基于VHDL的洗衣机控制器设计

1、.数字系统设计与硬件描述语言期末考试作业题目：洗衣机控制器的设计学院：电子信息工程学院专业：物联网工程学号：3014204328姓名：刘涵凯2016-12-10.一、选题设计描述1. 功能介绍洗衣机控制器，能够实现开始与暂停、注水，洗涤、排水、脱水和警报提醒的功能，并且可以随时更改洗衣模式。洗衣机提供两种模式：模式1：注水 - 洗涤 -排水-注水 - 洗涤 -排水 -脱水；模式2：脱水。洗衣模式决定洗衣时间。默认模式为模式2。洗衣机界面如下图所示：运转方式如下图所示：.2. 算法简介总程序描述： 总程序通过调用5 种模块，在洗衣机控制器输入变化时，立刻转换模式并产生对应输出。当开关关闭时，所有

2、输出为 0；暂停时，除显示开关状态的输出外，所有输出为 0。开关开启后，设置洗衣模式，之后按下“开始”即可开始工作。在洗衣机控制器输入变化时，立刻转换模式并产生对应输出。电子元器件模型如下图所示：switch 为开关信号， modelselect为开关选择信号， clkin 为系统时序脉冲信号， sorp 为开始 /暂停信号。waterstate为注水程序的工作状态， washrstate为洗涤程序的工作状态， drainstate为排水程序的工作状态， drystate 为脱水程序的工作状态。alarmout 为警报提醒的状态。switchstate 为数码管显示的开关的状态（ 0/1），

3、spstate为数码管显示的开始 /暂停的状态 (0/1)， state 为数码管显示的洗衣机工作状态 (04)，currentmodel 为数码管显示的当前模式 (02)， timedecade为数码管显示的剩余时间的十位， timeunit 为数码管显示的剩余时间的个位。下面介绍各模块功能与算法：1）开关与模式选择模块.a 接收开关信息， b 接收模式选择信息。c 输出总电路的开关信息（开启洗衣机并且设置完毕电路后，即可准备工作，等待“开始”信号）。e 为开关信息，将输入到数码管中显示。time1 与 time2 分别代表洗衣时间的十位和个位，将输入到计数器与警报模块中。y 为模式信息，将

4、输入到码管中显示。2）开始 /暂停模块a 接收开关信息， b 接收开始 /暂停信息， clk 接收系统时序脉冲信号。startorpause输出受开始 /暂停信息调控的系统时序脉冲信号。y 为开始 /暂停信息，将输入到码管中显示。3）计数器与警报模块.clk 接收受开始 /暂停信息调控的系统时序脉冲信号， a 接收开关信息，time1 和 time2 分别接收洗衣时间的十位和个位。alarm 输出警报信息；outtime1 和 outtime2 分别为剩余时间的十位和个位， 将输入到数码管中显示， 同时将输入到控制模块中。在脉冲信号的控制下，剩余时间逐渐减少，当剩余时间为 0 时，停止减小，并

5、开启警报。4）控制模块a 接收开关信息， b 接收开始 /暂停信息， time1 和 time2 分别接收剩余时间的十位和个位。water、wash、 drain、 dry 分别输出注水、洗涤、排水、脱水的控制信息。act 为模块内部使用的BUFFER 量。控制模块根据剩余时间的多少决定工作状态。如：剩余时间为 16-30 分钟时洗涤， 31-35 分钟时注水。则剩余时间 33 分钟时， water 为 1，其他控制信息为 0；剩余时间 21 分钟时， wash 为 1，其他控制信息为 0。5）译码器与数码管显示模块b 接收开关信息， a 接收 4 位二进制数据。q 在数码管上显示字形。.二、

