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:刘涵凯资料Word2016-12-10一、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、脱水和警报提醒的排水洗涤注水功能，并且可以随时更 改洗衣模式。洗衣机提供两种模式：模式1:脱水。洗衣模式决定洗衣时间。默认模式为模式2。2注水洗涤排水脱水；模式洗衣机界面如下图所示:剩余时间:数码管 显示幵 关状恋数殆管洗衣数数码管 显示蛍n暂停o工作舷0：停止1:注水2隔3;排水4:啊显示幵te/g'显示工作鹹资料Word运转方式如下

2、图所示:幵关与鹹选择樓块I+為码鵜gm、（开始/B停枝、_译码器与数码、（管矗眾块丿I 块 厂飞曾显示模块丿控制模块译聲 管显示模块管S示模块计数器与警报模块译码如 管显示模块算法简介2.总程序描述：种模块,在洗衣机控制器输入变化时，立刻转换模式总程序通过调用5；暂停时，除显示开关状态的输出外，并产生对应输出。当开关关闭时, 所有输出为0。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：资料Wordxyjswitchwaterstatemodelselectwashstateclkindrai

3、nstate&orpdrystale r ? alarm oul -swiUhstate6.O r， spstate6-.£i ， state6_.O ，X * cunrentmoclel6- 0?time(tecade6-.O ， timeunit60，:instS (+ +1 、 sorpcikin为开关选择信号，为系统时序脉冲信号，switch为开关信号,modelselect/暂停信号。为开始drainstate为洗涤程丿了:的工作状态，为注水程序的工作状态，waterstatewashrstate为脱水程序的工作状态。为排水程序的工作状态，drystate alar

4、mout为警报提醒的状态。暂停r /spstate为数码管显示的开始为数码管显示的开关的状态(switchstateO/1)为数码管显currentmodelstate的状态(0/1),为数码管显示的洗衣机工作状态(0-4),为数码管为数码管显示的剩余时间的十位，timedecadetimeunit,示的当前模式（02）显示的剩余时间的 个位。下面介绍各模块功能与算法：资料Wordi modelC :e3_.O timel3_.O I time23_.Oy【30 1）开关与模式选择模块:inst3. ，如,.* * “ / 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

5、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。time1time2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，将输入到码管中显示。:start pauseastartorpausebe3._0'elk:inst4. " “ + + / “ * .* *.,* * * * / * * / * 2）开始/暂停模块a接收开关信息，b接收开始/暂停信息，elk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。资料Word:count

6、elkalarmaouttimei3.0tirne13.Oouttime23.0 time23_.O:inst23）计数器与警报模块；一elk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;outtimel和0uttime2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，并开4）控制模块a接收开关信息,启警报。controlawaterDwashtimei3.Odrain一time23.Odryact3.O;i

7、nstib接收开始/暂停信息，time1和tirne2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。资料Word 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为仁 其他控制信息为6剩 余时间。01,其他控制信息为分钟时，21 wash为5）译码器与数码管显示:BCD7:bq【06a3.O1 inst模块q在数码管上显示字形。b接收开关信息，a接收4位二进制数据。凡 Fb 玖 F* £ F/ F,

8、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 ;资料 worde,time1,time2,y： OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 );USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL :ENTITY xyj ISP ORT(switch,modelselect£lkirbSorp:INSTD_L0GIC;暂停按键状态的输入电源开关.模式选择、时钟、开始/- waterstate,washstate,drainstate,drystate,alarmout: OUT STD_LOGIC;-注水程序、

9、洗涤程序、排水程序.脱水程序、警报状态的输出OUTswitchstate,S pstate,state,currentmodel,timedecade,timeunit:工作状态、工作模式、剩余时间的输STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0)：dl END ENTITY xyj;ARCHITECTURE behave OF xyj IS调用开关与模式选择模块COMPONENT modeltimel4ime2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：PORTa,b: IN STD_LOGIC;c: OUT STD_LOGIC;END COMPONENT

10、model;COMPONENT count-调用计数器与警报模块PORT(clk,a: IN STD丄OGIC;alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：资料WordEND COMPONENT count;COMPONENT BCD7-调用译码器与数码管显示模块act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);PORT(b: IN STD_LOGIC;a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);q : OUT STD_LOGIC_VE

11、CTOR(0 TO 6);END COMPONENT BCD7;COMPONENT startpause调用开始/暂停模块PORT(a,b,cIk: IN STD_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;timel4ime2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：water,wash,drain,dry: OUT STD

12、_LOGIC;END COMPONENT control;SIGNAL sighsig2,sigBCD7_1,sigBCD7_2,sigBCD7_3,sigBCD7_4,sigBCD7_5,sigBCD7 _6:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：SIGNAL aout,bout:STD_LOGIC;BEGIN资料WordU1: model PORTMAP(a=>switch,b=>modelselect,c=>aout,y=>sigBCD7_14ime1=>sig14ime2= >sig2,e=>sigBCD7_5);U2: s

