eda技术课程设计洗衣机控制器.docx
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eda技术课程设计洗衣机控制器
课程EDA技术课程设计
题目洗衣机控制器
专业电子信息工程姓名主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容:
设计一个洗衣机控制器,要求洗衣机有正转、反转、暂停三种状态。
设定洗衣机的工作时间,要洗衣机在工作时间内完成:
定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”,定时到则停止,同时发出提示音。
基本要求:
1、设计一个电子定时器,控制洗衣机作如下运转:
定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”,定时到则停止;
2、若定时到,则停机发出音响信号;
3、用两个数码管显示洗涤的预置时间(分钟数),按倒计时方式对洗涤过程作计时显示,直到时间到停机;洗涤过程由“开始”信号开始;
4、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。
主要参考资料:
[1]潘松著.EDA技术实用教程(第二版).北京:
科学出版社,2005.
[2]康华光主编.电子技术基础模拟部分.北京:
高教出版社,2006.
[3]阎石主编.数字电子技术基础.北京:
高教出版社,2003.
完成期限2011.3.11
指导教师
专业负责人
2011年3月7日
一、总体设计思想
1.基本原理
从课程设计要求来看,要求实现电机的正传、反转、暂停,需要用LED灯的状态来表示,当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒,如此一来,周期恰好是60秒。
洗衣机控制器的设计主要是定时器的设计。
由一片FPGA和外围电路构成了电器控制部分。
FPGA接收键盘的控制命令,控制洗衣机的进水、排水、水位和洗衣机的工作状态、并控制显示工作状态以及设定直流电机速度、正反转控制、制动控制、起停控制和运动状态控制。
对芯片的编程采用模块化的VHDL(硬件描述语言)进行设计,设计分为三层实现,顶层实现整个芯片的功能。
顶层和中间层多数是由VHDL的元件例化语句实现。
中间层由无刷直流电机控制、运行模式选择、洗涤模式选择、定时器、显示控制、键盘扫描、水位控制以及对直流电机控制板进行速度设定、正反转控制、启停控制等模块组成,它们分别调用底层模块。
从秒脉冲出来的信号,经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数,进行清零,这时用户置入洗涤时间,并按开始按钮,洗衣机开始工作。
当秒计数器变为零的时候,去分钟计数器上面借数;与此同时,从十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后,LED灯表示出电机运转状态;当用户设定的洗涤时间结束后,电路报警并清零;同时电机指示灯熄灭。
2.设计框图
首先开始启动,按照指令要求先正转20秒,然后暂停10秒,接着反转20秒,暂停10秒,如果定时时间没有达到依次进行以上操作。
倘若定时时间达到就停止以上操作,停止运行。
定时时间未到
二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
洗衣机控制器电路主要有五大部分组成,包括:
减法计数器、时序控制电路、预置时间和编码电路、数码管显示、译码器组成。
2、模块设计和相应模块程序
⑴数码管显示
实现数码管显示
Libraryiee;
Useieee.std_logic_1164.all;
Entityencodeis
Port(
Bcd:
instd_logic_vector(3downtoo);
A,b,c,d,e,f,g:
outstd_logic
);
Endencode;
Architecturertlofencodeis
Signaltemp:
std_logic_vector(6downto0);
Begin
Table
Bcd=>temp;
"0000"=>"1111110";
"0001"=>"0110000"
"0010"=>"1101101"
"0011"=>"1111001"
"0100"=>"0110011"
"0101"=>"1011011"
"0110"=>"1011111"
"0111"=>"1110000"
"1000"=>"1111111"
"1001"=>"1111011"
Endtable;
a<=temp(6);b<=temp(5);c<=temp(4);d<=temp(3);e<=temp
(2);f<=temp
(1);
g<=temp(0);
endrtl;
⑵时序电路
Libraryieee;
Useieee.std_logic_1164.all;
Useieee.std_logic_unsigned.all
Entityshixuis
Port(cp,en,rd:
instd_logic;
Q1,q2:
outstd_logic);
Endshixu;
Architecturertlofshixuis
Begin
Process(cp)
Variablewash_time:
integerrange0to19;
Variablewash_time:
integerrange0to9;
Variablestate:
std_logic;
Variablewash_time:
integer:
=21;
Variablewash_time:
integer:
=9;
Begin
If(en=’0’)wash_time:
=’19’;wait_time:
=’9’;state:
=’0’;
Endif;if(en=’0’)thenwash_time:
=21;Q1<=’0’;Q2<=’0’;
Elseif(cp’eventandcp=’1’)
Thenif(rd=’1’)thenif(wash_time>0)
Thenwash_time:
=20;state:
=notstate;
