智能洗衣机控制器设计 Verilog编程

1、 智能洗衣机控制器设计报告 鑫鑫出品 2010-3-18目录一.设计背景2二功能简介基本功能 2扩展功能 3三模块设计及端口设置主模块main 3工作模式设定模块mode 4进水量设定模块Water_t 4无供水信号产生模块waterless 5危险信号产生模块Unsafe 5洗衣过程控制模块wash 6报警模块alart 7LED灯状态模块LEDs 7模块级连线图 8四电路工作原理 9以s的值为主要状态标志的基本工作流程图 10五Verilog源程序及注释11六小结18一.设计背景。 如今,带有微型控制芯片的家用电器迅速普及。通过用户简单的设定,这些智能家电能自动完成家务,并向用户及时提供反

2、馈信息。这极大地方便了人们的生活。 智能洗衣机是智能家电的代表。用户只需按几个键,智能洗衣机就能自动完成注水、洗衣、排水、甩干等一系列工作,并在发生事故时给予用户报警并作出正确反应,极大减轻用户的洗衣负担,同时保障用户安全。基于以上功能要求,本人进行了智能洗衣机控制器的设计,并作出此设计报告。二功能简介。 基本功能：a.可选5种洗衣模式,列举如下 1强力洗衣模式：工作程序为, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣为30分钟； 2普通洗衣模式：工作程序为, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣为2

3、0分钟； 3强力洗衣模式：工作程序为, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣为10分钟； 4漂洗模式：工作程序为, 注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 5甩干模式：工作程序为,甩干。 以上五种模式中，进水时间为1-3分钟,漂洗为5分钟,排水2分钟,甩干3分钟。 b.显示洗衣完成所需时间。 c.用不同LED灯显示洗衣机当前的工作状态（注水、洗衣、排水、甩干）。d.完成洗衣任务时蜂鸣3声提示。 扩展功能：a. 进水量可调。根据衣物的多少,进水时间有1分钟、2分钟、3分钟三个档位,并用一个数码管显示所设时间。b. 进水时无水报警。蜂鸣

4、器发出2秒的报警声,并中止洗衣工作。供水正常后恢复工作。c. 甩干时洗衣机盖被打开则报警。2秒报警声,同时中止甩干操作。重新盖上盖子后恢复工作。d. 有按键音。e. 设有 暂停/继续 键。可随时按下暂停洗衣机的工作。再次按下则继续工作。f. 用两个LED灯标志给电机的控制信号。在洗衣或漂洗时交替闪亮,象征电机顺时针/逆时针转动的转换。g. 用数码管显示当前工作状态（注水、洗衣、排水、甩干）所剩时间。三模块设计及端口设置。 为完成预定功能,设置1个主模块,7个子模块；使用2个时钟信号端口,6个按键,6个数码管和7个LED。 主模块main：调用其他模块，共同完成预定功能。输入端口：CP_1k,C

5、P：分别为1kHz和1Hz方波,分别用于 产生蜂鸣信号 和 系统状态转换及计时的时钟信号； Start,Pause：开始 键和 暂停/继续 键； Set,Speed：功能设定,分别用来设定 工作模式 和 进水量； Open,No_water:警报信号,用来模拟打开洗衣机盖和供水中断事件的发生。输出端口： m3:0,v3:0:数码管显示信号,分别指示工作模式和进水量；Timer7:0,Timer_a7:0：数码管显示信号,分别表示当前过程剩余时间 和 完成所有工作剩余时间。 LED_s,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d和 LED_l,LED_r：LED驱动信号,分别指示 正在工

6、作、进水、出水、洗衣、甩干 和 电机的顺时针、逆时针旋转 状态。a:蜂鸣信号。用于 报警、提示 有键按下 和 洗衣完成。工作模式设定模块mode:设定工作模式。 输入端口： Set：设定工作模式模式的按键； 输出端口： m3:0:所设定的模式,BCD码,可取1到5的整数； 进水量设定模块Water_t:设定进水量。输入端口： Speed：设定进水量,按键；输出端口： V3:0：所设定的进水时间,BCD码,可取取1到3的整数；无供水信号产生模块waterless：产生无水报警信号。输入端口：No_water:供水中断/恢复信号,按键；输出端口： water_out:供水情况指示量,值为1表示无供

