数字电路实验报告 洗衣机控制器附代码及仿真波形.docx
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数字电路实验报告洗衣机控制器附代码及仿真波形
【实验任务】
●基本任务：
1.洗衣机的工作步骤为洗衣、漂洗和脱水三个过程，工作时间分别为：
洗衣20秒，漂洗25秒，脱水15秒；
2.用一个按键实现洗衣程序的手动选择：
A、单洗涤；B、单漂洗；C、单脱水；D、漂洗和脱水；E、洗涤、漂洗和脱水全过程；
3.用显示器件显示洗衣机的工作状态（洗衣、漂洗和脱水），并倒计时显示每个状态的工作时间，全部过程结束后，应提示使用者；
4.用一个按键实现暂停洗衣和继续洗衣的控制，暂停后继续洗衣应回到暂停之前保留的状态；
●提高要求：
1.三个过程的时间有多个选项供使用者选择。
2.可以预约洗衣时间。
3.自拟其它功能：
【分块设计】
【流程图】
【状态转移图】
【设计模块】
数码管代码：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYseg7IS
PORT（
start,en_app:
INSTD_LOGIC;
clk1000:
INSTD_LOGIC;
time_cnt:
ININTEGERRANGE0TO30;
app_time:
ININTEGERRANGE0TO5;
clr:
INSTD_LOGIC;
cat:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
seg:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（6DOWNTO0）
）;
ENDseg7;
ARCHITECTUREbodyofseg7OFseg7IS
SIGNALtem:
INTEGERRANGE0TO1;
SIGNALnum:
INTEGERRANGE0TO9;
SIGNALcat0:
STD_LOGIC_VECTOR（5DOWNTO0）;
BEGIN
PROCESS（clk1000）
BEGIN
IF（clk1000'EVENTANDclk1000='1'）THEN
IFstart='1'THEN
CASEtemIS
WHEN0=>cat0<="111101";num<=INTEGER（（time_cnt）MOD（10））;tem<=tem+1;
WHEN1=>cat0<="111110";num<=INTEGER（time_cnt/10）;tem<=0;
WHENOTHERS=>cat0<="111111";tem<=0;
ENDCASE;
cat<=cat0;
ELSE
IFen_app='1'THEN
CASEtemIS
WHEN0=>cat0<="111101";num<=INTEGER（（app_time）MOD（10））;tem<=tem+1;
WHEN1=>cat0<="111110";num<=INTEGER（app_time/10）;tem<=0;
WHENOTHERS=>cat0<="111111";tem<=0;
ENDCASE;
cat<=cat0;
ENDIF;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESS;
PROCESS（num,clr）
BEGIN
IFclr='1'THEN
seg<="1111110";
ELSE
CASEnumIS
WHEN0=>seg<="1111110";
WHEN1=>seg<="0110000";
WHEN2=>seg<="1101101";
WHEN3=>seg<="1111001";
WHEN4=>seg<="0110011";
WHEN5=>seg<="1011011";
WHEN6=>seg<="1011111";
WHEN7=>seg<="1110000";
WHEN8=>seg<="1111111";
WHEN9=>seg<="1111011";
WHENothers=>seg<="0000000";
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
ENDbodyofseg7;
数码管波形：
数码管的选通信号cat【0】cat【1】交替，使两位数码管交替点亮，因为人眼的延迟效果，造成同时点亮的感觉。
可以看到随着start的每一次高电平，工作状态指示灯led就会变一次数值，代表工作状态的改变，说明模式转换功能正常
选择模式代码：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYchoiceIS
PORT（nextt:
INSTD_LOGIC;
start:
INSTD_LOGIC;
s1,s2,s3:
OUTINTEGERRANGE0TO3;
led:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0））;
ENDchoice;
ARCHITECTUREbodyofchoiceOFchoiceIS
TYPEchoice_stateIS（A,B,C,D,E）;
SIGNALcs:
choice_state;
BEGIN
P1:
PROCESS（nextt）
BEGIN
IF（nextt'EVENTANDnextt='1'）THEN
IFstart='0'THEN
CASEcsIS
whenA=>s1<=1;s2<=0;s3<=0;led<="100";cs<=B;
whenB=>s1<=2;s2<=0;s3<=0;led<="010";cs<=C;
whenC=>s1<=3;s2<=0;s3<=0;led<="001";cs<=D;
whenD=>s1<=2;s2<=3;s3<=0;led<="011";cs<=E;
whenE=>s1<=1;s2<=2;s3<=3;led<="111";cs<=A;
whenothers=>null;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDIF;
ENDPROCESSP1;
ENDbodyofchoice;
选择模式波形图
控制器代码：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYcontrollerIS
PORT（
clk1s,pause:
INSTD_LOGIC;
start:
INSTD_LOGIC;
s1,s2,s3:
ININTEGERRANGE0TO3;
cl_beeper:
INSTD_LOGIC;
tim_out:
OUTINTEGERRANGE0TO30;
pause_show:
OUTSTD_LOGIC;
state_now:
