北郵簡易電磁爐控制器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告【整理版】.doc

數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 目錄 一、設(shè)計(jì)課題的任務(wù)要求二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想三、仿真波形及波形分析：四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：五、元器件清單及資源利用情況六、故障及問題分析七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和心得體會八、源程序 數(shù)電設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)微波爐控制器一、設(shè)計(jì)課題的任務(wù)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易微波爐控制器?！净疽蟆?1、烹飪模式選擇：電磁爐的烹飪模式有火鍋、煎炒、爆炒、煲湯和蒸燉五檔可選。用 一個(gè)按鍵（BTN7 ）實(shí)現(xiàn)烹飪檔位的選擇（按下此鍵依上述順序依次變化），用點(diǎn)陣 顯示當(dāng)前的烹調(diào)檔位（火鍋顯示 H 、煎炒顯示 J 、爆炒顯示 B 、煲湯顯示 T 和蒸燉 顯示 Z ），烹調(diào)檔位的選擇按鍵同時(shí)也是加熱的開始按鍵，即烹調(diào)檔位選定的同時(shí)電磁爐就以最大功率開始加熱，沒有選擇時(shí)電磁爐處于停止?fàn)顟B(tài)，點(diǎn)陣不顯示。 2、火力調(diào)節(jié)：電磁爐的火力分5檔可調(diào)：1900W-1500W-1100W-600W-100W，用數(shù)碼管 DISP3-DISP0 顯示當(dāng)前的火力，用兩個(gè)按鍵（BTN6 和 BTN5 ）實(shí)現(xiàn)火力的增加或減少，烹調(diào)過程中，除爆炒模式外，其它模式均可以隨時(shí)可以調(diào)節(jié)火力，爆炒模式只能以最高功率加熱。 3、定時(shí)功能：用一個(gè)按鍵（BTN4 ）實(shí)現(xiàn)定時(shí)設(shè)置，按下定時(shí)鍵，蜂鳴器響一聲，每按一次定時(shí)鍵，定時(shí)時(shí)間以 5-10-30-60 秒鐘的順序依次遞增，定時(shí)設(shè)定完畢后，電磁爐開始倒計(jì)時(shí)。用數(shù)碼管 DISP5 和 DISP4 顯示定時(shí)檔位和倒計(jì)時(shí)的過程，倒計(jì)時(shí)時(shí)間到后，電磁爐自動停止加熱并關(guān)機(jī)。 4 、不進(jìn)行定時(shí)操作時(shí)，電磁爐以默認(rèn)加熱時(shí)間進(jìn)行加熱。蒸燉模式的默認(rèn)時(shí)間為20秒鐘；爆炒模式的默認(rèn)時(shí)間是 3 秒鐘，爆炒 3 秒鐘后自動返回煎炒模式；其他模式的默認(rèn)時(shí)間為 90 秒。 5、用點(diǎn)亮的發(fā)光二極管 LD4 表示開機(jī)加熱，熄滅表示關(guān)機(jī)。 6、 設(shè)置關(guān)閉鍵，任何時(shí)候按下關(guān)閉鍵即可將電磁爐關(guān)機(jī)。 提高要求：用8個(gè)LED燈作為加熱進(jìn)度顯示條，隨著加熱時(shí)間的增加勻速增加點(diǎn)亮LED燈的個(gè)數(shù)，無論加熱時(shí)間是多長，最后都必須將8個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮。增加燒烤功能，用一個(gè)鍵選擇微波或燒烤功能，用一個(gè)數(shù)碼管指示當(dāng)前處于微波還是燒烤功能。燒烤火力和加熱時(shí)間要求與微波功能相同。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本思想1、【設(shè)計(jì)過程】 1）審題，初步確定思路。2）畫出流程圖，狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。3）用VHDL語言進(jìn)行編程。適時(shí)對程序進(jìn)行修改。4）編譯成功后，進(jìn)行仿真，觀察波形圖。5）將程序下載到實(shí)驗(yàn)板上，調(diào)試各功能。6）通過計(jì)算機(jī)仿真和下載調(diào)試，發(fā)現(xiàn)問題，返回原程序進(jìn)行修改。7）進(jìn)行總體的調(diào)試，并驗(yàn)收。 2、【設(shè)計(jì)思路】 電路由烹飪模式選擇模塊、火力調(diào)節(jié)模塊、定時(shí)模塊、倒計(jì)時(shí)模塊、分頻器模塊，關(guān)機(jī)模塊，譯碼和數(shù)碼顯示電路，點(diǎn)陣顯示電路等模塊組成。1、 烹飪模式選擇模塊電磁爐的烹飪模式有火鍋、煎炒、爆炒、煲湯和蒸燉五檔可選。通過按鍵的次數(shù)來控制。將模式信息傳遞到點(diǎn)陣顯示模塊。2、火力調(diào)節(jié)模塊電磁爐的火力分 5 檔可調(diào)：1900W-1500W-1100W-600W-100W，將火力信息傳遞到數(shù)碼顯示模塊。3、定時(shí)模塊定時(shí)時(shí)間以 5-10-30-60 秒鐘的順序依次遞增。將倒計(jì)時(shí)信息傳遞到數(shù)碼顯示模塊。4、倒計(jì)時(shí)模塊微波爐以數(shù)碼管顯示的方式提示用戶當(dāng)前剩余的加熱時(shí)間。從默認(rèn)時(shí)間或者已調(diào)定時(shí)時(shí)間開始，依次減少1秒鐘。