基于VHDL的洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì).doc

數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件描述語(yǔ)言期末考試作業(yè)題目： 洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電子信息工程學(xué)院 專業(yè)： 物聯(lián)網(wǎng)工程 學(xué)號(hào)： 3014204328 姓名： 劉涵凱 2016-12-10一、 選題設(shè)計(jì)描述1. 功能介紹洗衣機(jī)控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)開(kāi)始與暫停、注水，洗滌、排水、脫水和警報(bào)提醒的功能，并且可以隨時(shí)更改洗衣模式。洗衣機(jī)提供兩種模式：模式1：注水-洗滌-排水-注水-洗滌-排水-脫水；模式2：脫水。洗衣模式?jīng)Q定洗衣時(shí)間。默認(rèn)模式為模式2。洗衣機(jī)界面如下圖所示：運(yùn)轉(zhuǎn)方式如下圖所示：2. 算法簡(jiǎn)介總程序描述：總程序通過(guò)調(diào)用5種模塊，在洗衣機(jī)控制器輸入變化時(shí)，立刻轉(zhuǎn)換模式并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)輸出。當(dāng)開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)，所有輸出為0；暫停時(shí)，除顯示開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輸出外，所有輸出為0。開(kāi)關(guān)開(kāi)啟后，設(shè)置洗衣模式，之后按下“開(kāi)始”即可開(kāi)始工作。在洗衣機(jī)控制器輸入變化時(shí)，立刻轉(zhuǎn)換模式并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)輸出。電子元器件模型如下圖所示：switch為開(kāi)關(guān)信號(hào)，modelselect為開(kāi)關(guān)選擇信號(hào)，clkin為系統(tǒng)時(shí)序脈沖信號(hào)，sorp為開(kāi)始/暫停信號(hào)。waterstate為注水程序的工作狀態(tài)，washrstate為洗滌程序的工作狀態(tài)，drainstate為排水程序的工作狀態(tài)，drystate為脫水程序的工作狀態(tài)。alarmout為警報(bào)提醒的狀態(tài)。switchstate為數(shù)碼管顯示的開(kāi)關(guān)的狀態(tài)（0/1），spstate為數(shù)碼管顯示的開(kāi)始/暫停的狀態(tài)(0/1)， state為數(shù)碼管顯示的洗衣機(jī)工作狀態(tài)(04)，currentmodel為數(shù)碼管顯示的當(dāng)前模式(02)，timedecade為數(shù)碼管顯示的剩余時(shí)間的十位，timeunit為數(shù)碼管顯示的剩余時(shí)間的個(gè)位。下面介紹各模塊功能與算法：1）開(kāi)關(guān)與模式選擇模塊a接收開(kāi)關(guān)信息，b接收模式選擇信息。c輸出總電路的開(kāi)關(guān)信息（開(kāi)啟洗衣機(jī)并且設(shè)置完畢電路后，即可準(zhǔn)備工作，等待“開(kāi)始”信號(hào)）。e為開(kāi)關(guān)信息，將輸入到數(shù)碼管中顯示。time1與time2分別代表洗衣時(shí)間的十位和個(gè)位，將輸入到計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊中。y為模式信息，將輸入到碼管中顯示。2）開(kāi)始/暫停模塊a接收開(kāi)關(guān)信息，b接收開(kāi)始/暫停信息，clk接收系統(tǒng)時(shí)序脈沖信號(hào)。startorpause輸出受開(kāi)始/暫停信息調(diào)控的系統(tǒng)時(shí)序脈沖信號(hào)。y為開(kāi)始/暫停信息，將輸入到碼管中顯示。3）計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊clk接收受開(kāi)始/暫停信息調(diào)控的系統(tǒng)時(shí)序脈沖信號(hào)，a接收開(kāi)關(guān)信息，time1和time2分別接收洗衣時(shí)間的十位和個(gè)位。alarm輸出警報(bào)信息；outtime1和outtime2分別為剩余時(shí)間的十位和個(gè)位，將輸入到數(shù)碼管中顯示，同時(shí)將輸入到控制模塊中。在脈沖信號(hào)的控制下，剩余時(shí)間逐漸減少，當(dāng)剩余時(shí)間為0時(shí)，停止減小，并開(kāi)啟警報(bào)。4）控制模塊a接收開(kāi)關(guān)信息，b接收開(kāi)始/暫停信息，time1和time2分別接收剩余時(shí)間的十位和個(gè)位。water、wash、drain、dry分別輸出注水、洗滌、排水、脫水的控制信息。act為模塊內(nèi)部使用的BUFFER量?？刂颇K根據(jù)剩余時(shí)間的多少?zèng)Q定工作狀態(tài)。如：剩余時(shí)間為16-30分鐘時(shí)洗滌，31-35分鐘時(shí)注水。則剩余時(shí)間33分鐘時(shí)，water為1，其他控制信息為0；剩余時(shí)間21分鐘時(shí)，wash為1，其他控制信息為0。5）譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊b接收開(kāi)關(guān)信息，a接收4位二進(jìn)制數(shù)據(jù)。q在數(shù)碼管上顯示字形。