EDA課程設計：空調(diào)控制器設計.doc

燕 山 大 學 課 程 設 計 說 明 書燕山大學課程設計說明書題目： 空調(diào)控制器 學院（系）： 年級專業(yè)：學 號： 學生姓名： 指導教師： 教師職稱： 燕山大學課程設計（論文）任務書院（系）：電氣工程學院 基層教學單位：電子實驗中心 學 號學生姓名專業(yè)（班級）設計題目空調(diào)控制器設計技術參數(shù) 空調(diào)具有涼風、熱風、升溫、降溫4個功能； 控制鍵控制涼風或熱風；在雙色點陣上顯示l（涼風）或r（熱風）；并且涼風熱風需與升降溫一致。 開機時溫度為20度，通過升溫或降溫控制加或減1度，并將溫度值顯示在數(shù)碼管上。空調(diào)溫度要設置合理的上下限。 設計要求 用1個撥碼開關控制涼風或熱風，并用雙色點陣顯示涼風或熱風； 用2個撥碼開關控制升溫和降溫； 在2個動態(tài)數(shù)碼管上顯示溫度。工作量學會使用max+plusii軟件、verilog hdl語言和實驗箱；獨立完成電路設計，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務書。工作計劃1. 了解eda的基本知識，學習使用軟件max+plusii，下發(fā)任務書，開始電路設計；2. 學習verilog hdl語言，用verilog hdl進行程序設計；3. 學習使用實驗箱，繼續(xù)電路設計；4. 完成電路設計；5. 編程下載、連接電路、調(diào)試和驗收；6 答辯并書寫任務書。參考資料數(shù)字電子技術基礎.閻石主編.高等教育出版社.eda課程設計a指導書. 指導教師簽字基層教學單位主任簽字金海龍說明：此表一式四份，學生、指導教師、基層教學單位、系部各一份。年 月 日 目 錄 第1章 摘要 第2章 引言 第3章 任務分析及整體設計思路 3.1 整體設計思路3.2 模塊介紹及真值表第4章 各模塊設計源程序4.1 冷熱風控制顯示及升降溫控制程序4.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示程序4.3 頂層文件程序第5章 各模塊波形仿真圖 5.1 冷熱風控制顯示及升降溫模塊仿真圖 5.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示模塊仿真圖 5.3 頂層文件模塊仿真圖第6章 管腳鎖定及硬件連線 6.1 管腳介紹及鎖定 6.2 硬件連線介紹第7章 心得體會參考文獻 第1章 摘 要 eda技術研究的對象是電子設計的全過程,有系統(tǒng)級,電路級和物理級3個層次的設計.其設計的電子系統(tǒng)從低頻,高頻到微波,從線性到非線性,從模擬到電子,從通用集成電路到專用集成電路構造的電子系統(tǒng),因此eda技術研究的范疇相當廣泛。面對當今飛速發(fā)展的電子產(chǎn)品市場，電子設計人員需要更加實用、快捷的eda工具,使用統(tǒng)一的集成設計環(huán)境，改變傳統(tǒng)設計思路，即優(yōu)先考慮具體物理實現(xiàn)方式，而將精力集中到設計構思、方案比較和尋找最優(yōu)化設計等方面，以最快的速度開發(fā)出性能優(yōu)良、質(zhì)量一流的電子產(chǎn)品。今天的eda工具將向著功能強大、簡單易學、使用方便的方向發(fā)展。此次課程設計的題目為空調(diào)控制器，此說明書，首先根據(jù)任務書對本課題整體思路進行了介紹，然后分別介紹了各模塊的功能及組成，再次利用verilog hdl硬件描述語言對各模塊進行了描述并進行了仿真及管腳鎖定，最后下箱實現(xiàn)了任務書所要求的功能。在本次課程設計過程中源程序編譯及硬件連接過程中都遇到了很多困難，在老師的耐心指導下完成了本次課程設計。再次特別感謝老師的指導。第2章 引 言數(shù)字電路主要是基于兩個信號（我們可以簡單的說是有電壓和無電壓），用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進行算術運算和邏輯運算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時序邏輯電路。1. eda介紹eda技術，就是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O計載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達方式，以計算機、大規(guī)模可編程邏輯器件的可開發(fā)軟件及實驗開發(fā)系統(tǒng)為設計工具，通過有關的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設計的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術。利用eda技術進行電子系統(tǒng)的設計，具有以下幾個特點：（1）用軟件的方式設計硬件；（2）用軟件的方式設計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關的開發(fā)軟件自動完成的；（3)設計過程中可用有關的軟件進行仿真；（4）系統(tǒng)現(xiàn)場可編程，在線升級；（5）整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小，功耗低，可靠性高。因此，eda技術是現(xiàn)代電子設計的發(fā)展趨勢。