智能洗衣機控制器設(shè)計Verilog編程

1、智能洗衣機控制器設(shè)計報告鑫鑫出品2010-3-18目錄一. 設(shè)計背景 2二. 功能簡介基本功能2擴展功能3三. 模塊設(shè)計及端口設(shè)置主模塊main 3工作模式設(shè)定模塊mode 4進水量設(shè)定模塊 Water_t 4無供水信號產(chǎn)生模塊 waterless 5危險信號產(chǎn)生模塊Un safe 5洗衣過程控制模塊wash 6報警模塊alart 7LED燈狀態(tài)模塊LEDs 7模塊級連線圖8四. 電路工作原理9以s的值為主要狀態(tài)標志的基本工作流程圖 10五. Verilog 源程序及注釋 11六. 小結(jié) 18一. 設(shè)計背景。如今,帶有微型控制芯片的家用電器迅速普及。通過用戶簡單的 設(shè)定,這些智能家電能自動完成

2、家務(wù)，并向用戶及時提供反饋信息。這 極方便了人們的生活。智能洗衣機是智能家電的代表。用戶只需按幾個鍵，智能洗衣機就 能自動完成注水、洗衣、排水、甩干等一系列工作 ，并在發(fā)生事故時 給予用戶報警并作出正確反應(yīng)，極大減輕用戶的洗衣負擔，同時保障 用戶安全?；谝陨瞎δ芤螅救诉M行了智能洗衣機控制器的設(shè)計， 并作出此設(shè)計報告。二. 功能簡介?；竟δ埽篴. 可選5種洗衣模式，列舉如下1>強力洗衣模式：工作程序為，注水-> 洗衣-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干。其中

3、洗衣為30分鐘；2>普通洗衣模式：工作程序為，注水-> 洗衣-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干。其中洗衣為20分鐘；3>強力洗衣模式：工作程序為，注水-> 洗衣-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干。其中洗衣為10分鐘；4>漂洗模式：工作程序為，注水-> 漂洗-> 排水-> 甩干->注水-> 漂洗-

4、> 排水-> 甩干。5>甩干模式：工作程序為，甩干。以上五種模式中，進水時間為1-3分鐘，漂洗為5分鐘，排水2分鐘,甩干3分鐘。b. 顯示洗衣完成所需時間。c. 用不同LED燈顯示洗衣機當前的工作狀態(tài)（注水、洗衣、排水、 甩干）。d. 元成洗衣任務(wù)時蜂鳴3聲提示。 擴展功能：a. 進水量可調(diào)。根據(jù)衣物的多少，進水時間有1分鐘、2分鐘、3 分鐘三個檔位，并用一個數(shù)碼管顯示所設(shè)時間。b. 進水時無水報警。蜂鳴器發(fā)出2秒的報警聲，并中止洗衣工作。 供水正常后恢復工作。c. 甩干時洗衣機蓋被打開則報警。2秒報警聲，同時中止甩干操 作。重新蓋上蓋子后恢復工作。d. 有按鍵音。e. 設(shè)有

5、暫停/繼續(xù)鍵。可隨時按下暫停洗衣機的工作。再次按 下則繼續(xù)工作。f. 用兩個LED燈標志給電機的控制信號。在洗衣或漂洗時交替 閃亮，象征電機順時針/逆時針轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)換。g. 用數(shù)碼管顯示當前工作狀態(tài)（注水、洗衣、排水、甩干）所 剩時間。三. 模塊設(shè)計及端口設(shè)置。為完成預定功能，設(shè)置1個主模塊,7個子模塊；使用2個時 鐘信號端口 ,6個按鍵,6個數(shù)碼管和7個LED主模塊main：調(diào)用其他模塊，共同完成預定功能CP匚rtf_lk亦匕呂ter匚A哄 于aisr Set _'hl審旺丘 紡保biarT _fflijJJEIi bHDjIBj-LD用rhirT:D血亦 01D-016016016

