1、D、漂洗和脱水;E、洗涤、漂洗和脱水全过程。(3) 用发光二极管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,应有声音提示使用者,并保持在停止状态,直至再次开始。(4) 用点阵动画显示洗衣机工作过程中进水、波轮或滚筒转动、排水和甩干等的工作情况,四种工作情况的动画显示要有区别且尽可能的形象。(5) 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。1.2. 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。2. 系统设计 2.1. 设计思路按照实验要求,整个系统可按功
2、能分为时钟分频、逻辑控制、按键功能、蜂鸣器报警、数码管显示、LED显示、点阵显示。设计思路是先完成分频和逻辑控制的基本功能,在此基础上加入按键控制、报警和几个显示功能。2.1.1 输入部分:设置了外部时钟,开始信号,暂停/继续信号,状态选择信号。2.1.2 控制部分:(1) 分频进程,将外部输入的50MHz时钟信号分频为1Hz和500Hz时钟信号,应用于倒计时计数和扫频;(2) 逻辑控制进程,在符合前提条件的情况下,根据预置的状态对输入数据进行分析判断,对应相应过程的洗衣,并完成不同状态的转变,将改变的输出信号送至输出部分显示;(3) 按键防抖动进程,避免在切换瞬间,因按键的来回弹跳对信号造成
3、误操作;(4) 按键状态控制进程,判断按键前一状态来确定下一状态。2.1.3 输出部分:(1) LED显示进程,显示当前选择的洗衣状态。(2) 数码管计数扫频及显示进程,将各个洗衣状态对应的时间及倒计时情况进行显示;(3) 点阵动画行扫描、计时及显示进程,根据不同的洗衣状态设计不同动画,并进行显示;(4) 报警进程,通过判断本次洗衣过程是否结束来发出报警信号。2.2. 总体框图2.2.1 总体框图2.2.2 MOS图2.2.3 流程图2.3.分块设计2.3.1 分频进程(1) 进程说明分频程序由2个程序来实现,利用分频的思想,从50MHz经过分频模块,得到1Hz和500Hz的时钟信号,其中1H
4、z的时钟信号用于其他进程的计时,500Hz时钟信号用于数码管扫频、点阵行扫频、按键防抖等进程。(2) 信号说明clock:输入的时钟信号;clk:第一个进程分频后1Hz的时钟信号,每触发一次高电平时间为1秒;clk1:第二个进程分频后500Hz的时钟信号。2.3.2 逻辑控制进程为整个程序的主体,在输入拨码的高电平上升沿触发时,进行不同洗衣模式的切换;根据选择的洗衣模式,确定洗衣的时间。与led及点阵相关的代码是之后写进去的,为了逻辑思考的方便和减少代码量没有重新写进程。长状态(比如70秒的全过程)中三个分状态的切换,通过一个计时器、一个计数器和一个变量来完成。在倒计时开始后,变量记录下一个分
5、状态的时间长,在状态切换时赋值给倒计时变量;同时,在倒计时开始后,点阵时间计数器开始计时,在小过程动画切换时间点,计数器计数,用于控制点阵显示进程。LED显示的实现为直接把选择状态的二进制码进行赋值。 1Hz时钟信号;start、pause: 作为前提判断条件;state:洗衣状态对应的二进制码;time:倒计时时间变量;temp:记录下一状态时间的变量;add:点阵计时变量;point:计数器,记录当前时间对应的动画状态。2.3.3 按键防抖进程按键防抖动模块负责暂停/继续按键的防抖动功能。按键是机械式开关结构,在开关切换的瞬间会在接触点出现来回弹跳的现象,这种弹跳现象可能造成误动作而影响到
6、正确性,当按下按键一次然后松开后,实际产生的按键信号跳动了多次,经过取样信号的检查后将会造成误判。因此必须加上弹跳消除电路,避免误操作信号的发生。以500Hz信号为时钟输入,变量m作为状态计数,当按键输入信号为高电平时,在时钟上升沿m加1,当m大于20时,即按键时间超过40ms时记为按键有效,把处理后信号赋值为高电平;否则按键无效,把处理后信号赋值为低电平。clk2:分频后500Hz时钟信号;pause_in:原始输入的按键信号;pause:输出的防抖动的按键信号;2.3.4 按键状态控制进程按键状态控制进程负责暂停/继续按键处理后的的电平状态切换。按键和拨码不同处在于松手后按键恢复低电平,因
7、此要持续时间保持或改变电平状态,需要另写一进程进行控制。使用变量pa作为0/1计数,开始洗衣后,在防抖处理后的信号的上升沿时进行判断,若pa为1则维持暂停,输出低电平信号,同时pa赋值0;若pa为0.说明此时状态为暂停,按键后应该继续洗衣,所以输出高电平信号,同时pa赋值0。输出的信号就是其他进程中使用的暂停/继续信号。start:开始信号;pause1:输入的防抖动按键信号;输出的保持状态按键信号。2.3.5 数码管显示进程数码管显示选定洗衣状态的总时间以及倒计时的情况。六个七段数码管中选择了两个来显示秒数的十位和个位,实际上轮流点亮而非一起点亮,通过使用扫频时钟信号和计数器来完成扫描,因为