7、水,0表示供水正常； 危险信号产生模块Unsafe：产生危险报警信号。输入端口：Open:洗衣机盖开/合信号,按键；输出端口： danger:洗衣机盖状态指示量,值为1表示打开,0表示关闭； 洗衣过程控制模块wash：控制洗衣过程的转换。输入端口： CP：1Hz时钟信号,来自时钟信号发生器；Start：开始工作命令信号,按键；m：工作模式,来自模块mode；v：进水时间,来自模块Water_t；water_out：供水情况,来自模块waterless；danger：危险状态,来自模块Unsafe；tp：暂停/继续的命令信号；输出端口： p：运行/暂停工作状态量,1表示正在运行,0表示暂停； f

8、inish：工作结束状态量,由0变为1表示工作结束；timer7:0：当前工作过程剩余时间,向上传给main中的Timer；timer_a7:0：完成全部工作剩余时间,传给main中的Timer_a；s2:0：工作状态指示量,从0到5分别指示 进水、洗衣、出水、甩干 和 完成信号有效；c2:0:取1到4,表示当前工作是第几轮； 报警模块alart：产生报警蜂鸣信号。输入端口： CP_1k：1kHz方波信号,用于产生蜂鸣信号,来自信号发生器；CP：1Hz方波信号,用于产生间断的蜂鸣信号,来自信号发生器；Start,Set,Pause ,Speed:按键音有效信号。另外Pause还用于突发情况时人

9、为控制暂停/继续的控制键；No_water,water_out,Open,danger：控制报警音开始/结束的信号,来自模块waterless和Unsafe；finish：完成工作后提示音有效信号,来自模块wash；输入端口： a：报警音驱动信号 tp：暂停/继续信号。tp=1时暂停,tp=0时继续。LED灯状态模块LEDs：控制LED的亮灭。输入端口：s,c:洗衣机的工作状态指示量,用作那个灯亮的判断条件,来自模块wash；p:运行/暂停状态标志量,用于暂停时的闪亮效果,来自模块alart；CP：1Hz方波信号, 造成闪亮效果,来自信号发生器。输出端口：LED指示灯驱动信号。LED_wi：进

10、水； LED_wo：出水； LED_w：洗衣； LED_d：甩干； LED_s：正在运行； LED_l：电机顺时针转； LED_r：逆时针转。用Leonardo综合出的模块级连线图如下：以上子模块端口具体用途在电工作原理中涉及。四电路工作原理。 下面按电路的使用过程对电路工作原理进行描述。1. 按下Set键,在Set上升沿作用下,mode模块被调用,执行的操作是工作模式m增加1。其状态变化如下：m=1m=2m=3m=4m=5 设定好工作模式后,按Speed键设定进水时间,water_t模块被调用,执行的操作是进水时间v增加1。其变化原理与m类似,只是变化范围是1-3分钟。 2.设定完毕,按St

11、art键,洗衣过程开始,这时是wash模块被调用,wash模块中,由状态变量c记录洗衣的轮数（以进水到甩干为一轮）,状态变量s代表当前的工作方式,即s=0为进水,s=1为洗衣,s=2为排水,s=3为甩干,s=4时进行完成提示音信号的延时,其状态转变流程如下：s=0s=1s=2=3s=3s=4=5其中,ok=1是上一任务完成的标志,模式1,2,3中,c初值为4。轮回3次后c=1,s由3变为4,finish置1有效,完成提示音响（由module alart实现）,同时延时计时器启动,计时完毕后,finish=0,提示音停。s=4状态的工作完成后,ok=0,s保持,直到下次启动（Start）再初始化

12、。以s的值为主要状态标志的基本工作流程图： 3.报警功能,主要由alart模块实现。按No_water键,供水中断信号water_out=1有效。如果这时正在进水,则置c_e=1使报警音延时计时器开始计时,同时c_t=1使报警信号有效,开始发出报警音。延时器计时完毕,c_e、c_t复位,报警音关闭,报警结束。但进水工作仍处于中断状态。只有再此按下No_water键,表示供水恢复,则继续进水。 甩干过程中由Open键触发的洗衣机盖被打开的报警原理同上。 工作结束后的提示音由输入的finish信号控制。finish会有3个CP有效,和CP相与后,产生三声提示音。 暂停功能也有alart模块参与,按

13、Pause键后,tp变化,会导致暂停有效信号取反,实现暂停/继续的功能。 4.LED等指示状态共用到7个LED来代表系统的工作状态。其驱动信号有效与否由系统目前的工作状态来判断。其具体代表的状态和实现方法已在端口介绍和源程序注释中说明,不另赘述。五Verilog源程序及注释。1.主模块main：module main(CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Open,No_water,Timer,Timer_a,m,v,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a); input CP_1k,CP,Start,Pause,Se