6、HD-6輸入端口：CP_1k,CP分別為1kHz和1Hz方波，分別用于 產(chǎn)生蜂鳴信號 和 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及計時的時鐘信號；Start,Pause :開始 鍵和 暫停/繼續(xù) 鍵；Set,Speed :功能設(shè)定，分別用來設(shè)定工作模式和進水量；Open,No_water:警報信號,用來模擬打開洗衣機蓋和供水中斷 事件的發(fā)生。輸出端口：m3:0,v3:0:數(shù)碼管顯示信號，分別指示工作模式和進水量；Timer7:0,Timer_a7:0:數(shù)碼管顯示信號，分別表示當前過程 剩余時間和完成所有工作剩余時間。LED_s,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d 和 LED_l,LED_r :LED驅(qū)動

7、信號,分別指示 正在工作、進水、出水、洗衣、 甩干和電機的順時針、逆時針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。a:蜂鳴信號。用于 報警、提示 有鍵按下 和 洗衣完成。工作模式設(shè)定模塊mode:設(shè)定工作模式。INTERFACEnSeta3:0 r 7譏 3:0mode輸入端口：Set :設(shè)定工作模式模式的按鍵；輸出端口： m3:0:所設(shè)定的模式,BCD碼,可取1到5的整數(shù)；進水量設(shè)定模塊Water_t:設(shè)定進水量。NTERFACESpeed 二）Speedv L3:0 | v 3 ： 0Vialer_t輸入端口：Speed :設(shè)定進水量，按鍵；輸出端口：V3:0:所設(shè)定的進水時間,BCD碼，可取取1到3的整數(shù)；無供水信號產(chǎn)

8、生模塊 waterless :產(chǎn)生無水報警信號。INTERFACE'RTLNowater Q n nl 時 tert1 wat erotitwaterless輸入端口：No_water:供水中斷/恢復信號，按鍵；輸出端口：water_out:供水情況指示量，值為1表示無供水,0表示供水正常；危險信號產(chǎn)生模塊Un safe:產(chǎn)生危險報警信號。ITTERFACERTLOpntipeiidanger dangerUnsafe輸入端口：Open洗衣機蓋開/合信號,按鍵；輸出端口：danger:洗衣機蓋狀態(tài)指示量，值為1表示打開,0表示關(guān)閉；洗衣過程控制模塊wash：控制洗衣過程的轉(zhuǎn)換i3：0l

9、Dv3:0i 匚CPstt11DDDtcL：-wa.ler_ jut.匚i：Fc2:DTfinishJanrpliner 7-DJvash匚；tiwer7:01 匚）timer_a7:0輸入端口：CP : 1Hz時鐘信號，來自時鐘信號發(fā)生器；Start :開始工作命令信號，按鍵；m工作模式，來自模塊modev :進水時間，來自模塊Water_t ；water_out :供水情況,來自模塊 waterless ；dan ger :危險狀態(tài)，來自模塊Un safe；tp :暫停/繼續(xù)的命令信號；輸出端口：p :運行/暫停工作狀態(tài)量,1表示正在運行,0表示暫停； finish :工作結(jié)束狀態(tài)量，由0

10、變?yōu)?表示工作結(jié)束；timer7:0:當前工作過程剩余時間，向上傳給main中的Timer ； timer_a7:0:完成全部工作剩余時間，傳給main中的Timer_a； s2:0:工作狀態(tài)指示量，從0到5分別指示 進水、洗衣、出水、甩干和完成信號有效；c2:0:取1到4,表示當前工作是第幾輪；報警模塊alart ：產(chǎn)生報警蜂鳴信號。INTERFACE KR.TLtp輸入端口：CP_1k : 1kHz方波信號,用于產(chǎn)生蜂鳴信號，來自信號發(fā)生器；CP 1Hz方波信號，用于產(chǎn)生間斷的蜂鳴信號，來自信號發(fā)生器；Start,Set,Pause ,Speed:按鍵音有效信號。另外 Pause還用于突發(fā)

