空调系统有限状态自动机的设计.doc
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1 引言
1.1 课程设计的背景
空调的发明已经列入20世纪全球十大发明之一,它首次向世界证明了人类对环境温度、湿度、通风和空气品质的控制能力。 19世紀,英国科学家及发明家麦克·法拉第(Michael Faraday),发现压缩及液化某种气体可以將空气冷冻,当时其意念仍流于理论化。二十世纪六七十年代美国为解决干旱缺水地区的冷热源问题而率先研制出风冷式冷水机,用空气散热代替冷却塔,其英文名为 Air cool chiller, 简称Chiller。之后,设备设计和制造技术在90年代被转让到中国1] 。
随着人们生活水平的逐渐提高,空调产品也将由“生活奢侈品”逐渐转变为日常生活用品。在空调健康、节能功能以及外观设计上,国内企业也经过引进、消化、吸收,技术水平及产品质量都在不断趋于完善,我国已经发展成为世界空调产业重要的研发和生产基地。1.2课程设计的目的
本课程设计的目的是在掌握EDA实验开发系统的初步使用基础上,EDA技术,对空调系统进一步了解,掌握其有限状态自动机工作原理。通过本次课程设计更好地巩固和加深对基础知识的理解,学会设计中小型数字系统的方法,独立完成仿真过程,增强理论联系实际的能力,提高电路分析和理解能力。为日后的学习和工作奠定基础。
1.3课程设计的任务
本课程设计任务是通过采用等软件为开发工具。通过对计算机硬件和软件解决方案的论证,对应用领域进行调查分析,参考各种资料和进行开发实践。在指导老师的帮助下,已经基本上成功地实现了设计任务书的要求1.4课程设计的内容
本课程设计主要完成基于VHDL的空调系统的设计与实现。本文运用有限状态自动机的方法,设计了状态机进程与信号控制进程相互配合。在状态机进程中定义了6个状态,程序设计有三个输入:Temp,Clk,Rst。分别是采样环境的状态、CP脉冲和复位键。程序包括三个输出:State,Heat,Cool,分别表示:当前机器状态、加热操作标志和制冷操作标志。源程序经过MAX+plus II软件仿真MAX+plus II软件仿真
2 EDA技术及VHDL简述
2.1 EDA技术简介
EDA是电子设计自动化(Electronic Design Automation)的缩写,在20世纪90年代初从计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助测试(CAT)和计算机辅助工程(CAE)的概念发展而来的。EDA技术就是以计算机为工具,设计者在EDA软件平台上,用硬件描述语言HDL完成设计文件,然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真,直至
目前EDA主要辅助进行三个方面的设计工作:IC设计、电子电路设计和PCB设计。EDA技术使得电子电路设计者的工作仅限于利用硬件描述语言和EDA软件平台来完成对系统硬件功能的实现,极大地提高了设计效率,减少设计周期,节省设计成本[2]。EDA的设计流程图[3]如图2.1所示。
图2.1 EDA的设计流程图
2.2 硬件描述语言VHDL
VHDL是超高速集成电路硬件描述语言(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)。VHDLIEEE标准的硬件描述语言和EDA的重要组成部分,经过十几年的发展、应用和完善,以其强大的系统描述能力、规范的程序设计结构、灵活的语言表达风格和多层次的仿真测试手段,在电子设计领域受到普遍的认同和广泛的接受,成为现代EDA领域的首选硬件设计语言。专家认为,在新世纪中,VHDL和Verilog语言将承担起几乎全部的数字系统设计任务[4]。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计,VHDL和原理图输入进行CPLD/FPGA设计的粗略比较:在设计中,采用原理图输入的设计方式比较直观。在对一个设计实体定义了外部界面后,一旦其内部开发完成后,其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。VHDL[5]如下:
(1)(2)(3)(4)(5)语言是一种描述、模拟、综合、优化和布线的标准硬件描述语言因此它可以使设计成果在设计人员之间方便地进行交流和共享,从而减小硬件电路设计的工作量,缩短开发周期。VHDL的设计流程(1)文本编辑VHDL文件保存为.vhd文件,Verilog文件保存为.v文件
(2)功能仿真将文件调入HDL仿真软件进行仿真,检查逻辑功能(3)逻辑综合将源文件调入逻辑综合软件进行综合,逻辑综合软件会生成.edf或.edif 的EDA工业标准文件。
(4)布局布线把设计好的逻辑安放PLD/FPGA内。
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