基于VHDL的洗衣機控制器設計

1、.數(shù)字系統(tǒng)設計與硬件描述語言期末考試作業(yè)題目：洗衣機控制器的設計學院：電子信息工程學院專業(yè)：物聯(lián)網(wǎng)工程學號：3014204328姓名：劉涵凱2016-12-10.一、選題設計描述1. 功能介紹洗衣機控制器，能夠?qū)崿F(xiàn)開始與暫停、注水，洗滌、排水、脫水和警報提醒的功能，并且可以隨時更改洗衣模式。洗衣機提供兩種模式：模式1：注水 - 洗滌 -排水-注水 - 洗滌 -排水 -脫水；模式2：脫水。洗衣模式?jīng)Q定洗衣時間。默認模式為模式2。洗衣機界面如下圖所示：運轉(zhuǎn)方式如下圖所示：.2. 算法簡介總程序描述： 總程序通過調(diào)用5 種模塊，在洗衣機控制器輸入變化時，立刻轉(zhuǎn)換模式并產(chǎn)生對應輸出。當開關(guān)關(guān)閉時，所有

2、輸出為 0；暫停時，除顯示開關(guān)狀態(tài)的輸出外，所有輸出為 0。開關(guān)開啟后，設置洗衣模式，之后按下“開始”即可開始工作。在洗衣機控制器輸入變化時，立刻轉(zhuǎn)換模式并產(chǎn)生對應輸出。電子元器件模型如下圖所示：switch 為開關(guān)信號， modelselect為開關(guān)選擇信號， clkin 為系統(tǒng)時序脈沖信號， sorp 為開始 /暫停信號。waterstate為注水程序的工作狀態(tài)， washrstate為洗滌程序的工作狀態(tài)， drainstate為排水程序的工作狀態(tài)， drystate 為脫水程序的工作狀態(tài)。alarmout 為警報提醒的狀態(tài)。switchstate 為數(shù)碼管顯示的開關(guān)的狀態(tài)（ 0/1），

3、spstate為數(shù)碼管顯示的開始 /暫停的狀態(tài) (0/1)， state 為數(shù)碼管顯示的洗衣機工作狀態(tài) (04)，currentmodel 為數(shù)碼管顯示的當前模式 (02)， timedecade為數(shù)碼管顯示的剩余時間的十位， timeunit 為數(shù)碼管顯示的剩余時間的個位。下面介紹各模塊功能與算法：1）開關(guān)與模式選擇模塊.a 接收開關(guān)信息， b 接收模式選擇信息。c 輸出總電路的開關(guān)信息（開啟洗衣機并且設置完畢電路后，即可準備工作，等待“開始”信號）。e 為開關(guān)信息，將輸入到數(shù)碼管中顯示。time1 與 time2 分別代表洗衣時間的十位和個位，將輸入到計數(shù)器與警報模塊中。y 為模式信息，將

4、輸入到碼管中顯示。2）開始 /暫停模塊a 接收開關(guān)信息， b 接收開始 /暫停信息， clk 接收系統(tǒng)時序脈沖信號。startorpause輸出受開始 /暫停信息調(diào)控的系統(tǒng)時序脈沖信號。y 為開始 /暫停信息，將輸入到碼管中顯示。3）計數(shù)器與警報模塊.clk 接收受開始 /暫停信息調(diào)控的系統(tǒng)時序脈沖信號， a 接收開關(guān)信息，time1 和 time2 分別接收洗衣時間的十位和個位。alarm 輸出警報信息；outtime1 和 outtime2 分別為剩余時間的十位和個位， 將輸入到數(shù)碼管中顯示， 同時將輸入到控制模塊中。在脈沖信號的控制下，剩余時間逐漸減少，當剩余時間為 0 時，停止減小，并

5、開啟警報。4）控制模塊a 接收開關(guān)信息， b 接收開始 /暫停信息， time1 和 time2 分別接收剩余時間的十位和個位。water、wash、 drain、 dry 分別輸出注水、洗滌、排水、脫水的控制信息。act 為模塊內(nèi)部使用的BUFFER 量?？刂颇K根據(jù)剩余時間的多少決定工作狀態(tài)。如：剩余時間為 16-30 分鐘時洗滌， 31-35 分鐘時注水。則剩余時間 33 分鐘時， water 為 1，其他控制信息為 0；剩余時間 21 分鐘時， wash 為 1，其他控制信息為 0。5）譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊b 接收開關(guān)信息， a 接收 4 位二進制數(shù)據(jù)。q 在數(shù)碼管上顯示字形。.二、