二、 程序源代碼及說(shuō)明程序代碼由主程序及5個(gè)模塊代碼組成1）主程序LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY xyj IS PORT(switch,modelselect,clkin,sorp: IN STD_LOGIC; -電源開(kāi)關(guān)、模式選擇、時(shí)鐘、開(kāi)始/暫停按鍵狀態(tài)的輸入 waterstate,washstate,drainstate,drystate,alarmout: OUT STD_LOGIC; -注水程序、洗滌程序、排水程序、脫水程序、警報(bào)狀態(tài)的輸出 switchstate,spstate,state,currentmodel,timedecade,timeunit: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -工作狀態(tài)、工作模式、剩余時(shí)間的輸出END ENTITY xyj;ARCHITECTURE behave OF xyj ISCOMPONENT model -調(diào)用開(kāi)關(guān)與模式選擇模塊 PORT(a,b: IN STD_LOGIC; c: OUT STD_LOGIC; e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT model; COMPONENT count -調(diào)用計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊 PORT(clk,a: IN STD_LOGIC; time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); alarm: OUT STD_LOGIC; outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT count; COMPONENT BCD7 -調(diào)用譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊 PORT(b: IN STD_LOGIC; a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) ); END COMPONENT BCD7; COMPONENT startpause -調(diào)用開(kāi)始/暫停模塊 PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC; startorpause: OUT STD_LOGIC; e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT startpause; COMPONENT control -調(diào)用控制模塊 PORT(a,b: IN STD_LOGIC; time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC; act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT control; SIGNAL sig1,sig2,sigBCD7_1,sigBCD7_2,sigBCD7_3,sigBCD7_4,sigBCD7_5,sigBCD7_6:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SIGNAL aout,bout:STD_LOGIC;BEGINU1: model PORT MAP(a=switch,b=modelselect,c=aout,y=sigBCD7_1,time1=sig1,time2=sig2,e=sigBCD7_5); U2: startpause PORT MAP(a=aout,b=sorp,clk=clkin,startorpause=bout,e=sigBCD7_6); U3: control PORT MAP(a=aout,b=sorp,time1=sigBCD7_2,time2=sigBCD7_3,water=waterstate,wash=washstate,drain=drainstate,dry=drystate,act=sigBCD7_4); U4: count PORT MAP(a=aout,clk=bout,time1=sig1,time2=sig2,alarm=alarmout,outtime1=sigBCD7_2,outtime2=sigBCD7_3); U5: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_1,q=currentmodel); U6: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_2,q=timedecade); U7: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_3,q=timeunit); U8: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_4,q=state); U9: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_5,q=switchstate); U10: BCD7 PORT MAP(b=aout,a=sigBCD7_6,q=spstate);END ARCHITECTURE behave;2）開(kāi)關(guān)與模式選擇模塊LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY model IS -開(kāi)關(guān)與模式選擇模塊 PORT(a,b: IN STD_LOGIC; -定義開(kāi)關(guān)和模式選擇按鍵的輸入 c: OUT STD_LOGIC; -洗衣機(jī)工作開(kāi)關(guān)的輸出 e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); -定義所需時(shí)間/min，time1為十位，time2為各位END ENTITY model;ARCHITECTURE behave OF model ISBEGIN PROCESS(a,b) BEGIN IF(a=1)THEN -開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)執(zhí)行 CASE b IS WHEN 1 = y=0001;time1=0110;time2 y=0010;time1=0001;time2=0000; -模式2：10分鐘 END CASE; c=1;e=0001; -開(kāi)關(guān)開(kāi)啟且模式選擇完畢，開(kāi)始工作 ELSE y=0000;time1=0000;time2=0000; c=0;e startorpause=clk;e startorpause=0;e=0000; END CASE; ELSIF(a=0)THEN startorpause=0;e=0000; END IF; END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;4）計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY count IS -計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊 PORT(clk,a: IN STD_LOGIC; time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); alarm: OUT STD_LOGIC; outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY count;ARCHITECTURE behave OF count ISSIGNAL intime11 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0000;SIGNAL intime22 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=0000;SIGNAL intime3 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):=01; -intime3與intime4聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)變量的合理賦值SIGNAL intime4 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):=00;BEGINPROCESS(time1) -此段的作用為當(dāng)模式更改時(shí)，令變量重新賦值 BEGIN IF(time1/=0110)THEN intime3=10;ELSIF(time1/=0001)THENintime3=11;ELSE intime3=01;END IF; intime11=time1;intime22=time2;END PROCESS; PROCESS(clk,intime3,intime4)VARIABLE intime1,intime2 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGINIF(clkEVENT AND clk=1)THENIF(a=1)THENIF(intime3/=intime4)THEN -第一個(gè)PROCESS運(yùn)行時(shí)，變量被重新賦值 intime4=intime3; intime1:=intime11; intime2:=intime22;END IF; IF(intime2/=0000)THEN intime2:=intime2-1; alarm=0; ELSIF(intime1/=0000)THEN intime2:=1001; intime1:=intime1-1; alarm=0; ELSE alarm=1; END IF;outtime1=intime1;outtime201010101)THEN act01000000)THENact00110101)THENact00110000)THENact00010101)THENact00010000)THENact00000000)THENact=0100; -脫水ELSE act=0000; END IF; ELSE act=0000;END IF;ELSE act water=1;wash=0;drain=0;dry water=0;wash=1;drain=0;dry water=0;wash=0;drain=1;dry water=0;wash=0;drain=0;dry water=0;wash=0;drain=0;dry q q q q q q q q q q q=0000000; END CASE; ELSE q=1111110; END IF; END PROCESS; END behav;三、 仿真結(jié)果及分析首先對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行仿真：1）開(kāi)關(guān)與模式選擇模塊1、 仿真結(jié)果表明，只有a為1時(shí)，輸出變化。但a為1的一瞬間便已有了模式，這不符合洗衣機(jī)的操作流程，所以在之后的模塊中寫(xiě)入了控制其輸出變化的程序。2、 仿真考慮多種情況，如：a變換時(shí)、a為0且b變化時(shí)等，輸出皆符合所需。2）開(kāi)始/暫停模塊1、 仿真結(jié)果表明，只有a為1時(shí)，輸出變化，產(chǎn)生受b控制的脈沖信號(hào)。2、 仿真考慮多種情況，如：a變換時(shí)、a為0且b變化時(shí)等，輸出皆符合所需。3）計(jì)數(shù)器與警報(bào)模塊模塊運(yùn)行完全符合所需，輸出了正確的剩余時(shí)間與alarm。4）控制模塊1、對(duì)模塊在開(kāi)關(guān)、開(kāi)始/暫停及剩余時(shí)間變化下控制的仿真。2、仿真結(jié)果表明，暫停時(shí)（b為0），洗衣進(jìn)程停止，開(kāi)始時(shí)，進(jìn)程繼續(xù)； 3、仿真模擬了“暫停-切換模式-開(kāi)始”的進(jìn)程，輸出符合所需。5）譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊1、對(duì)模塊在開(kāi)關(guān)及輸入控制下的輸出仿真。2、仿真