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：教 小 昌瞬昔 顯示當 前鍬數(shù)明管 顯示開 始事 停狀態(tài)剩余時間:UtMC口：修11:1:注水2 :3: 3席4：K*數(shù)用管顯示工作鑰:Word資料運轉(zhuǎn)方式如下圖

2、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。當開關關閉時，所有輸出為 0;暫停時，除顯示開關狀態(tài)的輸出外，所有輸出為0o開關開啟后，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：-switchwaterstate rmodelselectwashstate ：clkindrainstate ：i(sorpdry state ：ala mi out *switch&Ute6 0 ispstate6 0state(6. 0，-currentm &a

3、mp;del60-timedecade|6 0timeunit6 -0inst5switch為開關信號，modelselect為開關選擇信號，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)碼管顯示的開關的狀態(tài)（0/1 ）, 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

4、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。F面介紹各模塊功能與算法:1）開關與模式選擇模塊model3Cbe3 0Jtnne13.Otime23.0J丫心0.：inst3i ! rV " "V ' 一r ' r-“ » « V» ' %", ' yF ' RB » i s>J-t V « '尸='>>a接收開關信息，b接收模式選擇信息。c輸出總電路

5、的開關信息（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為開關信息，將輸入到數(shù)碼管中顯示。timel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，將輸入到碼管中顯示。2）開始/暫停模塊startpause；:astartorpausebe(3.0elk：in5t4l|i " , s - >s 曠* -e|.、-一 “y- | - - , | t- f - -'一< -t| - - - % ,a接收開關信息，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

6、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Fti raw trail nan i，airi n i ， r r aa ran iief trail b ra rai *(:count.I*；ciKalarm1 aouttimei3r.O1 timei 3 _00Littime23 .0-，tim&23.0；insl2clk接收受開始/暫停信息調(diào)控的系統(tǒng)時序脈沖信號a接收開關信息，timel和time2分別接收洗衣時間的十位和個位alarm輸出警報信息；outtimel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

7、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，并開啟警報。4）控制模塊controlwalerwashtirneip 0time23 0draindry r533.3rinstij I 111 F j I I ! ! I l-V I I 4 I I I金 I I IJM I ! ! I I I I Bfa-* I I V -! I ! J 4 I 4 I |> I I |i«4 II用 I If > I 1-8 4 I « 4 I |. F 4 Ia接收開關信息，b接收開始/暫停信息，timel和time2分別接收剩余時間的十位和個位

8、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*?？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005）譯碼器與數(shù)碼管顯示模塊：i'BCD'7>： bq0.6，- - 33. 01:；inst匚-b接收開關信息，a接收4位二進制數(shù)據(jù)q在數(shù)碼管上顯示字形?？谳擟入£AX.產(chǎn).出宇騰/%R凡OO001111110LI “一 1OODL0L1

9、0000O0011O1101匚OO11JL11Q01E：01000110O111_| 101011Q11Q115Q10Q11111BO111111口QOP1Q0Q1111111EI1O011111O11二、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 ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY xyj ISPORT(switch,modelselect,clkin,sorp:INSTD_LOGIC;-電源開關、模式選擇、時鐘、開始/暫停按鍵狀態(tài)的輸入waters

10、tate,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(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)用開關與模式選擇模塊PORT(a,b: IN STD_LOGIC;c: OUT STD_LOG

11、IC;e,time1,time2y 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_VECTOR(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

12、 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 STD_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,

13、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;SIGNALsig1,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=>swi

14、tch,b=>modelselect,c=>aout,y=>sigBCD7_1,time1=>sig1,time2=>sig2,e=>sigBCD7_5);U2:startpausePORTMAP(a=>aout,b=>sorp,clk=>clkin,startorpause=>bout,e=>sigBCD7_6);U3:controlPORTMAP(a=>aout,b=>sorp,time1=>sigBCD7_2,time2=>sigBCD7_3,water=>waterstate,wash=&g

15、t;washstate,drain=>drainstate,dry=>drystate,act=>sigBCD7_4);U4:countPORTMAP(a=>aout,clk=>bout,time1=>sig1,time2=>sig2,alarm=>alarmout,outtime1 二>sigBCD7_2,outtime2=>sigBCD7_3);U5: BCD7 PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_1,q=>currentmodel);U6: BCD7 PORT MAP(b=>aout,

16、a=>sigBCD7_2,q=>timedecade);U7: BCD7 PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_3,q=>timeunit);U8: BCD7 PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_4,q=>state);U9: BCD7 PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_5,q=>switchstate);U10: BCD7 PORT MAP(b=>aout,a=>sigBCD7_6,q=>spstate);END ARCHITECTURE behav

17、e;2)開關與模式選擇模塊LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY model IS-開關與模式選擇模塊PORT(a,b: IN STD_LOGIC;定義開關和模式選擇按鍵的輸入c: OUT STD_LOGIC;洗衣機工作開關的輸出e,time1,time2y OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 ); 定義所需時間/min , timel為十位，time2為各位END ENTITY model;ARCHITECTURE behave OF model ISBEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a