14、t,Speed,Open,No_water; /输入端口声明,其中CP_1k、CP为时钟信号，其他为按键；/*输出端口声明*/ output LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a; /LED及蜂鸣信号 output3:0m; /工作模式 output3:0v; /进水时间 output7:0Timer,Timer_a; /剩余时间 wire3:0 m; wire2:0 s,c; wire water_out,danger,finish,p,a,tp; mode U1(Set,m3:0); /调用模式选择模块 Water_t U2(Speed

15、,v3:0); /调用进水时间设定模块 wash U3(CP,Start,m3:0,v3:0,water_out,danger,tp,p,finish,Timer7:0,Timer_a7:0,s2:0,c2:0); /调用洗衣过程控制模块 waterless U4(No_water,water_out); /调用供水情况感应模块 Unsafe U5(Open,danger); /调用洗衣机盖状态模块 alart U6(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Open,danger,finish,s2:0,a,tp); /调用报警信号产

16、生模块 LEDs U7(s2:0,p,c2:0,CP,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r); /调用LED驱动模块Endmodule2.模式选择模块mode：module mode(Set,m); input Set; /设定键Set为输入 output3:0 m; /模式选择结果m为输出 reg3:0m;/*Set上升沿触发下,m由1到5循环变化*/ always(posedge Set)begin if(m3:0=4b0101|m=0)m3:0=4b0001; else m3:0=m3:0+4b0001; endendmodule3.进水

17、时间设定模块water_t：module Water_t(Speed,v); input Speed; /设定键Speed为输入 output3:0v; /进水时间v为输出 reg3:0 v;/*Speed上升沿触发下,v由1到3循环变化*/ always(posedge Speed)begin if(v3:0=4b0011|v=0)v3:0=4b0001; else v=v+4b0001; end endmodule4.洗衣过程控制模块wash：module wash(CP,Start,m,v,water_out,danger,tp,p,finish,timer,timer_a,s,c);

18、input CP,Start,tp,water_out,danger; /输入时钟信号及控制键 input 3:0m,v; /输入设定的工作模式和进水时间 output7:0 timer,timer_a; /输出剩余时间 output2:0 s,c; /输出工作进程标志量 output finish,p; /输出完成信号及暂停有效信号 reg2:0 s,c; reg7:0timer,timer_a; reg ok,d; reg finish,p; always(posedge CP or posedge Start or posedge tp)begin/*按下Start键,根据所选模式给各变

19、量赋初值*/ if(Start=1)begin case(m) 4b0001:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01100111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0010:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01010111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end

20、4b0011:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01000111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0100:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b011; timer_a=v+v+8b00100111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0101:begin c=3b010;s2:0=3b011;ti

21、mer=8b00000011; timer_a=8b00000100; end default c=0; endcase ok=0; finish=0; d=0; p=1; /使暂停标志量无效 end else if(tp=1)p=0; /收到暂停信号,暂停标志量有效 else if(CP=1) begin /时钟信号CP触发下,洗衣机按既定程序工作/*一个任务完成（OK=1），s加1，进入下个任务的执行状态*/ if(ok=1)begin if(s2:0=3b011&c2:03b001)begin s2:0=3b000; timer=v; ok=0; end else if(c=1)begi

22、n s2:0=3b100; finish=1; /c=1，则以洗过足够多轮，finish信号有效,经过s=4时的延时将在两CP周期后复位 ok=0; timer=0; end else if(c=0)begin s2:0=s2:0; ok=0; finish=0; timer=0; end else begin s=s+3b001;ok=0;end end/*本次任务未完成（OK=0），计数器继续计数，任务继续执行*/ else if(ok=0)begin if(tp=0)p=1; /收到继续信号,暂停标志量无效/*运行时（无警报、暂停），总剩余时间计时器减计数*/ if(p=1&c1&wat

23、er_out=0&danger=0)begin if(timer_a7:0=8b00000000)timer_a7:0=0; if(timer_a3:0=0)begin timer_a3:0=4b1001;timer_a7:4=timer_a7:4-4b001;end else timer_a3:0=timer_a3:0-4b0001; end /*s=0时，供水正常、未暂停则按设定时间进水*/ if(s2:0=2b000&p=1&water_out=0)begin if(timer3:0=0)begin ok=1; /计数器计到0，本任务完成，ok置1，下个CP时令s加1，进入下一任务 if