11、情況時人為控制暫停/繼續(xù)的控制鍵；No_water,water_out,Open,danger :控制報警音開始/結(jié)束的信號 來自模塊 waterless 禾口 Un safe；finish :完成工作后提示音有效信號，來自模塊wash;輸入端口：a :報警音驅(qū)動信號tp :暫停/繼續(xù)信號。tp=1時暫停,tp=0時繼續(xù)。LED燈狀態(tài)模塊LEDs控制LED的亮滅。cpC>12:02：o r>LED_dGFLSD :LED_rC L 乙.D.JrLBD_sr 2:）LgL>_RLED._woINTERFACE XRTLOled_jL 'LEDC> LED_i 二

12、LED, C>led .wC>LED.iyLED wo輸入端口：s,c:洗衣機的工作狀態(tài)指示量，用作那個燈亮的判斷條件，來自模 塊 wash;p：運行/暫停狀態(tài)標志量，用于暫停時的閃亮效果，來自模塊alart ;CP 1Hz方波信號，造成閃亮效果，來自信號發(fā)生器。輸出端口： LED指示燈驅(qū)動信號。LED_w：進水；LED_wo 出水；LED_w 洗衣；LED_d:甩干; LED_s正在運行；LED：電機順時針轉(zhuǎn)；LED_r :逆時針轉(zhuǎn)。用Leonardo綜合出的模塊級連線圖如下:Star:匚"Op電二i nHE恥ihX:_'/are* 匚cp.iiDti mtei

13、_cnr n'ltsrlessDDDe 1 d計Isifettf LIE ftd-irjwD山:dse 01pt：1ii? lrl; D Hr 64? dcartrjMitUEvasliTTLEIi.d r-LEBltz：o LEiJ_r j.L0_ss2;Qj LED.wLED.LECLw7.SC r：ol| nodsU6J 1-I_fv_ D D D D- D Sc Ki n以上子模塊端口具體用途在電工作原理中涉及四. 電路工作原理。下面按電路的使用過程對電路工作原理進行描述。1. 按下Set鍵,在Set上升沿作用下，mode模塊被調(diào)用，執(zhí)行的操 作是工作模式m增加1。其狀態(tài)變化如

14、下：設(shè)定好工作模式后，按Speed鍵設(shè)定進水時間，water_t模塊被 調(diào)用,執(zhí)行的操作是進水時間v增加1。其變化原理與m類似，只是 變化圍是1-3分鐘。2. 設(shè)定完畢，按Start鍵,洗衣過程開始，這時是wash模塊被調(diào) 用,wash模塊中，由狀態(tài)變量c記錄洗衣的輪數(shù)（以進水到甩干為 一輪），狀態(tài)變量s代表當前的工作方式，即s=0為進水,s=1為洗 衣,s=2為排水,s=3為甩干,s=4時進行完成提示音信號的延時，其 狀態(tài)轉(zhuǎn)變流程如下：其中,ok=1是上一任務(wù)完成的標志，模式1,2,3中,c初值為4。輪 回3次后c=1,s由3變?yōu)?,finish 置1有效，完成提示音響（由module al

15、art實現(xiàn)），同時延時計時器啟動，計時完畢后，finish=0,提示音停。 s=4狀態(tài)的工作完成后,ok=0,s保持,直到下次啟動（Start ）再初始 化。以s的值為主要狀態(tài)標志的基本工作流程圖:3. 報警功能，主要由alart模塊實現(xiàn)。按No_water鍵,供水中斷信 號water_out=1有效。如果這時正在進水，則置c_e=1使報警音延時 計時器開始計時，同時c_t=1使報警信號有效，開始發(fā)出報警音。延時 器計時完畢，c_e、c_t復位,報警音關(guān)閉，報警結(jié)束。但進水工作仍處 于中斷狀態(tài)。只有再此按下No_water鍵,表示供水恢復，則繼續(xù)進水。 甩干過程中由Open鍵觸發(fā)的洗衣機蓋被打

