數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)-簡易微波爐控制器分析解析.doc

數(shù)字電路綜合實(shí)驗(yàn)簡易微波爐控制器數(shù) 字 電 路 綜 合 實(shí) 驗(yàn)姓名： XXX 班級： XXXX 學(xué)號： XXX 班內(nèi)序號： XXX 1. 設(shè)計(jì)任務(wù)要求設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡易微波爐控制器。基本要求：1、 微波爐的火力有大、中、小三檔可選。用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)火力的選擇，用點(diǎn)陣顯示火力檔位，點(diǎn)陣的顯示隨著按鍵的按下次數(shù)而變化,沒有選擇時(shí)默認(rèn)的火力為大。2、 微波加熱時(shí)間在0-59分59秒之間可選。用4個(gè)按鍵分別設(shè)置加熱時(shí)間各位的長度，用數(shù)碼管顯示加熱時(shí)間。3、 設(shè)置一個(gè)開始鍵，按下此鍵后開始加熱。加熱過程中，用數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)顯示剩余時(shí)間。4、 加熱過程中，不能修改火力和加熱時(shí)間。5、 加熱完成后蜂鳴器至少鳴響兩聲以提醒使用者加熱已結(jié)束，加熱結(jié)束后回到等待狀態(tài)。6、 設(shè)置復(fù)位鍵，任何時(shí)候按下復(fù)位鍵可以取消加熱，回到等待狀態(tài)，只有在等待狀態(tài)下才可以修改火力和加熱時(shí)間。提高要求：1、 用8個(gè)LED燈作為加熱進(jìn)度顯示條，隨著加熱時(shí)間的增加勻速增加點(diǎn)亮LED燈的個(gè)數(shù)，無論加熱時(shí)間是多長，最后都必須將8個(gè)LED燈全部點(diǎn)亮。2、 增加燒烤功能，用一個(gè)鍵選擇微波或燒烤功能，用一個(gè)數(shù)碼管指示當(dāng)前處于微波還是燒烤功能。3、 燒烤火力和加熱時(shí)間要求與微波功能相同。4、 自擬其它功能。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)思路看到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求后，首先確定了需要使用的硬件，如數(shù)碼管、點(diǎn)陣、蜂鳴器、led燈和按鍵等。然后再分出模塊來，一步一步將功能分解成小模塊，更容易實(shí)現(xiàn)每一步的功能，容易仿真，不容易出錯(cuò)，出錯(cuò)也好查。2.2 總體框圖開始火力設(shè)置停止時(shí)間設(shè)置圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖控制器分頻模塊進(jìn)度條顯示譯碼模塊點(diǎn)陣火力顯示時(shí)間顯示火力設(shè)置時(shí)間設(shè)置初始化模塊圖2 模塊劃分控制器點(diǎn)陣火力顯示揚(yáng)聲器進(jìn)度條顯示譯碼顯示計(jì)時(shí)器分頻器時(shí)鐘開始復(fù)位設(shè)置圖3 邏輯劃分框圖開始初始化設(shè)置加熱時(shí)間，火力倒計(jì)時(shí)按下“開始”鍵？按下“復(fù)位”鍵？倒計(jì)時(shí)時(shí)間到？揚(yáng)聲器響兩次是是是否否否圖4 ASM圖等待加熱10010000圖5 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖2.3 分塊設(shè)計(jì)這里只對其中幾個(gè)模塊進(jìn)行說明，不說明的均是一些很簡單的、顯而易見的模塊。2.3.1 初始化模塊這是將整個(gè)電路的輸入信號轉(zhuǎn)化成適合程序處理和計(jì)算的信號或變量，再輸出到其他模塊中進(jìn)行計(jì)算。每當(dāng)時(shí)鐘檢測到摸個(gè)信號變?yōu)楦唠娖胶?，便對這個(gè)信號進(jìn)行處理，比如輸出信號自身加1，或置0。2.3.2 減計(jì)數(shù)計(jì)時(shí)模塊由于在加熱過程中，不允許設(shè)置時(shí)間和火力，所以對reset鍵進(jìn)行了特別的設(shè)置。還有就是最核心的倒計(jì)時(shí)程序了。我分別檢測秒、十秒、分、十分4位的剩余時(shí)間，進(jìn)行減計(jì)數(shù)或借位等設(shè)置。當(dāng)檢測到4位的時(shí)間均為0時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束。并輸出一個(gè)結(jié)束信號，控制蜂鳴器報(bào)警（這部分在蜂鳴器模塊詳細(xì)說明）。2.3.3 點(diǎn)陣顯示火力模塊我用三色點(diǎn)陣顯示火力，點(diǎn)陣左側(cè)是火苗，火苗大小表示火力大小，右側(cè)是一個(gè)火力條，火力條的高低表示火力大小。我設(shè)置里兩個(gè)行向量分別控制紅色和綠色的led小燈亮暗，設(shè)置列向量進(jìn)行列掃描，要亮起的一行置0，其余全部置1。效果很漂亮。2.3.4 數(shù)碼管顯示模塊這模塊主要是和數(shù)據(jù)選擇模塊一起用。根據(jù)書上數(shù)碼管顯示數(shù)字對應(yīng)的高低電平設(shè)置好表格就好了，然后根據(jù)輸入信號來選擇需要顯示的數(shù)字，根據(jù)已經(jīng)寫好的對應(yīng)的高低電平，就可以正常顯示了。2.3.5 蜂鳴器報(bào)警模塊這個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)的功能雖然很簡單，但是我卻遇到了不少困難。首先遇到的困難是下載成功的同時(shí)蜂鳴器馬上就報(bào)警，于是我在倒計(jì)時(shí)模塊中加入了加熱停止信號，在所有位都為0時(shí)，該信號置1。但是還不成功，蜂鳴器在我按下start鍵后就響起來了，并不是在計(jì)時(shí)結(jié)束才響，我就又加了一個(gè)輸入信號，末位一定不總是0才允許蜂鳴器報(bào)警。接下來又遇到了新的問題，就是蜂鳴器不是響3下就停止報(bào)警，而是一個(gè)周期一個(gè)周期重復(fù)這3下報(bào)警，我又加了報(bào)警檢測信號，計(jì)算報(bào)警的6秒時(shí)間結(jié)束后，強(qiáng)制將蜂鳴器置0 。