Endif;endif;endif;
If(wash_time=0)thenQ1<=’0’;Q2<=’0’;elseif(state=’0’)
ThenQ1<=’1’;Q2<=’0’;elseQ1<=’0’;Q2<=’1’;
Endif;endif;
ElseQ1<=’0’;Q2,=’0’;
Endif;
Endif;
Endif;
Endprocess;
Endrtl;
⑶预置时间和编码电路
Libraryieee;
Useieee.std_logic_1164.all;
Useieee.std_logic_unsigned;all;
Entitycounteris
Port(clk,start:
instd_logic;
k:
inSTD_LOGIC_VECTOR(7downto0);
time_remain:
BUFFERSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);
time_is_up:
outstd_logic);
endcounter;
architecturertlofcounteris
begin
process(clk)
variabletime_second:
integer:
=60;
variabletime_second:
integer:
=0;
beginif(clk’eventandclk=’1’)
thenif(time_second>0andstart=’1’)
thentime_second:
=time_second-1;
elsetime_second:
=59;endif;
if(start=’0’)
thentime_remain<=k;time_second:
=60;
time_second:
=0;else
if(time_second=0)
thenif(time_remain(3downto0)>0)
thentime_remain(3downto0)<=time_remain(3downto0)-start;
time_remain(3downto0)<=time_remain(3downto0)-1;time_second:
=59;
elseif(time_remain(7downto4)>0)
thentime_remain(7downto4)<=time_remain(7downto4)-start;
time_remain(7downto4)<=time_remain(7downto4)-1;
time_remain(3downto0)<="1001";time_second:
=59;endif;endif;
elseif(time_second=0andtime_second=1)
if(time_remain=0)thentime_is_up<=’0’;elsetime_is_up<=’1’;
time_second:
=time_second-1;endif;endif;endif;
endif;endprocess;endrtl;
⑷译码器
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
entitydecoderis
port(Q1,Q2:
instd_logic;
REV,RUN,PAUSE:
outstd_logic);enddecoder;
architecturertlofdecoderis
signalchoose:
std_logic_vector(1downto0);
begin
choose
(1)<=q1;choose(0)<=q2;
process(choose)
begin
casechooseis
when"00"=>REV<='0';RUN<='0';PAUSE<='1';
when"10"=>REV<='0';RUN<='1';PAUSE<='0';
when"01"=>REV<='1';RUN<='0';PAUSE<='0';
whenothers=>REV<='0';RUN<='0';PAUSE<='0';
endcase;
endprocess;
REV<=Q2;RUN<=Q1;PAUSE<=not(Q1ORQ2);
endrtl;
3、仿真及仿真结果分析
仿真信号图如下:
仿真图
4、实验调试结果
洗衣机接通电源,按load设置洗涤时间按start、rd置为高电平洗衣机开始工作,当时钟第一个上升沿到达时run(正转功能)为高电平维持20s以后变为低电平而pause(暂停功能)随着时钟上升沿的到来变为高电平维持10s变为低电平,然后rev(反转功能)开始随着时钟上升沿的到来变为高电平工作维持20s后变为低电平,再停止pause置高,接下来电路一直重复上述工作,知道定时器计数结束。
电路设计完成以后,按照预定设计,输入相应数据,三只LED灯按照设定时间规律间断性亮起,表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。
数码管也显示输入时间并按减数计时产生相应的数字显示,直到到达预定时间停止工作显示零,实验设计达到预期效果。
三、结论及心得体会
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正地更好去理解知识,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟是我第一次做有关于EDA方面的设计,难免会遇到过各种各样的问题,首先是程序编写上有很多难点,其次是软件的使用以及仿真是存在的操作失误等等,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变。
让我能够对以前学过的知识进行一遍复习并且更深一步的了解。
参考资料
[1]潘松著.EDA技术实用教程(第二版).北京:
科学出版社,2005.
[2]章彬宏.EDA应用技术.北京:
北京理工大学出版社,2006
[3]罗中华杨戈.EDA与可编程实验教程.重庆:
重庆大学出版社,2005
[4]刘艳萍李志军高振斌EDA实用技术及应用.北京:
国防工业出版社.2005
[5]周立功EDA实验与实践.沈阳