OUTSTD_LOGIC_VECTOR（2DOWNTO0）;
startbeeper:
OUTSTD_LOGIC
）;
ENDcontroller;
ARCHITECTUREaOFcontrollerIS
SIGNALtim_tmp:
INTEGERRANGE0TO30;
SIGNALstate_over:
INTEGERRANGE0TO1;
SIGNALs_now,s_next,s_last:
INTEGERRANGE0TO3;
BEGIN
p1:
PROCESS（clk1s,start,cl_beeper,state_over,pause,s_now）
BEGIN
IF（clk1s'EVENTANDclk1s='1'）THEN
CASEstartIS
WHEN'0'=>
state_over<=1;
s_now<=s1;
s_next<=s2;
s_last<=s3;
WHEN'1'=>
IFstate_over=1THEN
state_over<=0;
CASEs_nowIS
WHEN0=>
CASEcl_beeperIS
WHEN'1'=>startbeeper<='0';
WHENOTHERS=>startbeeper<='1';
ENDCASE;
tim_tmp<=0;state_now<="000";
WHEN1=>tim_tmp<=20;state_now<="100";
WHEN2=>tim_tmp<=25;state_now<="010";
WHEN3=>tim_tmp<=15;state_now<="001";
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ELSE
CASEpauseIS
WHEN'0'=>
pause_show<='0';
IFtim_tmp>0THEN
tim_out<=tim_tmp;
tim_tmp<=tim_tmp-1;
ELSE
tim_out<=0;
s_now<=s_next;
s_next<=s_last;
s_last<=0;
state_over<=1;
ENDIF;
WHEN'1'=>pause_show<='1';
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDIF;
WHENOTHERS=>NULL;
ENDCASE;
ENDIF;
ENDPROCESS;
END;
控制器波形图：
分频器代码：
LIBRARYIEEE;
USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
ENTITYclk1000IS
PORT（
clkcl:
INSTD_LOGIC;
clk1000:
OUTSTD_LOGIC）;
ENDclk1000;
ARCHITECTUREbodyofclk1000OFclk1000IS
SIGNALcount1:
INTEGERRANGE0TO499;
SIGNALbuf:
STD_LOGIC;
BEGIN
P1:
PROCESS（clkcl）
BEGIN
IF（clkcl'EVENTANDclkcl='1'）THEN
IFcount1=499THEN
buf<=NOTbuf;clk1000<=buf;
ELSE
clk1000<=buf;
ENDIF;
count1<=count1+1;
ENDIF;
ENDPROCESSP1;
ENDbodyofclk1000;
分频模块波形：
【功能说明】
实现洗衣机洗涤，漂洗和脱水，持续时间分别为20秒，25秒和15秒。
用一个功能键完成不同模式的切换：
A.单洗涤；B.单漂洗；C.单脱水；D.漂洗和脱水；E.洗涤，漂洗和脱水全过程。
在所选择的程序完成之后，控制器处于停止状态。
一个拨码开关实现开始功能，另一个拨码开关实现暂停和继续洗衣的功能控制，暂停后继续洗衣能够回到暂停之前保留的状态。
用数码管以倒计时的方式显示当前状态的剩余时间。
而且每一种模式在选择的时候，其对应功能的数码灯就会点亮，而在工作的时候，其对应的数码灯就会进行有规则的闪烁，以表明正在进行的工作状态。
倒计时为0时蜂鸣器响起给予警报。
【故障分析】
1.通过按键开关选择工作模式，由于开始设计程序的时候没有过多的考虑到按键的毛刺和噪声问题，初次测试系统时，发现按键效果非常差，后来在网上查了些资料，加进了按键防抖防抖程序，按键效果好用多了，而且充分运用了拨码开关效果显著。
2.下载到电路板以后，发现状态指示灯显示异常。
当某工作状态结束以后，该状态指示灯没有熄灭，反而还在闪烁。
检查指示灯的信号并无错误。
后发现是与该信号想关联的时钟分频时没有分平均，有1的误差，结果导致此问题。
改正后问题解决。
3.下载后运行，时间倒计时为0后，蜂鸣器并没有给出报警，经多次调试仍无法解决，判定为电路板本身问题，换过电路板后运行成功且蜂鸣器给出报警。
【实验总结】
本次数电综合实验是以数电理论知识以及vhdl代码运用为基础，因为上学期做过相关的实验，本以为不会有太大的问题，结果由于相比去年的数电实验，实验难度跨度相对较大，而且vhdl以及数电理论知识已经抛到了脑后，由于实验安排比较晚已经接近期末，时间不够充裕，遇到了各种各样的问题，具体体现在了代码编写以及各模块接口的使用上。
硬件编程与之前我们学过的C语言不同。
最大的不同就是硬件语言中各段代码是并行执行的，因此之前软件编程的各种经验就不一定有用，甚至有时候还会起反作用。
还有就是调试时遇到的一些不是逻辑错误的问题，都是因为硬件语言的不同所造成的。
遇到这样的问题的时候我只能求助于同学和老师，并且去网上参考一些资料。
通过自己的学习，重新拾起了vhdl的用法和一些基本的数电理论知识。
对vhdl也有了更进一步的了解，一步步的实现编译成功，仿真成功到运行成功，这期间将数码管，led灯管脚几乎背在了脑子里面，从一个个问题的发现到一个个问题的解决，这期间是一次次的查阅资料，一次次的求助同学和老师，每一个问题的解决都是我不懈努力的结果，看着最后自己的劳动成果心中真是欣喜万分。
通过这次实验让我进一步理解了数电的基本理论知识，以及掌握vhdl的编程方法，将理论知识化为实践，亲手操作，独立思考解决问题，唯有亲身经历才能体会到其中的欣喜，只要开始就要咬着牙坚持下去，自己选择的路，跪着也要走完，当你回过头来的时候，你会发现曾经的付出和代价换回了如今的勇敢和自信，用知识武装自己，用勇气激励自己，只要肯相信自己，一切都会成功。
【参考文献】
《数字电路与逻辑设计实验教程》———北京邮电大学电路实验中心
《数字逻辑设计实验技术与EDA工具》———北京邮电大学
《数字电路EDA入门——VHDL程序实例集》———张亦华延明
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