數(shù)字電路實驗洗衣機程序設計

1、數(shù)字電路與邏輯設計實驗報告題目: 洗衣機控制器設計 一、洗衣機控制器要求設計制作一個全自動洗衣機的控制器：_ 洗衣機的工作步驟為洗衣、漂洗和脫水三個過程，工作時間分別為：洗衣20秒，漂洗30 秒，脫水15 秒；_ 用一個按鍵實現(xiàn)洗衣程序的手動選擇：A、單洗滌；B、單漂洗；C、單脫水；D、漂洗和脫水；E、洗滌、漂洗和脫水全過程；_ 用顯示器件顯示洗衣機的工作狀態(tài)（洗衣、漂洗和脫水），并倒計時顯示每個狀態(tài)的工作時間，全部過程結束后，應提示使用者；_ 用一個按鍵實現(xiàn)暫停洗衣和繼續(xù)洗衣的控制，暫停后繼續(xù)洗衣應回到暫停之前保留的狀態(tài)；_ 選做：三個過程的時間有多個選項供使用者選擇。_ 選做：可以預約洗衣

2、時間。_ 選做：自擬其它功能。二、系統(tǒng)設計基本思想電路由模式選擇、計數(shù)器、報警模塊以及譯碼驅動電路和數(shù)字顯示電路等模塊組成。1、模式選擇模塊五種洗衣模式可供用戶選擇，模式選擇模塊將用戶的選擇信息傳遞到控制模塊。2、減計數(shù)計數(shù)器模塊計數(shù)器洗衣以倒計時模塊的方式提示用戶當前剩余的洗衣時間，該計數(shù)器能讀取不同的模值進行計數(shù)。計時單位為一秒鐘。3、譯碼和數(shù)碼顯示電路譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計時狀態(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動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號。4、報警模塊當系統(tǒng)運行到“報警”狀態(tài)時，蜂鳴器將會報警，時間為5 秒。4、分頻

3、器模塊設計一個大小合適的分頻器使得系統(tǒng)能夠正確的實現(xiàn)一秒的計時。三、總體設計圖以及轉移圖流程圖示：狀態(tài)選擇開始信號輸入變量A為1YESNO進行洗滌變量B為1YESNO進行漂洗變量C為1YES進行脫水NO完成洗衣后報警提示完成總體邏輯設計圖：控制器分頻器OSC時間計數(shù)器洗滌漂洗脫水譯碼時間顯示ClkClk1料庫Clk2T15 T20T25Cnt clr報警Pause 狀態(tài)選擇譯碼狀態(tài)轉移圖示：WAITA1進行洗滌進行漂洗A0B=1B0B1進行脫水A0B=0C1C0完成洗衣報警提示管腳設計圖：仿真情況：簡要說明：本次仿真執(zhí)行的是第五個狀態(tài)即洗滌、漂洗和脫水全過程。通過此仿真可以發(fā)現(xiàn)當輸出選擇模式信

4、號change時，洗衣機模式開始發(fā)生變化。輸入第一個change信號的時候進入單洗滌狀態(tài)，輸入第二個change信號進入單漂洗狀態(tài)，輸入第三個change信號進入了單脫水的狀態(tài)，輸入第四個change信號進入了脫水和漂洗的狀態(tài)，當輸入最后一個change信號的時候進入洗滌、漂洗和脫水的全狀態(tài)。而在選擇每個狀態(tài)的同時時間信號（q0、q1、q2、q3、q4、q5、q6）也發(fā)生變化，顯示出每個狀態(tài)時的時間。而設定的led燈（cat0、cat1）則依次閃亮。當start開始后change信號不再起作用，而系統(tǒng)進入了運行狀態(tài)，時間開始逐秒變化。當程序最終運行結束后，進入報警狀態(tài)，sound開始顯示為高電

5、平，而時間均為0。（特別說明：由于本實驗分2次去做，管腳設定的時候進行了新建工程，代碼粘貼過去的，實體名字取得和第二周驗收時候不一致，不是其他原因。）四、代碼示例LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.ALL;ENTITY xiyiji ISPORT(START: INSTD_LOGIC;PAUSE: INSTD_LOGIC;-暫停信號CLOCK: INSTD_LOGIC;Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -數(shù)碼管顯示信號CAT: OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0) -數(shù)碼管選通信號); EN

