EDA课程设计 全自动洗衣机.docx
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EDA课程设计全自动洗衣机
EDA课程设计全自动洗衣机
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
（1）时间设置电路：
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitysettimeis
port（load:
instd_logic;
k:
instd_logic_vector（9downto0）;
o:
outstd_logic_vector（3downto0）
）;
endsettime;
architecturert1ofsettimeis
signalp1:
std_logic_vector（3downto0）;
begin
process（load）
begin
if（load'eventandload='1'）
then
casekis
when"1000000000"=>p1<="0001";
when"0100000000"=>p1<="0010";
when"0010000000"=>p1<="0011";
when"0001000000"=>p1<="0100";
when"0000100000"=>p1<="0101";
when"0000010000"=>p1<="0110";
when"0000001000"=>p1<="0111";
when"0000000100"=>p1<="1000";
when"0000000010"=>p1<="1001";
when"0000000001"=>p1<="1010";
whenothers=>p1<="0000";
endcase;
endif;
endprocess;
o<=p1;
endrt1;
（2）数码管显示
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityshowtimeis
port
（
num:
instd_logic_vector（3downto0）;
dout:
outstd_logic_vector（6downto0）
）;
endshowtime;
architecturea1ofshowtimeis
begin
withnumselect
dout<="1111110"when"0000",
"0110000"when"0001",
"1101101"when"0010",
"1111001"when"0011",
"0110011"when"0100",
"1011011"when"0101",
"1011111"when"0110",
"1110000"when"0111",
"1111111"when"1000",
"1111011"when"1001",
"0000000"whenothers;
enda1;
（3）序电路
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitySHIXUis
port（clk:
instd_logic;
TG:
instd_logic;
start:
instd_logic;
SHUCHU:
BUFFERstd_logic_VECTOR（2DOWNTO0）
）;
endSHIXU;
architecturebehavofSHIXUis
SIGNALQQ:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
begin
process（clk,tg,QQ）
begin
if（tg='1'）or（start='0'）thenshuchu<="001";QQ<="111011";
elseif（clk'event）and（clk='1'）then
ifQQ="000000"thenQQ<="111011";shuchu<="100";
elsifQQ="111010"thenshuchu<="100";
elsifQQ="100111"thenshuchu<="001";
elsifQQ="011101"thenshuchu<="010";
elsifQQ="001001"thenshuchu<="001";
endif;
QQ<=QQ-1;
endif;
endif;
ENDPROCESS;
endbehav;
⑷译码器
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entityYIMAis
port（run:
outstd_logic;
rev:
outstd_logic;
pause:
outstd_logic;
SHURU:
INstd_logic_VECTOR（2DOWNTO0）
）;
endYIMA;
architecturebehavofyimais
begin
process（shuru）
begin
caseshuruis
when"001"=>rev<='0';run<='0';pause<='1';
when"010"=>rev<='1';run<='0';pause<='0';
when"100"=>rev<='0';run<='1';pause<='0';
whenothers=>rev<='0';run<='0';pause<='1';
endcase;
endprocess;
endbehav;
（5）减法计数器
libraryieee;
useieee.std_logic_1164.all;
useieee.std_logic_arith.all;
useieee.std_logic_unsigned.all;
entitycounteris
port（start:
INstd_logic;
clk:
INstd_logic;
CHUSHItime:
INintegerrange0to15;
XIANSHItime:
OUTintegerrange0to15;
JINWEI:
BUFFERstd_logic）;
endcounter;
architecturebehavofcounteris
signalZHONGJIANtime:
integerrange0to15;
begin
process（clk）
begin
if（start='0'）thenZHONGJIANtime<=CHUSHItime;XIANSHItime<=CHUSHItime;jinwei<='0';
else
if（clk'eventandclk='1'）then
if（ZHONGJIANtime=0）thenXIANSHItime<=0;JINWEI<='1';
elseZHONGJIANtime<=ZHONGJIANtime-1;XIANSHItime<=ZHONGJIANtime;
endif;
endif;
endif;
endprocess;
endbehav;
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]赵岩岭刘春等.在MAX＋plusⅡ平台下用VHDL进行数字电路设计.西安：
西电出版社，2005
心得体会
通过这次的EDA设计，我可以说是受益良多。
看到洗衣机控制器的题目，我首先想到的是状态机的设计，因为课本上说状态机其实就是控制器，后来经过看书觉得应该是摩尔型状态机，可是自习分析后发现设计题目比较复杂，如果用状态机的思路来设计，比较困难超出了我的能力。
结合以前做课程设计（数字电路设计——交通等控制器）的经验，如果用模块化层次化的设计思路更清晰，设计起来也更容易，特别是更符合EDA设计的的流程，故自己开始设计各功能模块。
洗衣机控制器主要实几种状态的循环改变，还有计时和数码显示的功能，所以我觉得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。
在分析过程中，我遇到了不少困难，因为第一次遇到一个比较复杂的设计，刚开始不知道从哪里入手，所以借鉴了一些书和网上的资料，主要参看了赵岩岭刘春等老师编著的《在MAX＋plusⅡ平台下用VHDL进行数字电路设计》关于控制器的一些设计方法和范例，并且在无忧电子开发网（
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