VHDL语言的洗衣机控制器设计.doc

南京师范大学 中北学院 课 程 设 计 课程设计名称： EDA课程设计 专 业 班 级 学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计时间： 2009-3-09～2009-3-23 1 设计任务及要求 利用可编程逻辑器件丰富的内部资源，借助EDA（电子设计自动化）工具（如MAX＋plusⅡ）把家电控制器电路集成在一片FPGA（现场可编程门阵列）芯片内，这样就无需专门的单片机和外部逻辑电路。从而减小了电路的体积、提高了系统的稳定性。本次电路设计是洗衣机控制器设计。 设计的主要内容是： （1）设计一个洗衣机控制器，使洗衣机作如下运转：定时启动—〉正转20秒—〉暂停10秒—〉反转20秒—〉暂停10秒—〉定时不到，重复上面过程。 （2）若定时到，则停止，并发出音响信号。 （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。 设计的主要要求是： （1）根据设计题目要求编写相应程序代码 （2）对编写的VHDL程序代码进行编译和仿真 （3）利用实验箱完成硬件验证（可选） （4）总结设计内容，完成课程设计说明书 2设计原理及总体框图 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（洗衣机洗涤过程如图2所示）。对FPGA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，它们分别调用底层模块。 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。具体电路如图3所示： 图3洗衣机控制器总体设计图 3 程序设计 ⑴数码管显示 实现数码管显示 eq \o\ac(○,2)数码管显示编码 ⑵时序电路 ⑶预置时间和编码电路 ⑷译码器 ⑸定时器电路 ①计时器 ②减法计数器 4 编译及仿真 EDA工具在EDA技术应用中占据极其重要的位置，EDA的核心是利用计算机完成电子设计全程自动化，因此基于计算机环境的EDA软件的支持是必不可少的。此次设计所用EDA工具是由著名的Alter公司生产的MAX＋plusⅡ工具软件，它是一种集成的开发环境，支持原理图、VHDL和Verilog语言文本文件，以及波形文件作为设计输入，并支持这些文件的人以混合设计。 图4洗衣机控制器程序仿真图 MAX＋plusⅡ工具软件具有门级仿真器，可以进行功能仿真和时序仿真，能够产生精确的仿真结果，同是还支持主流第三方EDA工具，所以可以说MAX＋plusⅡ是当今最优秀的EDA工具软件之一。利用MAX＋plusⅡ工具软件仿真仿真结果如图4所示 5 硬件调试与结果分析 洗衣机接通电源，按load设置洗涤时间按start、rd置为高电平洗衣机开始工作，当时钟第一个上升沿到达时run（正转功能）为高电平维持20s以后变为低电平而pause（暂停功能）随着时钟上升沿的到来变为高电平维持10s变为低电平，然后rev（反转功能）开始随着时钟上升沿的到来变为高电平工作维持20s后变为低电平，再停止pause置高，接下来电路一直重复上述工作，知道定时器计数结束。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显示，直到到达预定时间停止工作显示零，实验设计达到预期效果。 6 参考文献 [1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005. [2] 康华光主编.电子技术基础 模拟部分. 北京：高教出版社,2006. [3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003. [4] HYPERLINK javascript:WriterSearch(赵岩岭); 赵岩岭 HYPERLINK javascript:WriterSearch(刘春); 刘春等.在MAX＋plusⅡ平台下用VHDL进行数字电路设计. 西安：西电出版社，2005[5] http:// HY