問題才解決。3. 仿真波形及波形分析3.1 初始化文件first圖6 初始化文件仿真波形輸入為時(shí)鐘信號clk，時(shí)間設(shè)置信號s3s0，火力設(shè)置信號ffire。輸出波形為時(shí)間計(jì)數(shù)信號o4o1和火力大小信號firest。3.2 減計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)模塊 jianjishu圖7 減計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)模塊仿真波形輸入為秒時(shí)鐘信號clk，開始start，復(fù)位res，時(shí)間輸入信號in4in1。輸出信號為時(shí)間輸出信號out4out1，蜂鳴器響起信號light和兩個(gè)倒計(jì)時(shí)結(jié)束信號c、d。3.3 點(diǎn)陣顯示火力模塊 fires圖8 點(diǎn)陣顯示火力模塊仿真波形（三色小火）輸入為時(shí)鐘信號clk，復(fù)位res，火力大小信號firee。輸出為行掃描信號r，紅色燈列向量red，黃色led燈列向量yellow。如果將圖順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，則可以看出red和yellow信號成一個(gè)小火苗狀，火苗左側(cè)為矮的小火力顯示條。圖9 點(diǎn)陣顯示火力模塊仿真波形（三色中火）輸入為時(shí)鐘信號clk，復(fù)位res，火力大小信號firee。輸出為行掃描信號r，紅色燈列向量red，黃色led燈列向量yellow。如果將圖順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，則可以看出red和yellow信號成一個(gè)小中苗狀，火苗左側(cè)為矮的中火力顯示條。圖10 點(diǎn)陣顯示火力模塊件仿真波形（三色大火）輸入為時(shí)鐘信號clk，復(fù)位res，火力大小信號firee。輸出為行掃描信號r，紅色燈列向量red，黃色led燈列向量yellow。如果將圖順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90，則可以看出red和yellow信號成一個(gè)大火苗狀，火苗左側(cè)為矮的大力顯示條。（注意紅色red和黃色yellow重疊起來看?。?.4 進(jìn)度條顯示模塊進(jìn)度條圖11 進(jìn)度條顯示模塊件仿真波形輸入為時(shí)鐘信號clk，復(fù)位res，設(shè)置的加熱時(shí)間i4i1，倒計(jì)時(shí)剩余時(shí)間c4c1。輸出為8個(gè)led燈向量ledd。從圖中可以看出，隨著剩余時(shí)間的減少，8個(gè)LED燈逐漸亮起。3.5 蜂鳴器報(bào)警模塊 beep圖12 蜂鳴器報(bào)警模塊件仿真波形輸入信號為clk時(shí)鐘信號，十秒位歸零但秒位不歸零信號kzero，倒計(jì)時(shí)結(jié)束信號zero。當(dāng)兩個(gè)信號都被置1后，蜂鳴器報(bào)警3聲，然后停止報(bào)警。4. 源程序4.1 頂層文件 toplibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity top isport(rest,clk1,miao0,miao1,fen0,fen1,startt,fire,st:in std_logic; lighto:out std_logic; row:out std_logic_vector(7 downto 0); sel:out std_logic_vector(5 downto 0); seg,redd,yel,led:out std_logic_vector(7 downto 0);end;architecture three of top iscomponent fenpin is port(clk:in std_logic; -分頻 outclk,outclk2:out std_logic );end component;component first isport(clk,res,s0,s1,s2,s3,ffire:in std_logic; -初始化數(shù)據(jù) o1,o2,o3,o4:out std_logic_vector(3 downto 0); firest:out std_logic_vector(1 downto 0);end component;component jianjishu isport(clks,start,res:in std_logic; in1,in2,in3,in4:in std_logic_vector(3 downto 0); -減計(jì)數(shù) light,c,d:out std_logic; out1,out2,out3,out4:out std_logic_vector(3 downto 0); end component;component choice isport(clk:std_logic; f1,f2,f3,f4,f5:in std_logic_vector(3 downto 0); o1:out std_logic_vector(2 downto 0); -位選 o2:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component view isport(-screen:in std_logic; f1:in std_logic_vector(2 downto 0); f2:in std_logic_vector(3 downto 0); -顯示輸出 segout:out std_logic_vector(7 downto 0); selout:out std_logic_vector(5 downto 0);end component;component fires isport(res,clk:in std_logic; firee:in std_logic_vector(1 downto 0); red:out std_logic_vector(7 downto 0); yellow:out std_logic_vector(7 downto 0); r:out std_logic_vector(7 downto 0);end component;component