6、程序源代码及说明程序代码由主程序及5 个模块代码组成1）主程序LIBRARY IEEE ;ENTITY xyj ISPORT(switch,modelselect,clkin,sorp:INSTD_LOGIC;-电源开关、模式选择、时钟、开始/暂停按键状态的输入waterstate,washstate,drainstate,drystate,alarmout:OUTSTD_LOGIC;-注水程序、洗涤程序、排水程序、脱水程序、警报状态的输出switchstate,spstate,state,currentmodel,timedecade,timeunit:OUTSTD_LOGIC_VECTOR

7、(6 DOWNTO 0);-工作状态、工作模式、剩余时间的输出END ENTITY xyj;ARCHITECTURE behave OF xyj ISCOMPONENT model-调用开关与模式选择模块PORT(a,b: IN STD_LOGIC;c: OUT STD_LOGIC;e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT model;COMPONENT count -调用计数器与警报模块 PORT(clk,a: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTO

8、R(3 DOWNTO 0);alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT count;.COMPONENT BCD7-调用译码器与数码管显示模块PORT(b: IN STD_LOGIC;a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) );END COMPONENT BCD7;COMPONENT startpause -调用开始 /暂停模块 PORT(a,b,clk: IN ST

9、D_LOGIC;startorpause: OUT STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT startpause;COMPONENT control -调用控制模块 PORT(a,b: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC;act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT control;SIGNA

10、Lsig1,sig2,sigBCD7_1,sigBCD7_2,sigBCD7_3,sigBCD7_4,sigBCD7_5,sigBCD7_6:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL aout,bout:STD_LOGIC;BEGINU1:modelPORTMAP(a=>switch,b=>modelselect,c=>aout,y=>sigBCD7_1,time1=>sig1,time2=>sig2,e=>sigBCD7_5);U2:startpausePORTMAP(a=>aout,b=>sorp,clk=

11、>clkin,startorpause=>bout,e=>sigBCD7_6);U3:controlPORTMAP(a=>aout,b=>sorp,time1=>sigBCD7_2,time2=>sigBCD7_3,water=>waterstate,wash=>washstate,drain=>drainstate,dry=>drystate,act=>sigBCD7_4);U4:countPORTMAP(a=>aout,clk=>bout,time1=>sig1,time2=>sig2,alar

12、m=>alarmout,outtime1=>sigBCD7_2,outtime2=>sigBCD7_3);U5: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_1,q=>currentmodel);U6: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_2,q=>timedecade);U7: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_3,q=>timeunit);U8: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_4,q=>st

13、ate);U9: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_5,q=>switchstate);U10: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_6,q=>spstate);END ARCHITECTURE behave;2）开关与模式选择模块LIBRARY IEEE ;ENTITY model IS-开关与模式选择模块.PORT(a,b: IN STD_LOGIC;-定义开关和模式选择按键的输入c: OUT STD_LOGIC;-洗衣机工作开关的输出e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_

14、VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); - 定义所需时间 /min， time1 为十位， time2 为各位END ENTITY model;ARCHITECTURE behave OF model ISBEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a='1')THEN-开关开启时执行CASE b ISWHEN '1' => y<="0001"time1<="0110"time2<="0000" - 模式 1：60 分钟WHEN '0' => y

15、<="0010"time1<="0001"time2<="0000" - 模式 2：10 分钟END CASE;c<='1'e<="0001"-开关开启且模式选择完毕，开始工作ELSE y<="0000"time1<="0000"time2<="0000"c<='0'e<="0000"-开关关闭时不工作END IF;END PROCESS;END

16、 ARCHITECTURE behave;3）开始 /暂停模块LIBRARY IEEE ;ENTITY startpause IS-开始 /暂停模块PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC;startorpause: OUT STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END ENTITY startpause;ARCHITECTURE behave OF startpause IS BEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a='1')THENCASE b ISWHEN '1' =&g

17、t; startorpause<=clk;e<="0001"WHEN '0' => startorpause<='0'e<="0000"END CASE;ELSIF(a='0')THENstartorpause<='0'e<="0000"END IF;END PROCESS;.END ARCHITECTURE behave;4）计数器与警报模块LIBRARY IEEE ;ENTITY count IS -计数器与警报模块 PORT