5、分頻器模塊將系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，設(shè)計(jì)一個(gè)大小合適的分頻器使得系統(tǒng)能夠正確的實(shí)現(xiàn)一秒的計(jì)時(shí)以及數(shù)碼管和點(diǎn)陣顯示掃描的掃描時(shí)鐘。6、關(guān)機(jī)模塊當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，會自動關(guān)機(jī)。當(dāng)然，按下關(guān)機(jī)鍵的時(shí)候，也可以隨時(shí)關(guān)機(jī)7、譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計(jì)時(shí)狀態(tài)直觀清晰地反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件選用LED 七段數(shù)碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅(qū)動下，依次顯示，只是掃描頻率很高，所以在人的視覺里可以看到穩(wěn)定顯示的數(shù)字符號。8、點(diǎn)陣顯示電路點(diǎn)陣的row為低電平， col為高電平的時(shí)候，相應(yīng)的點(diǎn)才可以亮。在這里逐行進(jìn)行掃描，掃描頻率很高，所以在我們看來就是靜止顯示所有的亮點(diǎn)。 3、【微波爐邏輯劃分方塊圖】 4、【狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖】1) 烹飪模式狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2)火力調(diào)節(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖3)倒計(jì)時(shí)狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖5、【流程圖】 三、仿真波形及波形分析：通過仿真軟件QUATUSII進(jìn)行仿真。1) 烹飪模式選擇模塊 當(dāng)modelSel第一次出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，開機(jī)，同時(shí)點(diǎn)陣顯示H當(dāng)modelSel第二次出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，點(diǎn)陣顯示J之后如果繼續(xù)設(shè)置modelSel的上升沿的話，就可以實(shí)現(xiàn)，五中模式的循環(huán)轉(zhuǎn)換。 ）火力調(diào)節(jié)如果fireDown出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，火力下調(diào)如果fireUp出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，火力上調(diào) 3）倒計(jì)時(shí)調(diào)節(jié)每當(dāng)timeset出現(xiàn)上升沿的時(shí)候，將會改變數(shù)碼管的較高兩位，5-10-30-60，然后繼續(xù)回到5循環(huán)。 4）power為1 的時(shí)候表示按下關(guān)機(jī)鍵，所有的數(shù)碼管，點(diǎn)陣，led都滅掉了 四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析：1）開機(jī) 2）選擇烹飪模式 3）火力調(diào)節(jié) 5）調(diào)節(jié)倒計(jì)時(shí) 6）爆炒模式轉(zhuǎn)換為煎炒模式 7）關(guān)機(jī)（BTN7） 五、元器件清單及資源利用情況（1）實(shí)驗(yàn)器材1 計(jì)算機(jī)；2 EDA 開發(fā)板及相應(yīng)元器件。（2）資源利用情況 邏輯原件：15%，引腳使用：32%?？傮w來說還是可以的。六、故障及問題分析1. 【問題】剛開始點(diǎn)陣顯示不了?！窘鉀Q方案】后來發(fā)現(xiàn)，只有row=0，col=1的時(shí)候，相應(yīng)的點(diǎn)才會亮。2. 【問題】實(shí)驗(yàn)中遇到的最大的問題，就是產(chǎn)生不了倒計(jì)時(shí)。一直都顯示00。思路都檢查了好多遍?！窘鉀Q方案】在分頻上出錯(cuò)了。分頻當(dāng)時(shí)是進(jìn)行2499999次循環(huán)。后來改成24999之后發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)可以用了。一直以為是倒計(jì)時(shí)部分寫錯(cuò)了，花費(fèi)了好多時(shí)間。3.【問題】在設(shè)置關(guān)機(jī)鍵的時(shí)候，每次關(guān)機(jī)，再開機(jī)，不能恢復(fù)到初始狀態(tài)，而是停留在關(guān)機(jī)前的狀態(tài)?！窘鉀Q方案】解決方案通過Power和ModelSel鍵控制，如果有按鍵，就恢復(fù)狀態(tài)。4.【問題】蜂鳴器剛開始是響的，但是加上消抖后，就不響了。【解決方案】也有改過代碼，但是一直沒有成功。七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)和心得體會在本次的數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)中，我選擇的題目是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)微波爐控制器。