2.verilog hdl verilog hdl 是目前應用最廣泛的硬件描述語言之一，被ieee采納為ieee std1364-1995(也成為verilog-1995）和ieee std.1364-2001（也成為verilog-hdl)可以進行算法級（algorithm）、寄存器傳輸級（rtl）、邏輯級（logic）、門級（gate）和版圖級（layout）等各個層次的電路設計和描述。采用verilog hdl 進行電路設計于工藝設計無關，這使得設計者在進行電路設計時可以不必過多的考慮工藝實現(xiàn)的具體細節(jié)，設計者只需要利用計算機的強大功能，在eda工具的支持下，通過verilog hdl的描述，完成數(shù)字電路和系統(tǒng)的設計即可，從而提高了設計效率，降低了設計者的勞動強度。3.edapro/240h綜合實驗系統(tǒng)簡介隨著半導體工藝的飛速發(fā)展，3.3v、2.5v、1.8v等邏輯器件和傳統(tǒng)的ttl5v邏輯器件已成為當前可編程邏輯器件中的主流。美國altera公司的acex1k系列的器件具有高密度、萬次以上的編程能力，為提供一個可編程的實驗環(huán)境，設計了edapro/240h綜合實驗系統(tǒng)。4.max+plus iimax+plus ii開發(fā)系統(tǒng)是美國altera公司自行設計的cad軟件平臺，是eda的開發(fā)系統(tǒng)，具有易學易通的特點，系統(tǒng)將數(shù)字電路設計集成在一個環(huán)境內(nèi)，允許多種輸入方式輸入設計邏輯文件，對設計進行功能模擬，對數(shù)字電路的設計實現(xiàn)同步模擬分析，延時時間分析，編譯，最后將編譯好的電路分配到一個或多個器件中。第3章 任務分析及整體設計思路 3.1 整體設計思路3.1.1 任務分析本次設計題目為空調(diào)控制器，任務書要求為：空調(diào)具有涼風，熱風，升溫，降溫這4個功能，且開機溫度顯示為20度，通過升溫或降溫控制鍵實現(xiàn)溫度加減1度，溫度值動態(tài)顯示在數(shù)碼管上?？照{(diào)溫度設置合理的上下限?？刂奇I控制鍵控制涼風或熱風；并且涼風熱風需與升降溫一致。通過任務書提示，可用實驗箱上的撥碼開關控制冷熱/熱風，雙色點陣上顯示l或r；兩個撥碼開關控制升/降可通過同步十進制加減法計數(shù)器74190實現(xiàn)，其置數(shù)功能可以使開機溫度為20度。由于實驗箱上8個動態(tài)數(shù)碼管在某一微小瞬間只有一個數(shù)碼管工作，故顯示溫度值的兩個數(shù)碼管需有兩個狀態(tài)控制，由此可利用高頻脈沖選擇數(shù)碼管，同時通過數(shù)據(jù)選擇器7448的輸出控制數(shù)碼管上的顯示值。點陣一瞬間只有一行工作，故顯示涼風熱風需要高頻脈沖掃描點陣。本設計所要實現(xiàn)的具體功能為：1.用1個撥碼開關控制涼風或者熱風 ，并利用雙色點陣顯示涼風或熱風 ；2.用2個撥碼開關控制升溫和降溫 ； 3.在2個動態(tài)數(shù)碼管上顯示溫度 。3.1.2整體設計思路用撥碼開關的高低電平控制熱冷風同時控制顯示的字母。通過撥碼開關來控制空調(diào)的升溫/降溫 ，由2個撥碼開關 ，一個用于控制升溫/降溫 另一個撥碼開關用于固定溫度 。另外還需要一個總開關 ，用于置數(shù)和復位 。由此構思本次設計共有三個模塊，分別為頂層模塊、控制模版，數(shù)碼顯示模版，由頂層模塊調(diào)用個分模塊來實現(xiàn)所需功能。本次設計一共包括兩個獨立的環(huán)節(jié)，分別為數(shù)碼管溫度顯示和冷熱風控制顯示。在冷熱風控制環(huán)節(jié)中，當撥碼開關為高電平時，雙色點陣上顯示熱風，此時表示空調(diào)實現(xiàn)熱風的功能 ；當撥碼開關為低電平時，雙色點陣顯示涼風，此時表示空調(diào)實現(xiàn)冷風的功能。在升降溫控制及動態(tài)顯示環(huán)節(jié)中，首先，由一個總的撥碼開關對數(shù)碼管進行置數(shù)，當此撥碼開關由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，數(shù)碼管顯示起始溫度20度，當此撥碼開關為高電平時，即升降溫控制開關可正常工作。接下來由升降溫控制開關和脈沖鎖定開關來共同實現(xiàn)對空調(diào)的升降溫控制，并且通過數(shù)碼管實現(xiàn)動態(tài)顯示。3.2 模塊功能描述3.2.1功能描述第一個模塊是控制模塊，有三個輸入組成，分別為kaiguan，switch，up。switch用來實現(xiàn)復位，kaiguan用來實現(xiàn)鎖定脈沖，up用來實現(xiàn)控制增減溫度。clk1用來實現(xiàn)溫度的加減，clk用來實現(xiàn)掃描點陣。shi，ge用來顯示輸出的溫度，點陣用來顯示輸出得風的類型。第二個模塊式數(shù)碼顯示模塊，通過上個模塊的十位個位輸出，控制顯示的溫度。同樣需要高頻掃描顯示數(shù)碼管的值。因十位個位同時顯示，故需兩個位選信號選擇兩個數(shù)碼顯示管。 3.2.2模塊真值表根據(jù)上述所描述的功能得此模塊的真值表如下表。 