6、程序源代碼及說明程序代碼由主程序及5 個模塊代碼組成1）主程序LIBRARY IEEE ;ENTITY xyj ISPORT(switch,modelselect,clkin,sorp:INSTD_LOGIC;-電源開關(guān)、模式選擇、時鐘、開始/暫停按鍵狀態(tài)的輸入waterstate,washstate,drainstate,drystate,alarmout:OUTSTD_LOGIC;-注水程序、洗滌程序、排水程序、脫水程序、警報狀態(tài)的輸出switchstate,spstate,state,currentmodel,timedecade,timeunit:OUTSTD_LOGIC_VECTOR

7、(6 DOWNTO 0);-工作狀態(tài)、工作模式、剩余時間的輸出END ENTITY xyj;ARCHITECTURE behave OF xyj ISCOMPONENT model-調(diào)用開關(guān)與模式選擇模塊PORT(a,b: IN STD_LOGIC;c: OUT STD_LOGIC;e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT model;COMPONENT count -調(diào)用計數(shù)器與警報模塊 PORT(clk,a: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTO

8、R(3 DOWNTO 0);alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT count;.COMPONENT BCD7-調(diào)用譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊PORT(b: IN STD_LOGIC;a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) );END COMPONENT BCD7;COMPONENT startpause -調(diào)用開始 /暫停模塊 PORT(a,b,clk: IN ST

9、D_LOGIC;startorpause: OUT STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END COMPONENT startpause;COMPONENT control -調(diào)用控制模塊 PORT(a,b: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC;act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT control;SIGNA

10、Lsig1,sig2,sigBCD7_1,sigBCD7_2,sigBCD7_3,sigBCD7_4,sigBCD7_5,sigBCD7_6:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL aout,bout:STD_LOGIC;BEGINU1:modelPORTMAP(a=>switch,b=>modelselect,c=>aout,y=>sigBCD7_1,time1=>sig1,time2=>sig2,e=>sigBCD7_5);U2:startpausePORTMAP(a=>aout,b=>sorp,clk=

11、>clkin,startorpause=>bout,e=>sigBCD7_6);U3:controlPORTMAP(a=>aout,b=>sorp,time1=>sigBCD7_2,time2=>sigBCD7_3,water=>waterstate,wash=>washstate,drain=>drainstate,dry=>drystate,act=>sigBCD7_4);U4:countPORTMAP(a=>aout,clk=>bout,time1=>sig1,time2=>sig2,alar

12、m=>alarmout,outtime1=>sigBCD7_2,outtime2=>sigBCD7_3);U5: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_1,q=>currentmodel);U6: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_2,q=>timedecade);U7: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_3,q=>timeunit);U8: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_4,q=>st

13、ate);U9: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_5,q=>switchstate);U10: BCD7PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_6,q=>spstate);END ARCHITECTURE behave;2）開關(guān)與模式選擇模塊LIBRARY IEEE ;ENTITY model IS-開關(guān)與模式選擇模塊.PORT(a,b: IN STD_LOGIC;-定義開關(guān)和模式選擇按鍵的輸入c: OUT STD_LOGIC;-洗衣機工作開關(guān)的輸出e,time1,time2,y: OUT STD_LOGIC_

14、VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); - 定義所需時間 /min， time1 為十位， time2 為各位END ENTITY model;ARCHITECTURE behave OF model ISBEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a='1')THEN-開關(guān)開啟時執(zhí)行CASE b ISWHEN '1' => y<="0001"time1<="0110"time2<="0000" - 模式 1：60 分鐘WHEN '0' => y

15、<="0010"time1<="0001"time2<="0000" - 模式 2：10 分鐘END CASE;c<='1'e<="0001"-開關(guān)開啟且模式選擇完畢，開始工作ELSE y<="0000"time1<="0000"time2<="0000"c<='0'e<="0000"-開關(guān)關(guān)閉時不工作END IF;END PROCESS;END

16、 ARCHITECTURE behave;3）開始 /暫停模塊LIBRARY IEEE ;ENTITY startpause IS-開始 /暫停模塊PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC;startorpause: OUT STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); END ENTITY startpause;ARCHITECTURE behave OF startpause IS BEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a='1')THENCASE b ISWHEN '1' =&g