shaokao isport(clk,set:in std_logic;o2:out std_logic_vector(3 downto 0);end component;component beep isport(clks,zero,kzero:in std_logic; light:out std_logic);end component;component jindutiao isport(clk,res:in std_logic; i1,i2,i3,i4,c1,c2,c3,c4:in std_logic_vector(3 downto 0); ledd:out std_logic_vector(7 downto 0);end component;component doudong isport(clk,res,min10,min1,sec10,sec1,huo,moshi:in std_logic;resn,min10n,min1n,sec10n,sec1n,huon,moshin:out std_logic);end component;signal b,c,d,e,f,g,h,i,j,k:std_logic_vector(3 downto 0);signal a,pp,zc,rest11,min1011,min111,sec1011,sec111,huo11,moshi11,clk22:std_logic;signal q:std_logic_vector(2 downto 0);signal fir:std_logic_vector(1 downto 0);signal p:std_logic_vector(3 downto 0);beginu1: fenpin port map (clk=clk1,outclk2=clk22,outclk=a);u2: first port map (clk=clk1,res=rest11,o1=b,o2=c,o3=d,o4=e,s0=sec111,s1=sec1011,s2=min111,s3=min1011,ffire=huo11,firest=fir);u3:jianjishu port map (clks=a,start=startt,res=rest,in1=b,in2=c,in3=d,in4=e,out1=f,out2=g,out3=h,out4=i,c=zc,d=pp);u4:choice port map (clk=clk22,f1=f,f2=g,f3=h,f4=i,f5=k,o1=q,o2=p);u5:view port map (f1=q,f2=p,segout=seg,selout=sel);u6:fires port map (clk=clk22,res=rest11,firee=fir,red=redd,yellow=yel,r=row);u7:shaokao port map (clk=clk1,set=moshi11,o2=k);u8:beep port map (clks=a,zero=zc,light=lighto,kzero=pp);u9:jindutiao port map(clk=clk1,res=rest,i1=b,i2=c,i3=d,i4=e,c1=f,c2=g,c3=h,c4=i,ledd=led);u10:doudong port map(clk=clk1,res=rest,min10=fen1,min1=fen0,sec10=miao1,sec1=miao0,huo=fire,moshi=st,resn=rest11,min10n=min1011,min1n=min111,sec10n=sec1011,sec1n=sec111,huon=huo11,moshin=moshi11);end three;4.2 分頻器 fenpinlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fenpin is port(clk:in std_logic; outclk,outclk2:out std_logic );end;architecture first of fenpin is signal Q1,Q2:std_logic; -signal Q2:std_logic; begin one:process(clk) variable count1:integer range 0 to 49999999; begin Q149999999 then Q1=1;count1:=0; elsif clkevent and clk=1 then count1:=count1+1; -分出1秒信號 end if; end process; two:process(clk) variable count2:integer range 0 to 2999; begin Q22999 then Q2=1;count2:=0; elsif clkevent and clk=1 then count2:=count2+1; -分出100Hz信號 end if; end process;outclk=Q1;outclk2=Q2;end; 4.3 初始化模塊 firstlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity first isport(clk,res,s0,s1,s2,s3,ffire:in std_logic; o1,o2,o3,o4:out std_logic_vector(3 downto 0); firest:out std_logic_vector(1 downto 0);end;architecture two of first issignal q1,q2,q3,q4:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(clk,res,q4)variable ss:std_logic_vector(3 downto 0);variable f:std_logic_vector(1 downto 0);beginif (clkevent and clk=1)then ss(0):=s0;ss(1):=s1;ss(2):=s2;ss(3):=s3;if res=1 then q1=0000;q2=0000;q3=0000;q4=0000;firest if q19 then q1=q1+1;else q1 if q25 then q2=q2+1;else q2 if q39 then q3=q3+1;else q3 if q45 then