16、開的報警原理同上。工作結(jié)束后的提示音由輸入的finish 信號控制。finish 會有3 個CP有效,和CP相與后,產(chǎn)生三聲提示音。暫停功能也有alart模塊參與，按Pause鍵后,tp變化，會導致暫 停有效信號取反，實現(xiàn)暫停/繼續(xù)的功能。4LED等指示狀態(tài)共用到7個LED來代表系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其驅(qū)動信號有效與否由 系統(tǒng)目前的工作狀態(tài)來判斷。其具體代表的狀態(tài)和實現(xiàn)方法已在端口 介紹和源程序注釋中說明，不另贅述。五. Verilog源程序及注釋1. 主模塊ma in：module mai n( CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Ope n,No_water,Timer

17、,Timer_a,m,v,/輸入端口聲明，其中LED_wi,LED_w o, LED_w, LED_d ,L ED_s ,L ED_l,LED_r,a);in put CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Ope n,No_water;CP_1k CP為時鐘信號，其他為按鍵；output LED wi,LED wo,LED w,LED d,LED s,LED l,LED r,a;/LED及蜂鳴信號output3:0m;/工作模式output3:0v;/進水時間output7:0Timer,Timer_a;/剩余時間輸出端口聲明*/wire3:0 m;wire2:0 s,

18、c;wire water_out,da nger,fi ni sh,p,a,tp;mode U1(Set,m3:0);Water_t U2(Speed,v3:0);/調(diào)用模式選擇模塊/調(diào)用進水時間設(shè)定模塊wash U3(CP,Start,m3:0,v3:0,water_out,danger,tp,p,finish,Timer7:0,Timer_a7:0,s2:0,c2:0);/調(diào)用洗衣過程控制模塊waterless U4(No_water,water_out);/ 調(diào)用供水情況感應(yīng)模塊Un safe U5(Ope n,dan ger);/調(diào)用洗衣機蓋狀態(tài)模塊alart U6(CP_1k,CP,

19、Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Ope n,da nger,finish,s2:0,a,tp);/調(diào)用報警信號產(chǎn)生模塊LEDs U7(s2:0,p,c2:0,CP,LED_wi,LED_wo,LED_w ,L ED_d ,L ED_s, LED_l,LED_r);/調(diào)用LED驅(qū)動模塊En dmodule2. 模式選擇模塊modemodule mode(Set,m);in put Set;/設(shè)定鍵Set為輸入output3:0 m;/模式選擇結(jié)果m為輸出reg3:0m;*Set上升沿觸發(fā)下,m由1到5循環(huán)變化*/always(posedge Se

20、t)begi nif(m3:0>=4'b0101|m=0)m3:0=4'b0001;else m3:0=m3:0+4'b0001;end en dmodule3. 進水時間設(shè)定模塊 water_t :module Water_t(Speed,v);in put Speed;/output3:0v;設(shè)定鍵Speed為輸入/進水時間v為輸出reg3:0 v;*Spccd上升沿觸發(fā)下,v由1到3循環(huán)變化*/always(posedge Speed)beg inif(v3:0>=4'b0011|v=0)v3:0=4'b0001; else v=v+4

21、'b0001;end en dmodule4. 洗衣過程控制模塊wash：module wash(CP,Start,m,v,water_out,da nger,tp,p,fi ni sh,timer,timer_a,s,c);in put CP,Start,tp,water_out,da nger;/ 輸入時鐘信號及控制鍵in put 3:0m,v; output7:0 timer,timer_a; output2:0 s,c;output fini sh,p;reg2:0 s,c; reg7:0timer,timer_a;reg ok,d;reg fin ish,p;/輸入設(shè)定的工作

22、模式和進水時間/輸出剩余時間/輸出工作進程標志量/輸出完成信號及暫停有效信號always(posedge CP or posedge Start or posedge tp)begi n/* 按下Start鍵,根據(jù)所選模式給各變量賦初值*/if(Start=1)beg incase(m)4'b0001:begin s2:0=3'b000;timer=v;c=3'b100; timer_a=v+v+v+8'b01100111;if(timer_a3:0>4'b1001)begintimer_a7:0=timer_a7:0+8'b0000011