6、D xiyiji;ARCHITECTURE washer OF xiyiji ISSIGNAL STATE: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL MODE: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);SIGNAL TEMP: INTEGER RANGE 45 DOWNTO 0; -時間中間變量SIGNAL TIME: INTEGER RANGE 60 DOWNTO 0; -倒計時時間SIGNAL TMP: INTEGER RANGE 999 DOWNTO 0; -分頻變量SIGNAL MA: INTEGER RANGE 9 DOWNTO 0;

7、 -數(shù)碼管譯碼變量SIGNAL CLK: STD_LOGIC; -分頻時鐘輸出BEGINPROCESS(CLOCK)BEGINIF (CLOCK'EVENT AND CLOCK='1') THEN -分頻模塊TMP<=TMP + 1;IF (TMP=999) THENTMP<=0;CLK<= NOT CLK;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS (START,CLK,PAUSE,CHANGE)-洗衣控制進程BEGINIF ( START = '0' ) THEN -開始前模式選擇模塊IF(CHANGE

8、9;EVENT AND CHANGE='1') THENCASE MODE ISWHEN "000"=>MODE<="001" WHEN "001"=>MODE<="010" WHEN "010"=>MODE<="100"WHEN "100"=>MODE<="110"WHEN "110"=>MODE<="111"WHEN

9、OTHERS=>MODE<="000"END CASE;END IF;STATE <= MODE;-選擇洗衣模式BUZZER <= '0'CASE STATE IS-設置模式時間以及中間變量的值WHEN "001" =>TEMP <= 0 ;TIME <= 20;WHEN "010" =>TEMP <= 0 ;TIME <= 25;WHEN "100" =>TEMP <= 0 ;TIME <= 15;WHEN "

10、110" =>TEMP <= 25 ;TIME <= 40;WHEN "111" =>TEMP <= 40 ; TIME <= 60;WHEN "000" =>TEMP <= 0 ;TIME <= 0;WHEN OTHERS =>TEMP<= 0 ; TIME<= 0;END CASE ;ELSE IF ( PAUSE = '0') THEN -設置暫停信號IF ( CLK'EVENT AND CLK = '1' AND TIME/=

11、0) THENTIME <= TIME - 1 ; -時間自減IF ( TIME=1 ) THENSTATE <="000"BUZZER<= '1'-蜂鳴信號啟動ELSIF ( TIME = TEMP ) THEN -洗衣中模式的切換CASE STATE ISWHEN "111" =>STATE <= "110"TEMP <= 20;WHEN "110" =>STATE <= "100"TEMP <= 0;WHEN OTHER

12、S =>TEMP <= 0 ;STATE <= "000"END CASE;END IF;END IF;END IF;END IF;MODEEND <= STATE; -中間變量賦值給結果變量END PROCESS;PROCESS (CLOCK,TIME)BEGINIF (CLOCK='1') THEN -提取十位數(shù)CAT<="111110" -數(shù)碼管選通END IF;END PROCESS;process (MA) -將數(shù)字譯碼為七段共陰數(shù)碼管碼begin case MA iswhen 1 => q

13、<= "0110000" ;when 2 => q <= "1101101" ;when 3 => q <= "1111001" ;when 4 => q <= "0110011" ;when 5 => q <= "1011011" ;when 6 => q <= "1011111" ;when 7 => q <= "1110000" ;when 8 => q <=

14、"1111111" ;when 9 => q <= "1111011" ;when others => q <= "1111110"end case;end process;end washer; -洗衣機控制器結束首先根據(jù)實驗題目的要求可以將洗衣機控制器分解成為如下的幾個模塊：洗衣機模式選擇、計數(shù)器、報警模塊以及譯碼驅動電路和數(shù)字顯示電路。1、模式選擇模塊：總共五種洗衣模式可供用戶選擇，模式選擇模塊將用戶的選擇信息傳遞到控制模塊，這個模式選擇模塊將在洗衣機的開始按鍵start按下前進行模式選擇。基本思路是每有

