电风扇控制逻辑电路课程设计

1、目 录一、设计目的.4二、设计要求.4三、总体设计原理与内容.51、设计的总体原理 .52、设计内容. 5四、EDA设计及仿真51、电风扇控制逻辑电路设计源程序.52、电风扇控制逻辑电路设计仿真结果及数据分析.8五、硬件实现.91、引脚锁定图92、硬件实现照片.9 六、设计总结.121、设计过程中遇到的问题及解决方法.122、设计体会.123、对设计的建议.13七、设计生成的电路图.13参考文献.13电风扇控制逻辑电路设计一、设计目的通过对FPGA（现场可编程门阵列）芯片的设计实践，使学生掌握一般的PLD（可编程逻辑器件）的设计过程、设计要求、设计内容、设计方法，能根据用户的要求及工艺需要进行

2、电子芯片设计并制定有关技术文件。培养学生综合运用已学知识解决实际工程技术问题的能力、查阅图书资料和各种工具书的能力、工程绘图能力、撰写技术报告和编制技术资料的能力，受到一次电子设计自动化方面的基本训练。培养学生利用EDA技术知识，解决电子设计自动化中常见实际问题的能力，使学生积累实际EDA编程。通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力。二、设计要求（1）.以EDA技术的基本理论为指导，将设计实验分为基本功能电路和较复杂的电子系统两个层次，要求利用数字电路或者EDA方法去设计并完成特定功能的电子电路的仿真、软

3、硬件调试；（2）.熟悉掌握常用仿真开发软件，比如： Quartus II或Xilinx ISE的使用方法。（3）.能熟练运用上述开发软件设计并仿真电路并下载到FPGA中进行调试； （4）.学会用EDA技术实现数字电子器件组成复杂系统的方法；学习电子系统电路的安装调试技术。（5）.用EDA技术实现电风扇控制器的控制功能，具体要求如下：1、用三个按键来实现。风速”、“风种”、“停止”的不同选择。2、用六个发光二报管分别表示“风速”（强、中、弱）、“风种”（睡眠、自然、正常）的三种状态。3、电扇在停转状态时，只有按“风速键才有效按其余两键不响应。电风扇启动后， 再按动“风速”键可循环选择弱、中或强三

4、种状态中的任一种状态，“风速”的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快；按动“风种”键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的某种状态。 “风种”在正常位置是指电扇连续运转；“自然”位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转4秒，间断4秒的方式；在“睡眠”位置，是产生轻柔的微风，电扇运转8秒，间断8秒的方式。电扇运转情况用第七个发光二极管的亮与不亮表示。4、电风扇在任意状态下。按“停止”键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。三、总体设计原理与内容1、设计的总体原理首先用脉冲信号feng_su的上升沿表示按键2，其控制风速，同时它还做电扇的启动键。当电扇处于关闭状态时，按一下按键2（即给一个上升脉冲feng_su）

5、，电扇即处于待机状态，同时电扇风速处于“弱”状态（即LED8亮），若再按一次按键1，则风速处于“中”状态（即LED7亮），再按一次按键1，风速处于“强”状态（即LED6亮），依次循环。用脉冲信号feng_zhong的上升沿表示按键1，其控制风种，当电扇处于待机状态时，按键1处于失效状态，当启动时，风种的初态为正常，电扇持续运转（即LED3常亮），连续按按键1，则风种依次处于“正常，自然，睡眠”状态，电扇依次持续运转，转四秒停四秒（即LED2亮四秒不亮四秒），转八秒停八秒（即LED1亮八秒不亮八秒）。用脉冲信号ting_zhi的上升沿表示按键3，它做电扇的关闭键，当电扇处于运转状态时，按一下按键

6、3（即给一个上升脉冲RS）,电扇即停止运转（即所有发光二极管不亮）。2、设计内容 图3-2-1 设计总体框图 如图3-2-1，在关闭状态给一个触发脉冲feng_su（即按一下键2），即启动电风扇，风速为默认“弱”状态，风种默认为正常状态，风扇即开始运转。逐次按键2，则可实现风速转换；逐次按键1，则可实现风种转换。四、EDA设计及仿真1、电风扇控制逻辑电路设计源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity feng_shan123 is port(ting_zhi,feng_su,feng_zhong,clk:in std_logic; ru

7、o,zhong,qiang,zheng_chang,zi_ran,shui_mian:out std_logic);end feng_shan123;architecture one of feng_shan123 is type state123 is(state0,state1,state2,state3); type state567 is(s0,s1,s2); signal pr_state0,nx_state0:state123; signal pr_state1,nx_state1:state567; signal zi_ran1:std_logic:='0' si

8、gnal shui_mian1:std_logic:='0' -自然风的控制信号，高电平有效 signal kong_zhi:std_logic; -风种档位有效控制信号，高电平有效 signal a,b:std_logic:='0' -控制自然风和睡眠风的输出 signal zi_ran3:std_logic:='1' -自然风档位时，计时信号 signal shui_mian3:std_logic:='1' -睡眠档位时，计时信号beginprocess(ting_zhi,feng_su) -停止键有效时，系统停止begini

9、f ting_zhi='1' then pr_state0<=state0; -信号上升沿来时，现态等于次态 elsif(feng_su'event and feng_su='1') then pr_state0<=nx_state0; end if; end process;process(ting_zhi,feng_zhong) begin if ting_zhi='1' then pr_state1<=s0; -信号上升沿来时，现态等于次态 elsif(feng_zhong'event and feng_z

10、hong='1') then pr_state1<=nx_state1; end if;end process;process(pr_state0)begin case pr_state0 is when state0=>ruo<='0'zhong<='0'qiang<='0' nx_state0<=state1;kong_zhi<='0' when state1=>ruo<='1'zhong<='0'qiang<=&