23、0;e ndend4'b0010:begin s2:0=3'b000;timer=v;c=3'b100; timer_a=v+v+v+8'b01010111;if(timer_a3:0>4'b1001)begintimer_a7:0=timer_a7:0+8'b00000110;e ndend4'b0011:begin s2:0=3'b000;timer=v;c=3'b100; timer_a=v+v+v+8'b01000111;if(timer_a3:0>4'b1001)begintimer_

24、a7:0=timer_a7:0+8'b00000110;e ndend4'b0100:begin s2:0=3'b000;timer=v;c=3'b011; timer_a=v+v+8'b00100111;if(timer_a3:0>4'b1001)begintimer_a7:0=timer_a7:0+8'b00000110;e ndend4'b0101:begin c=3'b010;s2:0=3'b011;timer=8'b00000011; timer_a=8'b00000100;endd

25、efault c=0;endcaseok=0;fini sh=0;d=0;p=1;/使暫停標志量無效endelse if(CP=1) begin/時鐘信號CP觸發(fā)下,洗衣機按既定程序工作/* 一個任務(wù)完成(0K=1, s加1，進入下個任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)*/if(ok=1)begi nif(s2:0=3'b011 &&c2:0>3'b001)begins2:0=3'b000;timer=v;ok=0;endelse if(c=1)begi n s2:0=3'b100;finish=1;/c=1，則以洗過足夠多輪，finish信號有效,經(jīng)過s=4時

26、的延時將在兩CP周期后復位ok=0;timer=0;endelse if(c=0)begi ns2:0=s2:0;ok=0;fini sh=0;timer=0;endelse begin s=s+3'b001;ok=0;e ndend/*本次任務(wù)未完成(OK=0,計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行*/else if(ok=0)begi nif(tp=0)p=1;/收到繼續(xù)信號,暫停標志量無效/*運行時(無警報、暫停)，總剩余時間計時器減計數(shù)*/if(p=1 &&c>1 &&water_out=0&&da nger=O)begi n if(

27、timer_a7:0=8'b00000000)timer_a7:0=0;if(timer_a3:0=0)begi ntimer_a3:0=4'b1001;timer_a7:4=timer_a7:4-4'b001;e ndelse timer_a3:0=timer_a3:0-4'b0001;end/*s=0 時，供水正常、未暫停則按設(shè)定時間進水 */if(s2:0=2'b000&&p=1 &&water_out=0)begi nif(timer3:0=0)begi nok=1;/計數(shù)器計到0，本任務(wù)完成，ok置1，下個CP時

28、令s加1,進入下一任務(wù)if(c2:0=3'b100)beginif(m=4'bOOO1 &&c2:0=3'b100)timer7:0=8'b00110000;else if(m=4'b0010)timer7:0=8'b00100000;else if(m=4'b0011)timer7:0=8'b00010000;endelse if(c2:0=3'b011|c2:0=3'b010)timer7:0=8'b00000101;endelse begin timer3:0=timer3:0-4&#

29、39;b0001;ok=0;endend/*s=1時，未暫停則按設(shè)定時間洗衣*/else if(s2:0=2'b001 &&p=1)beginif(timer7:0=0)beginok=1;/計數(shù)器計到0,本任務(wù)完成，Ok置1下個CP時令s加1,進入下一任務(wù)timer1:0=2'b10;endelse if(timer3:0=0)begi ntimer3:0=4'b1001;timer7:4=timer7:4-4'b0001;ok=0;endelse begin timer3:0=timer3:0-4'b0001;ok=0;endend/

30、*s=2時，未暫停則按設(shè)定時間排水*/else if(s2:0=2'b010&&p=1)beginif(timer1:0=0)beginok=1;/計數(shù)器計到0,本任務(wù)完成，ok置1，下個CP時令s加1,進入下一任務(wù)timer1:0=2'b11;endelse begin timer1:0=timer1:0-2'b01;ok=0;endend/*s=3 時，洗衣機蓋關(guān)閉、未暫停則按設(shè)定時間甩干*/else if(s2:0=3'b011 &&c2:0>3'b001 &&da nger=0&&am