q4=q4+1;else q4null;end case;end if;end if;firest=f;end process;o1=q1;o2=q2;o3=q3;o4=q4;end;4.4 減計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)模塊 jianjishulibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity jianjishu isport(clks,start,res:in std_logic; in1,in2,in3,in4:in std_logic_vector(3 downto 0); light,c,d:out std_logic; out1,out2,out3,out4:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture one of jianjishu issignal q1,q2,q3,q4:std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(start,clks,res,q4)variable a:std_logic_vector(1 downto 0);begin if res=1 then q1=in1;q2=in2;q3=in3;q4=in4; -對信號都清零設(shè)置 elsif q4=(in4-15) or start=0 then light=0; -當(dāng)q4=15或start=0時(shí)不進(jìn)行減計(jì)數(shù)，同時(shí)LED不亮 elsif start=1 then -當(dāng)start=1時(shí)LED點(diǎn)亮同時(shí)開始倒計(jì)時(shí)if (clksevent and clks=1 )then if (in1-q1)=0 then q1=(in1-9);q2=q2+1;else q1=q1+1;end if; -q1開始為0，當(dāng)q1=in1時(shí)，對q1賦值為（in1-9），為負(fù)數(shù),-同時(shí)對q2進(jìn)行加1，那么（in2-q2）就可以視線減1，若不是那么q1=q1+1,可以實(shí)現(xiàn)-（in1-q1）從9開始的倒計(jì)數(shù)if (in2-q2)=0 and (in1-q1)=0 then q3=q3+1;q2=(in2-5);q1=(in1-9);end if; -當(dāng)輸出out1=0和out2=0時(shí)進(jìn)位減1，同時(shí)out1=9，out2=5；if (in3-q3)=0 and (in2-q2)=0 and (in1-q1)=0 then q4=q4+1;q3=(in3-9);q2=(in2-5);q1=(in1-9);d=1;end if;if (in4-q4)=0 and (in3-q3)=0 and (in2-q2)=0 and (in1-q1)=0 thenq4=in4;q3=in3;q2=in2;q1=in1;c=1; end if; -當(dāng)所有計(jì)數(shù)完畢end if;end if;end process;out1=(in1-q1);out2=(in2-q2);out3=(in3-q3);out4=(in4-q4);end;4.5 數(shù)據(jù)選擇器 choicelibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity choice isport(clk:in std_logic; f1,f2,f3,f4,f5:in std_logic_vector(3 downto 0); o1:out std_logic_vector(2 downto 0); o2:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture one of choice issignal q:std_logic_vector(2 downto 0);beginprocess(clk,q)beginif clkevent and clk=1 then q o2 o2 o2 o2 o2 null;end case;end process;o1=q; -位選信號end;4.6 數(shù)碼管顯示模塊 viewlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity view isport(-screen:in std_logic; f1:in std_logic_vector(2 downto 0); f2:in std_logic_vector(3 downto 0); segout:out std_logic_vector(7 downto 0); selout:out std_logic_vector(5 downto 0);end;architecture one of view issignal seg:std_logic_vector(6 downto 0);signal sel:std_logic_vector(5 downto 0);beginselout=sel;segout(6 downto 0)=seg;sel=111110 when f1=0 else 111101 when f1=1 else 111011 when f1=2 else -相應(yīng)的數(shù)據(jù)選擇對應(yīng)的位進(jìn)行輸出 110111 when f1=3 else 101111 when f1=4 else 111111;segout(7) seg seg seg seg seg seg seg seg seg seg seg segnull;end case;end process;end;4.7 點(diǎn)陣顯示火力library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity fires isport(res,clk:in std_logic; firee:in std_logic_vector(1 downto 0); red:out std_logic_vector(7 downto 0); yellow:out std_logic_vector(7 downto 0); r:out std_logic_vector(7 downto 0);end