數(shù)字電路實驗-洗衣機程序設計.doc

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); END 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; -數(shù)碼管譯碼變量SIGNAL CLK: STD_LOGIC; -分頻時鐘輸出BEGINPROCESS(CLOCK)BEGINIF (CLOCKEVENT AND CLOCK=1) THEN -分頻模塊TMP=TMP + 1;IF (TMP=999) THENTMP=0;CLKMODEMODEMODEMODEMODEMODE=000;END CASE;END IF;STATE = MODE;-選擇洗衣模式BUZZER TEMP = 0 ;TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP = 25 ;TIME TEMP = 40 ; TIME TEMP = 0 ;TIME TEMP= 0 ; TIME= 0;END CASE ;ELSE IF ( PAUSE = 0) THEN -設置暫停信號IF ( CLKEVENT AND CLK = 1 AND TIME/=0) THENTIME = TIME - 1 ; -時間自減IF ( TIME=1 ) THENSTATE =000;BUZZERSTATE = 110;TEMP STATE = 100;TEMP 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 q q q q q q q q q q modemodemodemodemodemode=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 ( clkevent and clk = 1 and time/=0) thentime = time - 1 ;if ( time=1 ) then state =000;buzzerstate = 110;temp state = 100;temp 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?；谏蟼€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 q q q q q q q q q 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、器件清單硬件：1 計算機；2 直流穩(wěn)壓電源；3 EDA 開發(fā)板及相應元器件。軟件：Quartus的相應版本。六、遇到的情況本次數(shù)字電路的設計實驗是一次綜合性實驗，是對上學期數(shù)字電路實驗知識的全方位考察，所以在實驗的過程中不免遇到一些問題及故障。下面對實驗中所遇到的問題進行分析。首先對于本試驗的狀態(tài)轉換模塊的設計一開始沒有想到采用三位二進制數(shù)的表示方法，所以對于五種狀態(tài)只是采用了一個十進制的變量，但采用后發(fā)現(xiàn)這種表示方法對于實現(xiàn)洗衣過程中的狀態(tài)顯示將變得十分困難，后來經(jīng)過思考發(fā)現(xiàn)利用三位二進制數(shù)表示模式不但同樣易于轉換模式同時可以方便的用三個發(fā)光二極管顯示洗衣狀態(tài)。第二點就是在仿真的過程中，雖然需要觀察的幾個波形都十分符合預期，但是其中幾個波形的仿真圖會出現(xiàn)個別的冒險。盡管并不影響下載到EDA實驗板上的顯示效果，但并不十分完善。第三點就是下載到EDA實驗板上的問題，為了將數(shù)字顯示到七段數(shù)碼管上，需要將數(shù)字的七位譯碼連接到數(shù)碼管的七個管角，但連接后發(fā)現(xiàn)數(shù)字顯示完全錯誤，經(jīng)過分析所顯示出的錯誤圖形的七位譯碼發(fā)現(xiàn)本EDA實驗板的共陰數(shù)碼管的七個管角與所譯的七位碼正好反接了，后經(jīng)過調整即可正常顯示所需數(shù)字。