8、扫描频率足够大,利用人眼效应会使人感觉两个数码管同时亮。 分频后500Hz时钟信号;cnt:扫频计数器,直接控制cat5.0和t的切换;倒计时过程中的当前时间;cat5.0:数码管显示位,”111011”和”110111”随扫频信号反复切换;t:十位、个位要显示的数字,随扫频信号反复切换;distime4.0:表示6个数码管将要显示的数字。2.3.6 报警器进程 使用1Hz信号时钟,在时钟上升沿判断当前状态,如果一个状态已结束,即state为”000”,则报警信号赋值为高电平,利用循环来限定蜂鸣器出响时间,出响时间即为计数器初值。选定的洗衣状态;alarm:报警输出信号,高电平为出响;alar
9、mtime:计数器,控制报警出响时间;2.3.7 点阵进程 负责显示不同洗衣过程对应的图案。可选择的每个洗衣状态中包含进水、洗衣、漂洗、排水、甩干多个小过程,需要一个计数器控制每个小过程的时间,分析实验要求发现每个小过程的时间都是5秒的倍数,所以把每个小动画设计成5秒一个周期的循环动画。 与数码管显示同理,点阵的变化显示也需要通过扫频处理,需要设置专门的计数器负责扫行计数。通过计数器产生点阵扫描,对行信号轮流进行扫描,为高电平的列信号表示被扫描行中对应列二极管发光。当扫描频率足够大时,可以让人以为不同行的二极管同时点亮。 点阵的动画设计部分,设定了五种动画对应五个不同的小状态,设置变量记录当前
10、时间对应的触发状态,进而控制点阵显示。start、pause、state:作为前提判断条件;periodtime:5s计时器,每个小过程的动画周期;runnum:扫行计数器;计数器,记录当前时间对应的动画状态;row 7.0:点阵列变量;colorg 7.0、colorr 7.0:点阵列变量。3. 仿真波形及波形分析 注:为方便仿真,我修改了频率,并把每个进程提取出来分别进行了仿真。3.1 分频部分3.1.1 仿真波形图 3.1.2 仿真使用代码3.1.3 仿真波形分析 进程p1分频系数为10,进程q2分频系数为20。关于count的IF语句描述了一个计数模值为10的计数器,该计数器每一个计数
11、周期结束,信号clk翻转一次,这样信号clk的周期为时钟信号clock周期的10倍,实现了对clock的10分频。20分频同理。实际实验中使用的是50MHz和500Hz的分频。3.2 状态转换部分3.2.1 仿真波形图3.2.2 仿真使用代码3.2.3 仿真波形分析 初始状态为“000”,当模式选择开关高电平的上升沿到来时,状态改变一次。输出的LED状态显示依次为 001、010、100、100、110、111、000。3.3 按键部分3.3.1 仿真波形图3.3.2 仿真使用代码3.3.3 仿真波形分析执行语句的条件为开始开关处于高电平,pause_in是输入的按键信号,当输入按键信号高电平
12、持续时间大于3个时钟信号,输出pause1信号的为高电平,pause1信号才有效;否则,当输入按键信号高电平持续时间小于3个时钟信号,如第640ns之后的按键高电平信号,没有触发有效的pause1信号,即实现了防抖的功能。第一个pause_in高电平信号之后,即pause1信号第一次置为高电平时,输出高电平的pause信号,进入暂停状态,此信号就是在其他进程中使用的最终信号;pause1信号第二次置为高电平时,输出低电平的pause信号,继续开始。3.4数码管部分3.4.1 仿真波形图3.4.2 仿真使用代码3.4.3 仿真波形分析以40秒模式为例。执行语句的条件为开始开关处于高电平,观察仿真
13、波形可以看到扫频时钟信号每触发一次高电平,扫行信号cat在110111和111011之前切换一次。clk为计时信号,clk2为扫频信号,频率做了修改以便于仿真。为了方便观察,我把原代码中的distime变量的改为了distime_ge和distime_shi两个变量。distime_ge为数码管显示的个位,可以看到,以cat信号两次高电平为周期,distime_ge的值变化一次,为1111011、111111111100001011111101101101100111111001110110101100001111110,即从9到0递减;distime_shi为数码管显示的十位,可以看到distime_shi先是显示,即最初的数字4,开始倒计时后显示,即数字3,在十个clk时钟信号后变成,即数字2。3.5报警器部分3.5.1 仿真波形图3.5.2 仿真使用代码3.5.3 仿真波形分析在state为“000”,即结束状态时,alarm为高电平,时间为4个时钟信号的长度,即蜂鸣器发出了4秒声响。state为其他值是alarm均为低电平。在时钟上升沿判断,当state为“000”时,进入计数循环,变量值从0累加到4时以后赋给alarm高电平。3.6点阵时间分配部分3.6.1 仿真波形图
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