18、(clk,a: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY count;ARCHITECTURE behave OF count ISSIGNAL intime11 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):="0000"SIGNAL intime22 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=&

19、quot;0000"SIGNAL intime3 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):="01" -intime3 与 intime4 联系，实现变量的合理赋值SIGNAL intime4 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):="00"BEGINPROCESS(time1)-此段的作用为当模式更改时，令变量重新赋值BEGINIF(time1/="0110")THENintime3<="10"ELSIF(time1/="0001"

20、)THENintime3<="11"ELSE intime3<="01"END IF;intime11<=time1;intime22<=time2;END PROCESS;PROCESS(clk,intime3,intime4)VARIABLE intime1,intime2 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINIF(clk'EVENT AND clk='1')THENIF(a='1')THENIF(intime3/=intime4)THEN -第一个

21、PROCESS运行时，变量被重新赋值 intime4<=intime3;intime1:=intime11;intime2:=intime22;END IF;IF(intime2/="0000")THENintime2:=intime2-'1'alarm<='0'ELSIF(intime1/="0000")THEN.intime2:="1001"intime1:=intime1-'1'alarm<='0'ELSE alarm<='1'

22、;END IF;outtime1<=intime1;outtime2<=intime2;END IF;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;5）控制模块LIBRARY IEEE ;ENTITY control IS-控制模块PORT(a,b: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC;act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY co

23、ntrol;ARCHITECTURE behave OF control ISBEGINPROCESS(time1,time2)BEGINIF(a='1')THENIF(b='1')THENIF(time1&time2>"01010101")THENact<="0001"-注水ELSIF(time1&time2>"01000000")THENact<="0010"-洗涤ELSIF(time1&time2>"0011010

24、1")THENact<="0011"-排水ELSIF(time1&time2>"00110000")THENact<="0001"-注水ELSIF(time1&time2>"00010101")THENact<="0010"-洗涤ELSIF(time1&time2>"00010000")THENact<="0011"-排水ELSIF(time1&time2>"

25、;00000000")THENact<="0100"-脱水ELSE act<="0000"END IF;.ELSE act<="0000"END IF;ELSE act<="0000"END IF;CASE act ISWHEN "0001" => water<='1'wash<='0'drain<='0'dry<='0' WHEN "0010" =

26、> water<='0'wash<='1'drain<='0'dry<='0'WHEN "0011" => water<='0'wash<='0'drain<='1'dry<='0' WHEN "0100" => water<='0'wash<='0'drain<='0'dry<='1

27、'WHEN OTHERS => water<='0'wash<='0'drain<='0'dry<='0'END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;6）译码器与数码管显示模块LIBRARY IEEE;ENTITY BCD7 IS-译码器与数码管显示模块PORT(b: IN STD_LOGIC;a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-数据输入q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) );-7

28、段输出END BCD7;ARCHITECTURE behav OF BCD7 ISBEGINPROCESS (a)BEGINIF(b='1')THENCASE a(3 DOWNTO 0) IS- BCD 7 段译码表WHEN "0000" => q<="1111110"WHEN "0001" => q<="0110000"WHEN "0010" => q<="1101101"WHEN "0011" =&g

29、t; q<="1111001"WHEN "0100" => q<="0110011"WHEN "0101" => q<="1011011"WHEN "0110" => q<="1011111"WHEN "0111" => q<="1110000"WHEN "1000" => q<="1111111"WHEN "1001" => q<="1111011"WHEN OTHERS => q<="0000000"END CASE;ELSE q<="1111110"END IF;END PROCESS;END behav;三、仿真结果及分析首先对每个模块进行仿真：.1）开关与模式选择模块1、 仿真结果表明，只有a 为 1 时，输出变化。但a 为 1 的一瞬间便已有了模式，这不符合洗衣机的操作流程，所以在之后的模块中写入了控制其输出变化的程序。2、 仿真考虑多种情况，如