數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)家用空調(diào)溫度控制器設(shè)計(jì)

1、數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：家用空調(diào)溫度控制器一 設(shè)計(jì)題目的要求： 家用空調(diào)溫度控制器的功能為： 1、室內(nèi)溫度可由按鍵設(shè)置，溫度的設(shè)置范圍為20度至39度。 2、有加熱和制冷兩種工作模式。當(dāng)空調(diào)工作在加熱模式時(shí)，如果室溫低于設(shè)定溫度，空調(diào)加熱，反之，不加熱；當(dāng)空調(diào)工作于制冷模式時(shí)，如果室溫高于設(shè)定溫度，空調(diào)制冷，反之空調(diào)不制冷。 3、對(duì)室內(nèi)溫度用兩位數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。二 設(shè)計(jì)方案及其工作原理： 總的設(shè)計(jì)框圖如下：本電路由控制核心cpu、按鍵、4位鎖存器、數(shù)碼管7位譯碼器電路組成。cpu：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收；室溫和設(shè)定溫度的比較；工作模式選擇；顯示數(shù)據(jù)的輸出；加熱制冷信號(hào)的控制；報(bào)警信號(hào)的輸出

2、等。按鍵：負(fù)責(zé)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度，設(shè)置溫度的升高與降低。鎖存器：將cpu輸出的顯示信號(hào)鎖存，防止干擾，將信號(hào)送給譯碼器。譯碼器：將BCD碼譯成數(shù)碼管顯示用的高低電平。工作原理在reset信號(hào)作用下，設(shè)定溫度寄存器賦初值，初值為26度，通過(guò)add（溫度升）和down（溫度減）來(lái)步進(jìn)調(diào)整設(shè)定溫度（步進(jìn)為一）。按鍵（key）模塊通過(guò)seta和setb輸出端口將設(shè)定溫度傳給cpu。cpu接收到設(shè)定溫度后將其與由溫度傳感器傳來(lái)的室溫xy比較，將比較結(jié)果標(biāo)志存在寄存器（flag）中。讀取用戶工作模式（mod=1時(shí)為加熱，mod=0時(shí)為制冷）。在加熱模式狀態(tài)下，根據(jù)flag的值給出加熱控制寄存器heat賦值；在制

3、冷模式狀態(tài)下，根據(jù)flag的值給制冷狀態(tài)寄存器cool賦值。cpu還將設(shè)置溫度與設(shè)置溫度范圍比較，將比較結(jié)果標(biāo)志存在報(bào)警寄存器flag_high（超上界寄存器）和flag_low（超下界寄存器）。cpu還將室溫和設(shè)定溫度分別存放在室溫寄存器和設(shè)定溫度寄存器中。最后，cpu將寄存器的值通過(guò)各端口輸出。各鎖存器將數(shù)據(jù)鎖存后在時(shí)鐘信號(hào)的作用下將鎖存信號(hào)輸出給譯碼器，譯碼器再把BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示的高低電平，數(shù)碼管顯示出室溫和設(shè)置溫度。Led燈接到有效信號(hào)后點(diǎn)亮，指示設(shè)定溫度是否越界（led_settoohigh表示設(shè)置溫度過(guò)高；led_settoolow表示設(shè)置溫度過(guò)低）。三 各單元電路設(shè)計(jì)：1

4、、cpu設(shè)計(jì) cpu框圖如下：disp_outx：室溫十位輸出顯示disp_outy：室溫個(gè)位輸出顯示disp_outa：設(shè)置十位輸出顯示disp_outb：設(shè)置個(gè)位輸出顯示cool：制冷輸出信號(hào)heat：加熱輸出信號(hào)led_settoohigh：設(shè)定溫度超越上限報(bào)警led_settoolow：設(shè)定溫度超越下限報(bào)警x：室溫十位輸入y：室溫個(gè)位輸入a：設(shè)定溫度十位輸入b：設(shè)定溫度個(gè)位輸入mod：用戶加熱制冷模式選擇clk:時(shí)鐘脈沖flag：室溫和設(shè)置溫度比較標(biāo)志位寄存器flag_high：設(shè)置溫度超越上界標(biāo)志位寄存器flag_low：設(shè)置溫度超越下界標(biāo)志位寄存器2、按鍵（key）設(shè)計(jì) 按鍵（ke