17、t; startorpause<=clk;e<="0001"WHEN '0' => startorpause<='0'e<="0000"END CASE;ELSIF(a='0')THENstartorpause<='0'e<="0000"END IF;END PROCESS;.END ARCHITECTURE behave;4）計數(shù)器與警報模塊LIBRARY IEEE ;ENTITY count IS -計數(shù)器與警報模塊 PORT

18、(clk,a: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);alarm: OUT STD_LOGIC;outtime1,outtime2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY count;ARCHITECTURE behave OF count ISSIGNAL intime11 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):="0000"SIGNAL intime22 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0):=&

19、quot;0000"SIGNAL intime3 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):="01" -intime3 與 intime4 聯(lián)系，實現(xiàn)變量的合理賦值SIGNAL intime4 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):="00"BEGINPROCESS(time1)-此段的作用為當模式更改時，令變量重新賦值BEGINIF(time1/="0110")THENintime3<="10"ELSIF(time1/="0001"

20、)THENintime3<="11"ELSE intime3<="01"END IF;intime11<=time1;intime22<=time2;END PROCESS;PROCESS(clk,intime3,intime4)VARIABLE intime1,intime2 : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINIF(clk'EVENT AND clk='1')THENIF(a='1')THENIF(intime3/=intime4)THEN -第一個

21、PROCESS運行時，變量被重新賦值 intime4<=intime3;intime1:=intime11;intime2:=intime22;END IF;IF(intime2/="0000")THENintime2:=intime2-'1'alarm<='0'ELSIF(intime1/="0000")THEN.intime2:="1001"intime1:=intime1-'1'alarm<='0'ELSE alarm<='1'

22、;END IF;outtime1<=intime1;outtime2<=intime2;END IF;END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;5）控制模塊LIBRARY IEEE ;ENTITY control IS-控制模塊PORT(a,b: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);water,wash,drain,dry: OUT STD_LOGIC;act: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);END ENTITY co

23、ntrol;ARCHITECTURE behave OF control ISBEGINPROCESS(time1,time2)BEGINIF(a='1')THENIF(b='1')THENIF(time1&time2>"01010101")THENact<="0001"-注水ELSIF(time1&time2>"01000000")THENact<="0010"-洗滌ELSIF(time1&time2>"0011010

24、1")THENact<="0011"-排水ELSIF(time1&time2>"00110000")THENact<="0001"-注水ELSIF(time1&time2>"00010101")THENact<="0010"-洗滌ELSIF(time1&time2>"00010000")THENact<="0011"-排水ELSIF(time1&time2>"

25、;00000000")THENact<="0100"-脫水ELSE act<="0000"END IF;.ELSE act<="0000"END IF;ELSE act<="0000"END IF;CASE act ISWHEN "0001" => water<='1'wash<='0'drain<='0'dry<='0' WHEN "0010" =

26、> water<='0'wash<='1'drain<='0'dry<='0'WHEN "0011" => water<='0'wash<='0'drain<='1'dry<='0' WHEN "0100" => water<='0'wash<='0'drain<='0'dry<='1

27、'WHEN OTHERS => water<='0'wash<='0'drain<='0'dry<='0'END CASE;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;6）譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊LIBRARY IEEE;ENTITY BCD7 IS-譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊PORT(b: IN STD_LOGIC;a: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-數(shù)據(jù)輸入q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) );-7

28、段輸出END BCD7;ARCHITECTURE behav OF BCD7 ISBEGINPROCESS (a)BEGINIF(b='1')THENCASE a(3 DOWNTO 0) IS- BCD 7 段譯碼表WHEN "0000" => q<="1111110"WHEN "0001" => q<="0110000"WHEN "0010" => q<="1101101"WHEN "0011" =&g

29、t; q<="1111001"WHEN "0100" => q<="0110011"WHEN "0101" => q<="1011011"WHEN "0110" => q<="1011111"WHEN "0111" => q<="1110000"WHEN "1000" => q<="1111111"WHEN "1001" => q<="1111011"WHEN OTHERS => q<="0000000"END CASE;ELSE q<="1111110"END IF;END PROCESS;END behav;三、仿真結(jié)果及分析首先對每個模塊進行仿真：.1）開關(guān)與模式選擇模塊1、 仿真結(jié)果表明，只有a 為 1 時，輸出變化。但a 為 1 的一瞬間便已有了模式，這不符合洗衣機的操作流程，所以在之后的模塊中寫入了控制其輸出變化的程序。2、 仿真考慮多種情況，如