EDA课程设计洗衣机控制器

1、东北石油大学课程设计课 程 EDA 技术课程设计 题 目洗衣机控制器院 系电子科学学院专业班级电子信息工程学生姓名学生学号指导教师2014 年 3 月 7 日东北石油大学课程设计任务书课程 EDA 技术课程设计题目 洗衣机控制器专业 电子信息工程 学号主要容、基本要求、主要参考资料等20秒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

2、暂停10秒 反转 20秒停 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 松著.EDA技术实用教程 （第二版 ）. ：科学 ,2005.2 康华光主编 . 电子技术基础 模拟部分 . ：高教 ,2006.3 阎石主编 .数字电子技术基础 . ：高教 ,2003.完成期限 2014.3.7指导教师专业负责人2014年 3 月3日一、设计思

3、想1. 基本原理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

4、 底层模块。2. 设计框图图 1 设计框图用两位数码管预置洗涤时间 （分钟数 ），洗涤过程在送入预置时间后开始运 转，洗涤中按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，用LED 表示电动机的正、反转，如果定时时间到，则停机并发出音响信号。二、设计步骤和调试过程1、模块设计和相应模块代码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。（1）预设时间和编码电路：本模块将输入的四位时间信号编码成八位二进制数 输出到减法计数器电路。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logi

5、c_unsigned.all;entity settime is port (load:in std_logic;time_input:in std_logic_vector(3 downto 0);time_set:out std_logic_vector(7 downto 0) );end settime;architecture settime of settime issignal p1:std_logic_vector(7 downto 0); beginprocess(load)beginif(load'event and load='1') thencas

6、e time_input iswhen "0000"=>p1<="00000000"when "0001"=>p1<="00000001"when "0010"=>p1<="00000010"when "0011"=>p1<="00000011"when "0100"=>p1<="00000100"when "0101"

7、;=>p1<="00000101"when "0110"=>p1<="00000110"when "0111"=>p1<="00000111"when "1000"=>p1<="00001000"when "1001"=>p1<="00001001"when others=>p1<="00000000"end case;end

8、 if;end processtime_set<=p1;end settime;图 2 预设时间和编码仿真用 K1、K2、K3、K4 给 time_input 输入一个二进制数 0111，让 load 有效，输出 time_set 为 00000111。（2）减法计数器模块 ： 由于洗衣机有工作时间，必须要一模块来控制它的工作 时间围，当洗衣机开始工作后，减法计数器即会实现减数功能，直到时间减到 零，洗衣机便停止工作。当出现系统运行结束信号 time_over 时, 蜂鸣器报警洗 衣机工作结束。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ie

9、ee.std_logic_unsigned.all;entity counter isportclk,start:in std_logic;time_set:in std_logic_vector(7 downto 0);time_remain:buffer std_logic_vector(7 downto 0);time_over:buffer std_logic);end counter;architecture counter of counter isbeginvariable time_second:integer range 0 to 59 :=59;beginif(clk

10、9;event and clk='1')thenif(start='0')thenif(time_remain(7 downto 0)=0)then time_remain<=time_set;elsetime_remain(7 downto 4)<=time_remain(3 downto 0);time_remain(3 downto 0)<=time_set(3 downto0);end if;time_second:=59; time_over<='1'elseif(time_over='1')th

11、enif(time_second=0 and time_remain(7 downto0)=0)thentime_over<='0'elseif(time_second=0)thenif(time_remain(3 downto 0)=0)thentime_remain(7 downto 4)<=time_remain(7 downto 4)-1;time_remain(3 downto 0)<="1001"time_second:=59;elsetime_remain(7 downto 4)<=time_remain(7 downt