覺得電磁爐挺有意思的，心想，一定要好好去做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。但是，看到那么多功能還是有點(diǎn)懵的。第一次實(shí)驗(yàn)，老師讓我們畫流程圖，一點(diǎn)一點(diǎn)的去理思路。后來終于覺得自己可以開動了。第一次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，我便開始寫一些小段程序，比如說，數(shù)碼管顯示，點(diǎn)陣顯示等等小程序。第二次實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時(shí)候，我的小程序大部分可以運(yùn)行了。第三次實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)我的數(shù)碼管顯示電路加上就開始出錯(cuò)。解決了一整天都沒有成功。后來只能放棄，開始了一個(gè)新的思路，就是按部就班的，按照最簡單的思路去寫代碼。第四次實(shí)驗(yàn)就要驗(yàn)收了，可是我的倒計(jì)時(shí)出了問題，一直顯示不了，上面的故障分析中也有提到。后來又一點(diǎn)點(diǎn)的改代碼，一點(diǎn)點(diǎn)的去驗(yàn)證。最后終于發(fā)現(xiàn)是我的分頻有問題。書上寫的是循環(huán)2499999次，所以從來沒覺得是分頻有問題，一直找別的原因，浪費(fèi)了很多時(shí)間?？赡軐?shí)際與理論還是有一定差距的。之后又花了點(diǎn)時(shí)間，處理了一些小細(xì)節(jié)。最終驗(yàn)收成功。這次的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)還是挺多的。一、如果我能把我的代碼分塊寫的話，出現(xiàn)問題的時(shí)候也不會牽一發(fā)動全身。沒有分塊，每一個(gè)問題，解決的時(shí)候都很困難。二、分頻問題。要根據(jù)實(shí)際的板子時(shí)鐘頻率去寫代碼。而不是把書上的理解了，就照搬過來。很多時(shí)候都是要聯(lián)系實(shí)際的。三、代碼優(yōu)化問題。這次代碼寫的挺冗長的，因?yàn)閱栴}多，解決完的時(shí)候都需要馬上驗(yàn)收了，所以很多代碼，完全可以寫得更簡單的。這次代碼有386行?？偟脕碚f，實(shí)驗(yàn)還是成功的，遇到了好多問題，也有讓我焦頭爛額的時(shí)候。但是我還是堅(jiān)持了下來。我想，在實(shí)驗(yàn)成功的那一剎那，那些努力都得到了見證。 八、參考文獻(xiàn)數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教程北京郵電大學(xué)電路實(shí)驗(yàn)中心jumpjump=0;END CASE; end if; end process p1;p2:process(clk,COUNT2,setge,setshi,led,modelsel,timeset,state,beef1)begin if(clkevent and clk = 1) thenIF (timeset=1 OR sig =1) THENge=setge;shi=setshi; finish=0;end if;if COUNT2 = 49999 then COUNT2 = 0;else COUNT2 = COUNT2 + 1;end if;if(COUNT2 = 49999) then clock2 = 1;else clock2 = 0;end if;IF(clock2= 1) THEN beef=beef1;IF (led=1) THENIF(ge = 0 AND shi /= 0) THEN ge=9;shi=shi-1;ELSIF (ge = 0 AND shi = 0) THEN finish=1;ELSE ge=ge-1;END IF; END IF;end if;end if;END PROCESS p2;p3:PROCESS(clk,power,led) -電源控制BEGINIF(clkEVENT AND clk=1) THEN IF modelSel=1 THEN led=1;ELSIF (power=1 or finish=1) THEN led=0;END IF; powerled=led;END IF;END PROCESS p3;p4:PROCESS(clk,modelSel,led,jump) -烹飪模式選擇BEGINIF(clkEVENT AND clk=1) THEN temp2 =modelSel;IF(power=1 or finish=1) THEN state=s0;END IF; IF(led=1) THEN IF(jump=1) THEN state IF(modelSel=1 and temp2=0) THEN state=s1;ELSE state IF(modelSel=1 and temp2=0) THEN state=s2;ELSE state IF(modelSel=1and temp2=0) THEN state=s3;ELSE state IF(modelSel=1 and temp2=0) THEN state=s4;ELSE state IF(modelSel=1 and temp2=0) THEN state=s0;ELSE state=s4;END IF;END CASE;END IF;END IF;END IF;END PROCESS p4;p5:PROCESS(clk,state,led) -點(diǎn)陣顯示BEGINIF(clkEVENT AND clk=1) THEN IF(led=0) THEN row=11111111; col CASE fun1_tmp3 IS WHEN 0=fun1_tmp3=1; -H