5、y）框圖如下：seta 輸出溫度設(shè)定十位setb 輸出溫度設(shè)定個(gè)位add 設(shè)定溫度加一down 設(shè)定溫度減一clk 時(shí)鐘信號(hào)reset復(fù)位信號(hào)（用于寄存器賦初值）3、鎖存器設(shè)計(jì) 鎖存器框圖如下：data：鎖存數(shù)據(jù)輸入qout：鎖存數(shù)據(jù)輸出clk： 時(shí)鐘信號(hào)4、譯碼器設(shè)計(jì) 譯碼器框圖如下：D4： 譯碼器BCD碼輸入信號(hào)a,b,c,d,e,f,g：譯碼器輸出信號(hào)（輸入給數(shù)碼管）四 模擬仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析：因整體仿真驗(yàn)證結(jié)果不易說(shuō)明效果，故將各模塊仿真結(jié)果予以分析。1、cpu仿真結(jié)果 cpu仿真結(jié)果如圖：分析：前兩個(gè)周期，用戶模式為加熱模式（mod=1）室溫<設(shè)定溫度，加熱（heat=1）；5

6、6周期用戶模式為制冷（mod=0），室溫>設(shè)定溫度，制冷（cool=1）；第79周期設(shè)置溫度<20度，超越下界報(bào)警（led_settoolow=1）；第1012周期，設(shè)置溫度>39度，超越上界報(bào)警（led_settoohigh=1）。2、鍵盤仿真結(jié)果鍵盤仿真結(jié)果如圖：分析：前2周期，reset=1，設(shè)置溫度被設(shè)為26度，第510周期，add=1，設(shè)置溫度每周期遞增一；第1220周期down=1，設(shè)置溫度每周期遞減一，2127周期，沒(méi)有增加和減少信號(hào)，溫度穩(wěn)定在24度。3、鎖存器仿真結(jié)果鎖存器仿真結(jié)果如圖：分析：如圖，在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿將data中數(shù)據(jù)從qout輸出。4、譯碼器

7、仿真結(jié)果譯碼器仿真結(jié)果如圖：分析：D4輸入8時(shí)，abcdefg為：1111111，D4輸入為7時(shí)，abcdefg為：1110000，符合數(shù)碼管顯示規(guī)則。下圖為整個(gè)頂層結(jié)果仿真圖（部分），僅供參考：五 總結(jié)體會(huì)：在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題；但也學(xué)習(xí)到了很多平時(shí)上課不曾接觸到的東西、不懂的知識(shí)。了解到了具體的大工程是如何生成的、進(jìn)一步掌握并熟悉了verilog HDL語(yǔ)言，同時(shí)也學(xué)會(huì)了同學(xué)之間相互的團(tuán)結(jié)和協(xié)作。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我懂得一個(gè)工程，必須先要有一個(gè)總體的方案，心中要明確設(shè)計(jì)的目的，如何才能達(dá)到這個(gè)目的；然后劃分模塊，將復(fù)雜抽象的問(wèn)題具體簡(jiǎn)單化；接著逐個(gè)設(shè)計(jì)每個(gè)模塊，調(diào)試，分

8、析，再調(diào)試，直到完成各個(gè)模塊的要求為止；最終，將各個(gè)模塊整合起來(lái)，完成整體模塊，完成工程設(shè)計(jì)?？芍^受益匪淺。附錄：程序源代碼/*溫度控制cpu*/disp_outx 室溫十位輸出顯示/disp_outy 室溫個(gè)位輸出顯示/disp_outa 設(shè)置十位輸出顯示/disp_outb 設(shè)置個(gè)位輸出顯示/cool 制冷輸出信號(hào)/heat 加熱輸出信號(hào)/led_settoohigh 設(shè)定溫度超越上限報(bào)警/led_settoolow 設(shè)定溫度超越下限報(bào)警/x 室溫十位輸入/y 室溫個(gè)位輸入/a 設(shè)定溫度十位輸入/b 設(shè)定溫度個(gè)位輸入/mod 用戶加熱制冷模式選擇/clk 時(shí)鐘脈沖/flag 室溫和設(shè)置溫度

9、比較標(biāo)志位寄存器/flag_high 設(shè)置溫度超越上界標(biāo)志位寄存器/flag_low 設(shè)置溫度超越下界標(biāo)志位寄存器module cpu(disp_outx, disp_outy, disp_outa, disp_outb, cool, heat, led_settoohigh, led_settoolow,x,y,a,b,mod,clk);output3:0 disp_outx, disp_outy, disp_outa, disp_outb;output cool, heat, led_settoohigh, led_settoolow;input3:0 x,y,a,b;input mod,