12、o 4);time_remain(3 downto 0)<=time_remain(3 downto 0)-1;time_second:=59;end if;elsetime_second:=time_second-1;end if;end if;end if;end if;end if;end counter;图 3 减法计数器模块源仿真(3) 数码管显示模块：根据课程设计要求，必须将洗衣机的工作状态及工 作时间在数码管和指示灯上显示出来，此模块是用来控制洗衣机的工作状态及 工作的频率， 并把工作状态及工作时间显示出来。 a,b,c,d,e,f,g 分别对应数码 管的七段， minut

13、e 和 second 分别位选两个数码管，显示十位和个位。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity showtime isport (time_remain:in std_logic_vector(7 downto 0);clk:in std_logic;minute,second:out std_logic;a,b,c,d,e,f,g:out std_logic);end showtime;architecture showtime of showtime issignal

14、 temp:std_logic_vector(6 downto 0);signal bcd:std_logic_vector(3 downto 0);signal choose:std_logic;begin process(clk) beginif(clk'event and clk='1')thenchoose<=not choose; if(choose='1') then minute<='0'second<='1' bcd<= time_remain(7 downto 4); elsemi

15、nute<='1'second<='0' bcd<= time_remain(3 downto 0); end if;end if;end process;begincase bcd is when "0000"=>temp<="1111110"when "0001"=>temp<="0110000"when "0010"=>temp<="1101101"when "0011&qu

16、ot;=>temp<="1111001"when "0100"=>temp<="0110011"when "0101"=>temp<="1011011"when "0110"=>temp<="1011111"when "0111"=>temp<="1110000"when "1000"=>temp<="1111111

17、"when "1001"=>temp<="1111011"when others=>temp<="1111011"e<=temp(2) ；end case;a<=temp(6) ； b<=temp(5) ； c<=temp(4) ； d<=temp(3) ；f<=temp(1) ； g<=temp(0)end processend showtime图 4 数码管模块仿真4)时序电路模块：接收运行起止信号，安排电机运行状态并编码输出 library ieee;u

18、se ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity analyse isport (clk,start,time_over:in std_logic;out_1,out_2:out std_logic );end analyse;architecture analyse of analyse isbeginprocess(clk)variable state:std_logic;variable wash_time:integer:=0;variable wait_time:integer:=0;beginif(

19、clk'event and clk='1')thenif(start='0')thenwash_time:=0;wait_time:=0;state:='0' out_1<='0'out_2<='0'elseif(time_over='1')thenif(wash_time=20)then if(wait_time=10)thenwash_time:=0;state:=not state;elsewait_time:=wait_time+1;end if;else wash_ti

20、me:=wash_time+1; wait_time:=0;end if;end if;if (wash_time=20)then out_1<='0'out_2<='0'elseif(state='0')thenout_1<='1'out_2<='0'elseout_1<='0'out_2<='1'end if;end if;end if;end if;end process; end analyse;图 5 时序电路模块仿真：(5)译码器模块：

21、接收电机运行状态信号，译码后实时控制电机的正传、 反转和暂停。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity move is port (out_1,out_2:in std_logic;REV,RUN,PAUSE:buffer std_logic );end move;architecture move of move issignal choose:std_logic_vector(1 downto 0);beginchoose(1)<=out_1;choose(0)<=out_2;process(choose)begin cas

22、e choose iswhen "00"=>REV<='0'RUN<='0'PAUSE<='1'when "10"=>REV<='0'RUN<='1'PAUSE<='0'when "01"=>REV<='1'RUN<='0'PAUSE<='0'when others=>REV<='0'RUN&l

23、t;='0'PAUSE<='0'end case;REV<=out_2;RUN<=out_1;PAUSE<=not(out_1 or out_2);end process;end move;图 6 译码器模块仿真：2、仿真及仿真结果分析当预置号时间，启动 start ，数码管显示预置时间，电机开始以正转 =暂停 =反转=暂停为周期进行循环，一个周期正好费时一分钟，一个周期结束，数 码管显示减一，依次循环，直至数码管显示时间为零，洗衣结束。图 7 总体仿真3、实验调试结果电路设计完成以后，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，数码管也显示输入时间并按减数计时产生相应的数字