col=00000000; rowfun1_tmp3=2; col=00000000; rowfun1_tmp3=3; col=00100100; rowfun1_tmp3=4; col=00100100; rowfun1_tmp3=5; col=00111100; rowfun1_tmp3=6; col=00100100; rowfun1_tmp3=7; col=00100100; rowfun1_tmp3=0; col=00000000; row -J CASE fun1_tmp3 IS WHEN 0=fun1_tmp3=1; col=00000000; rowfun1_tmp3=2; col=00111100; rowfun1_tmp3=3; col=00010000; rowfun1_tmp3=4; col=00010000; rowfun1_tmp3=5; col=00010000; rowfun1_tmp3=6; col=00010100; rowfun1_tmp3=7; col=00011000; rowfun1_tmp3=0; col=00000000; row -B CASE fun1_tmp3 IS WHEN 0=fun1_tmp3=1; col=00000000;rowfun1_tmp3=2; col=00011110; rowfun1_tmp3=3; col=00100010; rowfun1_tmp3=4; col=00100010; rowfun1_tmp3=5; col=00011110; rowfun1_tmp3=6; col=00100010; rowfun1_tmp3=7; col=00100010; rowfun1_tmp3=0; col=00011110; row -T CASE fun1_tmp3 IS WHEN 0=fun1_tmp3=1; col=00000000; rowfun1_tmp3=2; col=01111100; rowfun1_tmp3=3; col=00010000; rowfun1_tmp3=4; col=00010000; rowfun1_tmp3=5; col=00010000; rowfun1_tmp3=6; col=00010000; rowfun1_tmp3=7; col=00000000; rowfun1_tmp3=0; col=00000000; row CASE fun1_tmp3 IS WHEN 0=fun1_tmp3=1; col=00000000; rowfun1_tmp3=2; col=00111110; rowfun1_tmp3=3; col=00010000; rowfun1_tmp3=4; col=00001000; rowfun1_tmp3=5; col=00000100; rowfun1_tmp3=6; col=00111110; rowfun1_tmp3=7; col=00000000; rowfun1_tmp3=0; col=00000000; row=11111110; END CASE; END CASE; END IF;END IF;END PROCESS p5;p6:PROCESS(clk,led,state,fireUp,fireDown) -火力選擇BEGINIF (clkEVENT AND clk = 1) THENtemp3=fireUp;temp4=fireDown;IF(power=1or finish=1)THEN fire=f0;END IF;IF(led=1) THEN IF(state=s2) THEN fire IF (fireUp=1 and temp3=0) THEN fire =f0; ELSIF(fireDown=1 AND temp4=0 ) THEN fire =f1; ELSE fire IF (fireUp=1 AND temp3=0) THEN fire =f0; ELSIF(temp4=0 AND fireDown=1) THEN fire =f2;ELSE fire IF (fireUp=1 AND temp3=0) THEN fire =f1; ELSIF(temp4=0 AND fireDown=1) THEN fire =f3; ELSE fire IF (fireUp=1 AND temp3=0) THEN fire =f2; ELSIF(temp4=0 AND fireDown=1) THEN fire =f4; ELSE fire IF (fireUp=1 AND temp3=0) THEN fire =f3; ELSIF(temp4=0 AND fireDown=1) THEN fire =f4; ELSE fire =f4;END IF;END CASE; END IF;END IF;END IF;END PROCESS p6;p8:PROCESS(clk,timeset,led) -時(shí)間設(shè)置BEGINIF (clkEVENT AND clk = 1) THENtemp1 IF(timeset=1 and temp1=0) THEN pre_time=t1;beef1=1;else pre_time=t0;beef1 IF(timeset=1 and temp1=0) THEN pre_time=t2;beef1=1;else pre_time=t1;beef1 IF(timeset=1 and temp1=0) THEN pre_time=t3;beef1=1;else pre_time=t2;beef1 IF(timeset=1 and temp1=0) THEN pre_time=t0;beef1=1;else pre_time=t3;beef1=0;END IF;END CASE;IF(modelSel=1)THEN pre_time=t3;end if;END IF;END IF;END PROCESS p8; p9:PROCESS(clk,led,pre_time,state,jump,timeset)-默認(rèn)時(shí)間modelSel state fun1=1 BEGINIF