溫度控制及風型顯示 switch kaiguan up clk1 shige 點陣顯示0 x 1 x 2 0 r 1 0 0 x 2 0 l 1 1 1 2 1 r1 1 0 2 0 l 1 0 1 2 0 r 1 1 0 1 9 l 數(shù)字位選及顯示shigeclkss數(shù)碼顯示200,120190,119180,118210,121第4章 各模塊設計源程序4.1 冷熱風控制顯示及升降溫控制程序module controller (clk1,clk,switch,kaiguan,up,shi,ge,row,ra);input clk1,up,switch,clk,kaiguan;output3:0 shi,ge;output7:0row,ra;reg3:0 shi,ge;reg7:0row,ra;reg 3:0a;always (posedge clk1 or negedge switch)beginif(switch=0)beginshi=b0010;ge=b0000;end else beginif(shi=b0001&ge=b0101&up=0)| (shi=b0010&ge=b1001&up=1)|kaiguan=0 )beginshi=shi;ge=ge;endelsebegin if(up&kaiguan)beginif(geb1001)beginge=ge+1;shi=shi;endelse if(ge=b1001)beginge=b0000;shi=shi+1;endendelse if(up=0&kaiguan)beginif(ge=b0000)beginge=b1001;shi=shi-1;endif(geb0000)beginge=ge-1;shi=shi;endendendendendalways(posedge clk )begina=a+1;if(up=0)begincase(a)1:begin row=b10111111;ra=b00100000;end2:begin row=b11011111;ra=b00100000;end3:begin row=8b11101111;ra=8b00100000;end4:begin row=8b11110111;ra=8b00100000;end5:begin row=8b11111011;ra=8b00100000;end6:begin row=8b11111101;ra=8b00111100;a=0;endendcaseendelsebegincase(a)1:begin row=b01111111;ra=b00111100;end2:begin row=b10111111;ra=b00100100;end3:begin row=b11011111;ra=b00111100;end4:begin row=b11101111;ra=b00100000;end5:begin row=b11110111;ra=b00110000;end6:begin row=b11111011;ra=b00101000;end7:begin row=b11111101;ra=b00100100;a=0;endendcaseendendendmodule4.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示程序module shumaxianshi (shi,ge,clk,q,ss);input3:0shi,ge;input clk;output6:0 q;output2:0 ss;reg2:0 ss;reg6:0 q;always( clk)beginif(clk=1)beginss=000;case(shi)1:q=b0000110;2:q=b1011011;endcaseendelse if(clk=0)beginss=001;case(ge)0:q=b0111111;1:q=b0000110;2:q=b1011011;3:q=b1001111;4:q=b1100110;5:q=b1101101;6:q=b1111101;7:q=b0000111;8:q=b1111111;9:q=b1101111;endcaseendendendmodule 4.3 頂層文件程序module controller_shumaxianshi(clk1,clk,kaiguan,up,switch,q,ss,row,ra );input clk1, up, switch,clk,kaiguan;output 7:0row;output 7:0ra;output 6:0q;output 2:0ss;wire 3:0 x1,x2;controller u1(clk1,clk,switch,kaiguan,up,x1,x2,row7:0,ra7:0);shumaxianshi u2(x1,x2,clk,q6:0,ss2:0);endmodule第5章 各模塊波形仿真圖控制模塊波形 數(shù)碼顯示波形 頂層模塊波形例題波形第6章 管腳鎖定及硬件連線61管腳鎖定 電路功能模擬正確后，我們就要對器件進行編程下載，此時首先要為項目指定一個編程器件系列，這里所給的實驗芯片是altera公司的可編程邏輯器件acex1k系列的ep1k30qc208-3.選擇步驟如下：(1) 在assign分配菜單中選擇device項，將出現(xiàn)device對話框。(2) 選擇一個器件系列。根據(jù)實際芯片情況，我們選擇acex1k。(3) 選擇某一個器件或選擇auto讓系統(tǒng)選擇一個器件。根據(jù)實際情況我們選擇ep1k30qc208-3，點擊ok，完成器件的選擇。(4) 接下來所定引腳，在下拉菜單中，選擇assign-pin/location/chip對話框。(5) 在chip resource窗口