13、tartp ausePORTMAP(a=>aout,b=>sor p,clk=>clki n,startor pause=>bout,e=>sigBCD7_6);U3: controlPORTMAP(a=>aout,b=>sorp4ime1=>sigBCD7_24ime2=>sigBCD7_3,water=>water state,wash=>washstate,drai n=>drai nstate,dry=>drystate,act=>sigBCD7_4);U4: countPORTMAP(a=>ao

14、ut,cik=>bout4ime1=>sigl4ime2=>sig2,alarm=>alarmoutouttime1=>sigBCD7_2,outtime2=>sigBCD7_3);U5: BCD7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_1 ,q=>currentmodel);U6: BCD7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_2,q=>timedecade);U7: BCD7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_3,q=>timeunit);U8: BCD

15、7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_4,q=>state);U9: BCD7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_5,q=>switchstate);U10: BCD7PORT MAPb=>aout,a=>sigBCD7_6,q=>spstate);END ARCHITECTURE behave;2）开关与模式选择模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY model IS开关与模武选择模块资料 worde,time1,time2,y: OUT S

16、TD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); 定义开关和模式选择按键的输入PORT(a,b: IN STD丄OGIC;洗衣机工作开关的输出 C： OUT STD_LOGIC;定义 所需时间/min, time1为十位，time2为各位END ENTITY model;ARCHITECTURE behave OF model ISBEGINP ROCESS（引 b）BEGINIF(a=T)THEN-开关开启时执行CASE b ISWHEN 'V=> y<=模式 1： 60 分钟WHEN '0* => y<=0：time1<=模式 2

17、： 10 分钟END CASE;c<='r：e<=开关开启且模式选择完毕，开始工作ELSE y<=c<='0'：e<= 开关关闭时不工作END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;资料Word3) 开始/暂停模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY start pause IS-开始/暂停模块PORTa,b,cIk: IN STD_LOGIC;startorpause: OUT STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECT

18、OR ( 3 DOWNTO 0 )：END ENTITY startpause;ARCHITECTURE behave OF startpause ISBEGINPROCESS(a,b)BEGINIFa='r)THENCASE b ISWHEN 'V => startorpause<=clk;e<=WHEN 'O' => startorpause<='0'e<=END CASE;ELSIF(a='O')THENstartorp ause<-O'e<=END IF;END PR

19、OCESS;END ARCHITECTURE behave;资料Word4）计数器与警报模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL :ENTITY count IS汁数器与警报模块PORT(clk,a: IN STD_LOGIC;timel4ime2: IN STD_L0GIC_VECT0R(3 DOWNTO 0)：alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_L0GIC_VECT0R(3 DOWNTO 0);END ENTITY cou

20、nt：ARCHITECTURE behave OF count ISSIGNAL intime11 : STD_LOGIC_VECTOR3 DOWNTO 0):=SIGNAL tntime22 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=SIGNAL intimeS : STD_LOGIC_VECTOR1 DOWNTO 0):=; -intimeS tntime4联系，实现变量的合理赋值SIGNAL tntime4 : STD_L0GIC_VECT0R(1 DOWNTO 0):=BEGINPROCESS(timel)-此段的作用为当模式更改时，令变量巫新赋值BEGINint

21、ime3<=：ELSIF(time1/=资料Wordintime3<=ELSE(ntime3<=;END IF;intime22<=time2;END PROCESS;PROCESS(cIkjntime3,intime4)VARIABLE intime1Jntime2 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：BEGINIF(cik'EVENT AND clkM)THENIF(a='r)THENIF(intime3/=intime4)THEN“第一个pROCESS运行时，变量被重新赋 值 intime4<=intime3;tnt

22、ime2:=intime22;END IF;IFintime2/=intime2:=intime2-1'alarm<-0'：ELSIF(intime1/=资料Wordalarm<-0'：ELSE alarm<='r：END IF;outtime1<=intime1;outtime2<=intime2;END IF;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;5）控制模块LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_U

23、NSIGNED.ALL :ENTITY control IS-控制模块PORT(a,b: IN STD_LOGIC;timel4ime2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)：water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC;act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY control;ARCHITECTURE behave OF control ISBEGIN资料WordPROCESS(timel4ime2)BEGINIF(a='r)THENIFb='r)THENact

24、<=IFtime1&time2>10101)THEN-注水ELSIF(time1&time2>00000)THEN-洗涤act<=0;ELSIF(time1 &time2>10101)THENact<=1;一排水ELSIF(time1&time2>10000)THENact<=-注水ELSIF(time1&time2>act<=0;-洗涤ELSIF(time1&time2>act<=1;-排水ELSIF(time1&time2>act<=0;一脱水ELSE