10、clk;reg3:0 disp_outx, disp_outy, disp_outa, disp_outb;reg1:0 flag;reg flag_high,flag_low, cool, heat, led_settoohigh, led_settoolow;always(posedge clk)beginbegin /*設(shè)定溫度上下界標(biāo)志位判斷*/if(a>=4)beginflag_high =1;flag_low=0; /flag_high=1 設(shè)定溫度超出上界endelse if(a<2)begin flag_low=1; /flag_low=1 設(shè)定溫度超出下界flag

11、_high =0; endelse beginflag_low =0;flag_high=0; / flag_low =0 flag_high=0 設(shè)定溫度在正常范圍內(nèi)endendbegin /*室溫與設(shè)置溫度比較標(biāo)志位判斷*/if(x>a)flag=2'b01; /flag=01 室溫高于設(shè)定溫度else if(x<a) /flag=10 室溫低于設(shè)定溫度f(wàn)lag=2'b10;elsebeginif(y>b)flag=2'b01;else if(y<b)flag=2'b10;elseflag=2'b11; /flag=11 室溫

12、等于設(shè)定溫度endendbegin /*制冷、加熱輸出寄存器賦值*/if(mod)begin /mod=1 加熱模式下if(flag=2'b01) | (flag=2'b11)beginheat=0; /停止加熱cool=0;endelse if(flag=2'b10)begin /加熱heat=1;cool=0;endendelse /mod=0 制冷模式下beginif(flag=2'b10) | (flag=2'b11)begincool=0; /停止制冷heat=0;endelse if(flag=2'b01) begincool=1;

13、/制冷heat=0;endendendbegin /*顯示、報(bào)警輸出寄存器賦值*/if(!flag_high&&!flag_low) /室溫和設(shè)定溫度顯示寄存器賦值begindisp_outx=x;disp_outy=y;disp_outa=a;disp_outb=b;led_settoohigh =0;/led_settoohigh =0 led_settoolow=0 設(shè)定溫度在正常范圍led_settoolow=0;endelse if(flag_high&&!flag_low) /設(shè)定溫度超越上界報(bào)警寄存器賦值beginled_settoohigh =1

14、; / led_settoohigh =1 設(shè)定溫度超越上界led_settoolow=0;endelse if(!flag_high&&flag_low) /設(shè)定溫度超越下界報(bào)警寄存器賦值beginled_settoohigh =0;led_settoolow=1; /led_settoolow=1 設(shè)定溫度超越下界endendendendmodule/*按鍵輸入設(shè)定溫度*/seta 輸出溫度設(shè)定十位/setb 輸出溫度設(shè)定個(gè)位/add 設(shè)定溫度加一/down 設(shè)定溫度減一/clk 時(shí)鐘信號(hào)/reset復(fù)位信號(hào)（用于寄存器賦初值）module key(seta,setb,ad

15、d,down,clk,reset);output3:0 seta,setb;input add,down,clk,reset;reg3:0 seta,setb;always(posedge clk or posedge reset)beginif(reset) /*寄存器賦初值*/beginseta=2;setb=6;endif(add) /*寄存器加一*/beginif(setb=9)beginsetb=0;seta=seta+1;endelse setb=setb+1;endelse if(down) /*寄存器減一*/beginif(setb=0)beginsetb=9;seta=set

16、a-1;endelsesetb=setb-1;endendendmodule/*4位鎖存器*/qout 輸出信號(hào)/data 輸入信號(hào)/clk 時(shí)鐘信號(hào)module suocunqi(qout,data,clk);output3:0qout;input3:0data;input clk;reg3:0 qout;always(clk or data)begin if(clk)qout=data; /在時(shí)鐘信號(hào)作用下輸出信號(hào)end endmodule/*7位數(shù)碼管譯碼器*/a,b,c,d,e,f,g, 數(shù)據(jù)輸出/D4 輸出數(shù)據(jù)module yimaqi(a,b,c,d,e,f,g,D4);output a,b,c,d,e,f,g;input3:0D4;reg a,b,c,d,e,f,g;always(D4)begincase(D4)4'd0:a,b,c,d,e,f,g=7'b1111110;4'd1:a,b,c,d,e,f,g=7'b0110000;4'd2:a,b,c,d,e,f,g=7'b1101101;4'd3:a,b,c,d,e,f,g=7'b1111001;4'd4:a,b,c,d,e,