24、(c2:0=3b100)begin if(m=4b0001&c2:0=3b100)timer7:0=8b00110000; else if(m=4b0010)timer7:0=8b00100000; else if(m=4b0011)timer7:0=8b00010000; end else if(c2:0=3b011|c2:0=3b010)timer7:0=8b00000101; end else begin timer3:0=timer3:0-4b0001;ok=0;end end /*s=1时，未暂停则按设定时间洗衣*/ else if(s2:0=2b001&p=1)begin if(t

25、imer7:0=0)begin ok=1; /计数器计到0，本任务完成，ok置1下个CP时令s加1，进入下一任务timer1:0=2b10; end else if(timer3:0=0)begin timer3:0=4b1001; timer7:4=timer7:4-4b0001; ok=0; end else begin timer3:0=timer3:0-4b0001;ok=0;end end/*s=2时，未暂停则按设定时间排水*/ else if(s2:0=2b010&p=1)begin if(timer1:0=0)begin ok=1; /计数器计到0，本任务完成，ok置1，下个CP

26、时令s加1，进入下一任务timer1:0=2b11; end else begin timer1:0=timer1:0-2b01;ok=0;end end/*s=3时，洗衣机盖关闭、未暂停则按设定时间甩干*/ else if(s2:0=3b011&c2:03b001&danger=0&p=1)begin if(timer1:0=0)begin ok=1; /计数器计到0，本任务完成，ok置1，下个CP时令s加1，进入下一任务 c=c-3b001; /甩干完成，则是本轮完成，工作轮数标志位c减1 end else begin timer1:0=timer1:0-2b01;ok=0;end end

27、/*s=4时，计时1秒,完成后在下个时钟周期finish复位 */ else if(s2:0=3b100&c2:02b000)begin if(d=1)begin ok=1;d=0;c=c-3b001; /延时完成，ok置1，下个CP时复位finish，关掉完成提示音 end else begin d=1;ok=0;end end else begin timer=timer;p=p;timer_a=timer_a;end /暂停时，计时器保持 end end endendmodule5.供水情况感应模块Waterless：module waterless(No_water,water_out

28、); input No_water; /设定键No_water为输入 output water_out; /设定供水状态标志量water_out为输入 reg water_out; always(posedge No_water)begin /按键No_water,供水标志量变化 if(water_out=0)water_out=1; /由 有水 变 无水 else water_out=0; /由 无水 变 有水 endendmodule6.洗衣机盖开合状态感应模块Unsafe：module Unsafe(Open,danger); input Open; /设定键Open为输入 output

29、 danger; /设定洗衣机盖状态标志量danger为输入 reg danger; always(posedge Open)begin /按键Open,洗衣机盖状态标志量变化 if(danger=1)danger=0; /由 合上 变 打开 else danger=1; /由 打开 变 合上 endendmodule7.报警模块alart：module alart(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Open,danger,finish,s,a,tp); input CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,

30、No_water,water_out,Open,danger,finish; /输入时钟信号及报警音控制信号 input 2:0s; /输入当前工作状态 output a,tp; /输出报警信号和暂停允许信号 reg c_e,c_t,tp; reg2:0 count; always(posedge Pause)begin /暂停/继续键Pause上升沿触发下, if(tp=1)tp=0; 暂停允许信号改变； else tp=tp+1; end always(posedge CP or posedge No_water or posedge Open or posedge Start)begin

31、 if(Start)c_e=0; /启动时,延时计时器使能位c_e复位为0 else if(No_water|Open)begin if(water_out=1&s2:0=3b000)|(danger=1&s2:0=3b011)c_e=1; /发生危险事件,使能端c_e置1 else c_e=0; end else if(CP)begin /c_e=1，以CP为时钟信号开始计时 if(count2:0=3b010)begin c_t=0;c_e=0;count2:0=0;end else if(c_e=1)begin count2:0=count2:0+3b001;c_t=1;end /计时中

32、,计时进行标志位c_t=1 else if(c_e=0)count=0; end end assign a=(c_t|CP&finish)|(Start|Set|Pause|Speed)&CP_1k; /若警报延时计时器正在计时（c_t=1）或工作完成提示信号有效（finish=1）或有键按下（Start、Set、Pause、Speed）则发出相应报警音。endmodule 8.LED驱动模块LEDs：module LEDs(s,p,c,CP,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r); input p,CP; /输入暂停允许信号p、时钟信号CP input 2:0s,c; /输入工作状态标志位s、c output LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r; /输出各LED灯驱动电平 assign LED_wi=p?(s=3b000&c1):CP&(s=3b000&c0); /进水时，LED_wi灯亮；暂停时闪烁 assign LED_w=p?(s=3b001&c1):CP&(s