18、='1')THEN開關開啟時執(zhí)行CASE b ISWHEN '1' => y<="0001"time1<="0110"time2<="0000”;- 模式 1： 60分鐘WHEN '0' => y<="0010"time1<="0001"time2<="0000”;- 模式 2： 10分鐘END CASE;c<='1'e<="0001"-開關開啟且模式選

19、擇完畢，開始工作ELSE y<="0000"time1<="0000"time2<="0000"c<='0'e<="0000"開關關閉時不工作END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE behave;3)開始/暫停模塊LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY startpause IS開始/暫停模塊PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC;startorpause: OUT

20、STD_LOGIC;e: OUT STD_LOGIC_VECTOR ( 3 DOWNTO 0 );END ENTITY startpause;ARCHITECTURE behave OF startpause ISBEGINPROCESS(a,b)BEGINIF(a='1')THENCASE b ISWHEN '1' => startorpause<=clk;e<="0001"WHEN '0' => startorpause<='0'e<="0000"EN

21、D 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 ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY count IS計數(shù)器與警報模塊PORT(clk,a: IN STD_LOGIC;time1,time2: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0

22、);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):="0000"SIGNAL intime3 : STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0):=&q

23、uot;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")THENintime3<="11"ELSE intime3<="01"END

24、 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 PROCESS運行時，變量被重新賦值intime4<=intime3;intime1:=intime11;intime2:=i

25、ntime22;END IF;IF(intime2/="0000")THENintime2:=intime2-'1'alarm<='0'ELSIF(intime1/="0000")THENintime2:="1001"intime1:=intime1-'1'alarm<='0'ELSE alarm<='1'END IF;outtime1<=intime1;outtime2<=intime2;END IF;END IF;END

26、PROCESS;END ARCHITECTURE behave;5)控制模塊LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;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 control;AR

27、CHITECTURE 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>"00110101")TH

28、ENact<="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>"00000000"

29、;)THENact<="0100"脫水ELSE act<="0000"END IF;ELSE act<="0000"END IF;Word資料ELSE act<="0000"END IF;CASE act ISWHEN "0001" => water<='T;wash<='0'drain<='0'dry<='0'WHEN "0010" => water<=

30、'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'WHEN OTHERS

31、 => 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;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;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

32、 TO 6) );-7 段輸出END BCD7;ARCHITECTURE behav OF BCD7 ISBEGINPROCESS (a)Word資料BEGINIF(b='1')THENCASE a(3 DOWNTO 0) ISWHEN "0000" => q<="1111110”;WHEN "0010" => q<="1101101”;WHEN "0100" => q<="0110011”;WHEN "0110" => q&l

33、t;="1011111”;WHEN "1000" => q<="1111111”;WHEN OTHERS => q<="0000000”;END CASE;ELSE q<="1111110”;END IF;END PROCESS;END behav;-BCD 7段譯碼表WHEN "0001" => q<="0110000"WHEN "0011" => q<="1111001"WHEN "010

34、1" => q<="1011011"WHEN "0111" => q<="1110000"WHEN "1001" => q<="1111011"三、仿真結果及分析首先對每個模塊進行仿真:1）開關與模式選擇模塊仿真結果表明，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：a變換時、a為0且b變化時等，輸出皆符合所需。2）開始/暫停模塊0 ps320-0

35、 H3400.J ns 曰Q.QQQQ.O h? 9E0，Q nfL加B0巡>raMM如#rtor.,.B0Ili kih 3s工皿皿皿幾皿MonmuLU皿皿皿rn皿皿皿r皿皿Jinm:配強就， . 口。由二 X ，. “. x 。歐；nnnnr.n.innnn'- 'nirnnnnnnrn.innnnnn.i.inn1、仿真結果表明，只有a為1時，輸出變化，產(chǎn)生受b控制的脈沖信號。2、仿真考慮多種情況，如：a變換時、a為0且b變化時等，輸出皆符合所需。3）計數(shù)器與警報模塊D pa BOR 幗l加但 240.0 rtifH 40&.D Kl *。0 M 540.0

36、 Prfi &。力哂 720.0自M。加電M.口 他能皿口旭1tLhii_d iiiiii _ _II% dk B&3a 也 BQ* > iimei 8 mliQ& citnez B gnoo日 口 iDiittirnei B OflC'DCUtt- 6。個cutt.n o罩OJtL .B 0三Okrtt.,BO:3 * 口uKimfe2 B DDC'D卷ortt“B0理cun.,bo%cutt.BO吟CdtL.B <D看 lOElBO口睥uJiL； hl n n n rLi_j ； i; ； 111 用 i ； : n ijn ， n 口 n n 口 n. .：n. . n.PHnn n.nn.n rm nn n.n .二，.i i i汨nnplnmmmnnjimmwwuL 4iJUUUiL JinmLU i _r ： M u 1門汴 m模塊運行完全符合所需，輸出了正確的剩余時間與alarmWdETlrrel3 00 Kitime29 OOLkOwrar3 Qk< ps 3O.£l he 16QlD ns