15、個脈沖模式改變一次，算上初始閑置模式共為六種其間進行循環(huán)改變，通過case語句在start為零時每接到change信號的一次改變，通過三位二進制數(shù)改變至下一狀態(tài)。如此即可實現(xiàn)循環(huán)形式的模式選擇模塊。其簡要代碼如下：If(change'event and change='1') thencase mode iswhen "000"=>mode<="001" when "001"=>mode<="010" when "010"=>mode<

16、="100"when "100"=>mode<="110"when "110"=>mode<="111"when others=>mode<="000"end case;2、減計數(shù)計數(shù)器模塊計數(shù)器洗衣以倒計時模塊的方式提示用戶當前剩余的洗衣時間，該計數(shù)器能讀取不同的模值進行計數(shù)。計時單位為一秒鐘。首先，由于需要數(shù)碼管的顯示，又要實現(xiàn)單位為一秒鐘的倒計時所以必要對于系統(tǒng)時鐘的分頻器。主要過程是設計一個總的時間變量稱之為TIME，每個時鐘上升沿

17、一到就對此變量減一，如此首先在系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)時間的自減。自減是在沒有暫停信號且開始信號為一的情況下進行的。另外我設計了一個中間變量，在不同的狀態(tài)對其進行不同的賦值，并使其與我設計的總時間變量進行比較，然后將比較結果送給模式的另一個中間變量即可實現(xiàn)洗衣過程中的狀態(tài)變化顯示。減計數(shù)器及其和中間量的比較的簡要代碼如下：if ( pause = '0') thenif ( clk'event and clk = '1' and time/=0) thentime <= time - 1 ;if ( time=1 ) then state <="

18、;000"buzzer<= '1' elsif ( time = temp ) then case state iswhen "111" =>state <= "110"temp <= 20;when "110" =>state <= "100"temp <= 0;when others =>temp <= 0 ;state <= "000"end case;3、 譯碼和數(shù)碼顯示電路：譯碼和數(shù)碼顯示電路是將計時

19、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動下，顯示出清晰、直觀的數(shù)字符號。首先，由于需要數(shù)碼管的顯示，又要實現(xiàn)單位為一秒鐘的倒計時所以必要對于系統(tǒng)時鐘的分頻器。基于上個學期進行的基礎數(shù)字電路vhdl學習，分頻器是十分基礎的模塊易于設計。又因為需要通過兩位數(shù)碼管顯示當前倒計時的時間，同時當前倒計時的時間是兩位數(shù)所以利用倒計時時間TIME除以10可以得到時間的十位，再用其MOD十即可得到時間的個位，然后將要顯示的數(shù)與七段數(shù)碼管的七個管角相匹配，最后將這兩個數(shù)分別賦給兩個數(shù)碼管并使兩個數(shù)碼管交替顯示就實現(xiàn)了對于倒計時的譯碼電路，以下是譯碼

20、和數(shù)碼顯示電路的簡要代碼：if (clock='1') then ma<=time/10; cat<="111101"else ma<=time mod 10; cat<="111110"end if;process (ma)begincase ma is when 1 => q <= "0110000" ; when 2 => q <= "1101101" ; when 3 => q <= "1111001" ; wh

21、en 4 => q <= "0110011" ; when 5 => q <= "1011011" ; when 6 => q <= "1011111" ; when 7 => q <= "1110000" ; when 8 => q <= "1111111" ; when 9 => q <= "1111011" ; when others => q <= "1111110" end case;end process;4、報警模塊：報警模塊是洗衣機系統(tǒng)的最后一個模塊，即任何一個洗衣狀態(tài)執(zhí)行完成后倒計時為零時，系統(tǒng)運行到“報警”狀態(tài)，蜂鳴器將會報警，時間為5 秒。其設計相對比較簡單，只是需要加入一個蜂鳴器信號BUZZER，并且使其再TIME倒計時總時間為零時，提供一個上升沿信號即可。五、器