25、 act<=END IF;ELSE act<=END IF;资料WordELSE act<=END IF;CASE act ISWHENWHEN 0 => water<-0wash<='1*;drain<-0dry<='0'WHEN 1 => water<-O'wash<-O'：drain<-r；dry<='O'WHENWHENWHEN 0 => water<-0wash<='0'drain<-0dry<=*1

26、9;WHEN OTHERS => water<='0wash<=-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;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY BCD7 IS译码器与数码管显示模块PORTb: IN STD_LOGIC;a: IN STD_L0GIC_VECT0R(3 DOWNTO 0)：数据输入END BCD7;q : OUT STD_LOGIC

27、_VECTOR(0 TO 6);7段输出ARCHITECTURE behav OF BCD7 ISBEGINPROCESS (a)资料WordBEGINIFb='r)THENCASE a3 DOWNTO 0) IS BCD 7段译码表WHEN 0 => q<=H1101;WHEN 1 => q<=l1001：WHEN 0 => q<= 0011;WHEN 1 => q<=A1011;WHEN 1 => q<=IOOOO;WHEN 0=> q<=A1111;WHEN 1 => q<=l1011; WHEN

28、 0 => q<=l1111：WHEN OTHERS => q<=END CASE;ELSE q<=l1110;END IF;END PROCESS;END behav;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资料WordsaBObBOcBO冷>eBOOOO>timel5 0000>tirriQ?BOOOO>yB 0000640.0 ns800-0 ns960.0 ns NamoV 晋Z0 psps 160-0 ns 320.0 ns 48G.0 ns 0 ps:0000 X0001r 0000：0000OilO ,

29、OOOL X OHO0000； 0000 g - :0000 乂 0001 哭 0010*0001 X 0000的一瞬间便已有了模式，这不为1为1时，输出变化。但a、1仿真结果表明, 只有a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。变化时等，输出皆符合所需。0且b仿真考虑多种悄况，如：、a变换时、a为2暂停模块)开始/20 psJ PS160.0 nsI320.0 ns 480.0 nsVV640.0 nsI800.0 ns1960-0 nsI$:aBO0bBO1占elkBO> eDOOOO洱startoTBONome绅 20 psJ1 IL_n(wm(wm(

30、wm(wvuwvuuinjuwLfuumnjuumnjm(w 3"关ODOl X OQOO XOQMX 0000 :jinjiJinnnnnnfL nRnnnnjinmnnjinjinnjinjmn00010000OOOL控制的脉冲信号。1为时，输出变化，产生受b1、仿真结果表明，只有a变 化时等，输出皆符合所需。0且b为变换时、仿真考虑多种情况，如2aa )计数器与警报模块3资和NomeV 紺 ue ai08eoeoeonoeoooo01：)OOQlOlioMW 飞而0:cwx0140oat.Mt.Mt.outLb 7 outbrr«2% % 纠23OOUOOUOOU o

31、ou tfarmSOSOSO eo eoooo eo6060eoeor_lL_JL_J1f1顾縱«血粼怫渤朋删做驰縱厂威驰紳厂布一:紳裁-wf n n n 一 仃 n nnn.anBUUlnAJVWUTJULTLerL jUMTOWBWJiniwmwin j.JUU juwar°模块运行完全符合所需，输出了正确的剩余时间与alarm ）控制J模块4Vdbew 0 pc'asoAD80，nmei8 0000 B<ne28 0000wawr90Rd弘dOdrain90diy909 act8 0000吓 叫M 询 网卩血初叩M 血",糾皿64叩W加eoo&

32、quot;,财9叫0 2 tipsJ!_1II:航15於031Xoioo： oon X" ow X" oooo X oiw YF555 I I801)耐 忧 lo "X MM X 伽艾 °°G° Yi_r501 炳矽 0010殛X" 801 迓TH 030 X 叭 乂000101011001/暂停及剩余时间变化下控制的仿真。1、对模块在开关.开始0）,洗衣进程停止，开始时，进程继续；、仿真结果表明，暂停时（2b为开始"的进程，输出符合所需。卫、仿真模拟了 “暂停切换模式）译码器与数码管显示模块V9Me«i

33、 pR 林9彤leognsyzotm4M0«5*0” "5-jJtoJ4a cmSjq*IUIH0网0«加屮 Wfim iw.ow MO.OWHl：H001)1 _ ToiTiTT辺鬧厳：dijje'':：“*莎uTuTo资料WordK对模块在开关及输入控制下的输出仿真。、仿真模拟了中途开关关闭与开启状态下数码管输出变化Q 26）主程序r 促Mk*«M«wattJQU««aUA*Mb«4* 'Ifninwiwvrwnvnmvrnwntnwnrmmmvnv.imwTovnimwnwnwnviwMwamwiwnwnvntwnvmw