)識(shí)到家電控制電路設(shè)計(jì)在一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)，具有體積小、可靠性高、降低成本、設(shè)計(jì)周期短，功能靈活的特點(diǎn)，本人受益匪淺。我相信通過此次EDA課程設(shè)計(jì)，一定會(huì)對(duì)以后的設(shè)計(jì)工作提供很大幫助。 電子信息科學(xué)與技術(shù) 專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題 目洗衣機(jī)控制器課題性質(zhì)A課題來源D指導(dǎo)教師焦素敏同組姓名無主要內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)一個(gè)洗衣機(jī)控制器，使洗衣機(jī)作如下運(yùn)轉(zhuǎn)：定時(shí)啟動(dòng)正

9、轉(zhuǎn)20秒暫停10秒反轉(zhuǎn)20秒暫停10秒定時(shí)不到，重復(fù)上面過程。（2）若定時(shí)到，則停止，并發(fā)出音響信號(hào)。（3）用兩個(gè)數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間（分鐘數(shù)），按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到停機(jī)；洗滌過程由開始信號(hào)開始。（4）三只LED燈表示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、暫停三個(gè)狀態(tài)任務(wù)要求根據(jù)設(shè)計(jì)題目要求編寫相應(yīng)程序代碼對(duì)編寫的VHDL程序代碼進(jìn)行編譯和仿真條件允許，完成硬件驗(yàn)證（可選）總結(jié)設(shè)計(jì)內(nèi)容，完成課程設(shè)計(jì)說明書參考文獻(xiàn)1焦素敏.EDA課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.鄭州：河南工業(yè)大學(xué)，20082潘松,黃繼業(yè).EDA技術(shù)實(shí)用教程.北京：科學(xué)出版社，20023王國棟,潘松等.VHDL實(shí)用教程.成都：電子科技大學(xué)出版社

10、，20004 張亦華,延明.數(shù)字電路EDA入門.北京：電子工業(yè)出版社，20035 http:/ 無憂電子開發(fā)網(wǎng)審查意見指導(dǎo)教師簽字：焦素敏教研室主任簽字：張慶輝 2009年03月 6日 說明：本表由指導(dǎo)教師填寫，由教研室主任審核后下達(dá)給選題學(xué)生，裝訂在設(shè)計(jì)（論文）首頁填 表 說 明1“課題性質(zhì)”一欄：A工程設(shè)計(jì)；B工程技術(shù)研究；C軟件工程（如CAI課題等）；D文獻(xiàn)型綜述；E其它。2“課題來源”一欄：A自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題；B企、事業(yè)單位委托課題；C校、院（系、部）級(jí)基金課題；D自擬課題。 學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評(píng)價(jià)表課程名稱： 設(shè)計(jì)題目： 專業(yè)： 班級(jí)： 姓名： 學(xué)號(hào)：序號(hào)評(píng)審項(xiàng)目分 數(shù)滿分標(biāo)準(zhǔn)說明1內(nèi) 容20思路清晰；語言表達(dá)準(zhǔn)確，概念清楚，論點(diǎn)正確；實(shí)驗(yàn)方法科學(xué)，分析歸納合理；結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)，設(shè)計(jì)有應(yīng)用價(jià)值。任務(wù)飽滿，做了大量的工作。2創(chuàng) 新10內(nèi)容新穎，題目能反映新技術(shù)，對(duì)前人工作有改進(jìn)或突破，或有獨(dú)特見解3完整性、實(shí)用性10整體構(gòu)思合理，理論依據(jù)充分，設(shè)計(jì)完整，實(shí)用性強(qiáng)4結(jié)果的正確性20仿真結(jié)果正確，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象滿足設(shè)計(jì)要求5規(guī) 范 性10設(shè)計(jì)格式、繪圖、圖紙、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用等符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定6紀(jì) 律 性10