11、#39;0' nx_state0<=state2;kong_zhi<='1' when state2=>ruo<='0'zhong<='1'qiang<='0' nx_state0<=state3; when state3=>ruo<='0'zhong<='0'qiang<='1' nx_state0<=state1;end case;end process;process(pr_state1,kong_

12、zhi)begin case pr_state1 is when s0=>if(kong_zhi='0')then zheng_chang<='0'zi_ran1<='0'shui_mian1<='0'nx_state1<=s0; else zheng_chang<='1'zi_ran1<='0'shui_mian1<='0'nx_state1<=s1; end if;b<='0' a<='0&

13、#39; when s1=>zheng_chang<='0'zi_ran1<='1'shui_mian1<='0' nx_state1<=s2;a<='1'b<='0' when s2=>zheng_chang<='0'zi_ran1<='0'shui_mian1<='1' nx_state1<=s0;a<='0'b<='1' end case; end

14、 process;process(zi_ran1,clk,a) -自然风档位，等两四秒，灭四秒 variable zi_ran2:integer range 0 to 16; begin if zi_ran1='1' then if(clk'event and clk='1') then if zi_ran2=16 then zi_ran2:=0;zi_ran3<=not zi_ran3; else zi_ran2:=zi_ran2+1; end if; end if; else zi_ran3<='1' end if;if

15、a='1' then zi_ran<=zi_ran3;else zi_ran<='0'zi_ran2:=0;end if; end process;process(shui_mian1,clk,b) -睡眠风档位，亮8秒，灭8秒 variable shui_mian2:integer range 0 to 32; begin if shui_mian1='1' then if(clk'event and clk='1') then if shui_mian2=32 then shui_mian2:=0;shui

16、_mian3<=not shui_mian3; else shui_mian2:=shui_mian2+1; end if; end if; else shui_mian3<='1' end if; if b='1' then shui_mian<=shui_mian3;else shui_mian<='0'shui_mian2:=0;end if;end process;end one;2、电风扇控制逻辑电路设计仿真结果及数据分析 图4-2-1 软件仿真图如图4-2-1，首先用脉冲信号feng_su的上升沿表示按键2，其

17、控制风速，同时它还做电扇的启动键。当电扇处于关闭状态时，按一下按键1（即给一个上升脉冲feng_su），电扇即处于待机状态，同时电扇风速处于“弱”状态（即LED8亮），若再按一次按键1，则风速处于“中”状态（即LED7亮），再按一次按键1，风速处于“强”状态（即LED6亮），依次循环。用脉冲信号feng_zhong的上升沿表示按键2，其控制风种，当处于启动状态时，风种的出态为正常状态（即LED3亮），连续按按键2，则风种依次处于“正常，自然，睡眠”状态，电扇依次持续运转，转四秒停四秒（即LED2亮四秒不亮四秒），转八秒停八秒（即LED1亮八秒不亮八秒）。用脉冲信ting_zhi的上升沿表示按键

18、3，它做电扇的关闭键，当电扇处于运转状态时，按一下按键3（即给一个上升脉冲ting_zhi）,电扇即停止运转（即所有发光二极管不亮）。五、硬件实现 1、引脚锁定图在硬件仿真前要进行引脚锁定，我选择的是模式3，其中时钟信号clk对应clock2.锁定引脚M1,;风速键对应feng_su，锁定引脚为PIN_AB14；风种键对应feng_zhong，锁定引脚为PIN_AB15;ruo连接D8，锁定引脚为PIN_L18;zhong连接D7，锁定引脚为PIN_F13;qiang连接D6，锁定引脚为PIN_F16;zheng_chang连接D3，锁定引脚为PIN_H14;zi_ran连接D2，锁定引脚为P

19、IN_H15;shui_mian连接D1，锁定引脚为PIN_j14;停止键连接ting_zhi，锁定引脚为PIN_AB13。其引脚配置图如下:图5-1-1 引脚锁定图2、硬件实现照片 图5-2-1 风速弱、风种正常led显示图图5-2-1是风速为“弱”、风种为“正常”的led显示图。如图，led8亮，led7、led6不亮，led3亮，led2、led1不亮，led4，led5常亮。图5-2-2 风速强、风种自然led显示图图5-2-2是风速为“中”、风种为“自然”的led显示图。图为led6亮，led1、 led3、 led7、 led8不亮。其中led2初始状态为亮，亮四秒后变灭，灭四秒后

20、变亮，也就是亮灭四秒交替显示。图5-2-3 风速中、风种睡眠led显示图图5-2-3是风速为“中”、风种为“睡眠”的led显示图。图为led7亮，led2、 led3、 led7、 led8不亮。其中led1初始状态为亮，亮八秒后变灭，灭八秒后变亮，也就是亮灭八秒交替显示。 图5-2-3 停止状态时led显示图图5-2-3是按停止键时系统处于的状态，此时六个led灯全灭。停止键和风种键也失效，风速键作为开始键。六、设计总结1、设计过程中遇到的问题及解决方法设计过程中共遇到了两个大问题。（1）开始时，风种选择既受feng_zhong信号控制，又受feng_su信号控制，但在程序中，一个量不能同时受两个触发脉冲控制，为了解决这个问题，我们尝试了很多办法，但都是“拆东墙补西墙”不能解决问题，要么显示风种的灯都不亮，要么不受CLK1控制。后来我们在各个变量的逻辑关系上找到了突破点，引入新的中间变量，问题就随之解决了。（2）中间过程中，也遇到了一个问题，就是分频问题。开始我们认为程序是正确的，但多次仿真