fires;architecture a of fires issignal d0,d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7:std_logic_vector(7 downto 0);signal c0,c1,c2,c3,c4,c5,c6,c7:std_logic_vector(7 downto 0);signal rv:std_logic_vector(3 downto 0);begin-red-d0=X00when firee=10else -hig power -1X00when firee=01else -mid power -1X00when firee=00else -low power -1X00;d1=X00when firee=10else -hig power -2X00when firee=01else -mid power -2X00when firee=00else -low power -2X00; d2=X20when firee=10else -hig power -3X00when firee=01else -mid power -3X00when firee=00else -low power -3X00; d3=X77when firee=10else -hig power -4X07when firee=01else -mid power -4X00when firee=00else -low power -4X00; d4=X77when firee=10else -hig power -5X27when firee=01else -mid power -5X00when firee=00else -low power -5X00; d5=Xfbwhen firee=10else -hig power -6X73when firee=01else -mid power -6X20when firee=00else -low power -6X00; d6=Xdbwhen firee=10else -hig power -7Xfbwhen firee=01else -mid power -7X73when firee=00else -low power -7X00; d7=X51when firee=10else -hig power -8X71when firee=01else -mid power -8X71when firee=00else -low power -8X00; -yellow-c0=X0fwhen firee=10else -hig power -1X00when firee=01else -mid power -1X00when firee=00else -low power -1X00; c1=X0fwhen firee=10else -hig power -2X00when firee=01else -mid power -2X00when firee=00else -low power -2X00; c2=X07when firee=10else -hig power -3X00when firee=01else -mid power -3X00when firee=00else -low power -3X00; c3=X07when firee=10else -hig power -4X07when firee=01else -mid power -4X00when firee=00else -low power -4X00; c4=X27when firee=10else -hig power -5X07when firee=01else -mid power -5X00when firee=00else -low power -5X00; c5=X73when firee=10else -hig power -6X03when firee=01else -mid power -6X00when firee=00else -low power -6X00; c6=X70when firee=10else -hig power -7X20when firee=01else -mid power -7X00when firee=00else -low power -7X00; c7=X20when firee=10else -hig power -8X20when firee=01else -mid power -8X20when firee=00else -low power -8X00; process (clk,res)beginif(res=1) thenred=X00;yellow=X00;rv=1000;elsif(clkevent and clk=1)thenif(rv=0111)thenrv=0000;elservred=d0;yellow=c0; rred=d1;yellow=c1; rred=d2;yellow=c2; rred=d3;yellow=c3; rred=d4;yellow=c4; rred=d5;yellow=c5; rred=d6;yellow=c6; rred=d7;yellow=c7; rred=Xff;yellow=Xff; rnull; end case;end if;end process;end a; 4.8 切換微波/燒烤模式模塊 shaokaolibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity shaokao isport(clk,set:in std_logic; o2:out std_logic_vector(3 downto 0);end;architecture a of shaokao issignal q:integer range 0 to 1;beginprocess(clk,set)beginif clkevent and clk=1 thenif set=0 then q=0;else qo2o2null;end case;end if;end if;end process;end a;4.9 蜂鳴器報(bào)警模塊library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity beep isport(clks,zero,kzero:in std_logic; light:out std_logic);end;architecture one of beep issignal p :std_