31、p;p=1)begin if(timer1:0=0)beginok=1;/計數(shù)器計到0,本任務(wù)完成，ok置1，下個CP時令s加1,進入下一任務(wù)c=c-3'b001;/甩干完成，則是本輪完成，工作輪數(shù)標志位c減1endelse begin timer1:0=timer1:0-2'b01;ok=0;endend/*s=4 時，計時1秒,完成后在下個時鐘周期finish 復位*/else if(s2:0=3'b100&&c2:0>2'b000)begi nif(d=1)beg inok=1;d=0;c=c-3'b001;endelse b

32、egi n d=1;ok=0;e ndendelse end end end en dmodulebegin timer=timer;p=p;timer_a=timer_a;end/暫停時，計時器保持5.供水情況感應(yīng)模塊Waterless :module waterless(No_water,water_out); in put No_water;output water_out;reg water_out;/設(shè)定鍵No_water為輸入/設(shè)定供水狀態(tài)標志量water_out為輸入always(posedge No_water)begi n if(water_out=0)water_out=1

33、; else water_out=0;end/按鍵No_water,供水標志量變化/由有水變無水/由無水變有水en dmodule6. 洗衣機蓋開合狀態(tài)感應(yīng)模塊module Un safe(Ope n,dan ger);in put Open;output dan ger;reg dan ger;always(posedge Open )beg inif(da nger=1)da nger=0;else dan ger=1;endUnsafe：/設(shè)定鍵Open為輸入/設(shè)定洗衣機蓋狀態(tài)標志量dan ger為輸入/按鍵Open,洗衣機蓋狀態(tài)標志量變化/由合上變打開/由打開變合上/延時完成，ok置1

34、,下個CP時復位 finish，關(guān)掉完成提示音en dmodule7. 報警模塊alart :module alart(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Ope n,dan ger,fini sh,s,a,tp);in put CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Ope n,dan ger,fi nish;in put 2:0s; output a,tp; reg c_e,c_t,tp; reg2:0 count;/輸入時鐘信號及報警音控制信號/輸入當前工作狀態(tài)/輸

35、出報警信號和暫停允許信號always(posedge Pause)begi n if(tp=1)tp=0;else tp=tp+1;/暫停/繼續(xù)鍵Pause上升沿觸發(fā)下， 暫停允許信號改變；endalways(posedge CP or posedge No_water or posedge Open or posedge Start)begi n if(Start)c_e=0;/啟動時，延時計時器使能位c_e復位為0else if(No_water|Ope n)begi nif(water_out=1 &&s2:0=3'b000)|(da nger=1 &&a

36、mp;s2:0=3'b011)c_e=1;/發(fā)生危險事件，使能端c_e置1else c_e=0;endelse if(CP)beginc_e=1，以CP為時鐘信號開始計時if(count2:0=3'b010)begin c_t=0;c_e=0;count2:0=0;endelse if(c_e=1)begin cou nt2:0=cou nt2:0+3'b001;c_t=1;e nd/計時中,計時進行標志位c_t=1else if(c_e=0)co un t=0;endendassig n a=(c_t|CP &fin ish)|(Start|Set|Pause

37、|Speed) &CP_1k;/若警報延時計時器正在計時(c_t=1 )或工作完成提示信號有效 (finish=1 )或有鍵按下(Start、Set、Pause Speed)則發(fā)出相 應(yīng)報警音。en dmodule8. LED驅(qū)動模塊LEDsmodule LEDs(s,p,c,CP,LED_wi,LED_w o, LED_w, LED_d ,L ED_s ,L ED_l,LED_r);in put p,CP;/輸入暫停允許信號p、時鐘信號CPin put 2:0s,c;/輸入工作狀態(tài)標志位S、coutput LED_wi,LED_w o,L ED_w ,L ED_d ,L ED_s ,L ED_l,LED_r;/輸出各LED燈驅(qū)動電平assig n LED_wi=p?(s=3'b000&&c>1):CP&(s=3'b000&&c>0);/進水時，LED_wi燈亮；暫停時閃爍/洗衣時，LED_w燈亮；暫停時閃爍assig n L