洗衣机控制器的设计--课程设计.doc

电子技术课程设计报告书课题名称洗衣机控制器的设计姓 名学 号院、系、部专 业电子信息工程指导教师2010年 11 月 25日 洗衣机控制器的设计1 设计目的（1） 熟悉集成电路的引脚安排。 （2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解洗衣机控制器的组成及工作原理。（5）熟悉洗衣机控制器的设计与制作。（6）运用hvdl语言完成洗衣机控制器的编程。2 设计思路（1）设计洗衣机控制器电路。（2）设计可预置时间（10-30分钟）的定时模块。（3）设计洗衣机运作模块，控制洗衣机的进水，洗衣，放水，脱水运转。 （4）设计分频模块，为洗衣机提供秒时钟。（5）设计译码模块，完成对时间（分）的二进制译码和led管的动态扫描。（6）设计电源电路和按键判别电路。（7）设计显示电路，完成对剩余时间和工作状态的显示3 设计过程 3.1 方案论证 洗衣机控制器的整体框图如下（图一）所示：分频模块显示电路键盘电路 fpga芯片洗衣机运作模块译码模块总控制器电源时钟（1k）图 一（洗衣机控制器原理框图）工作原理：1、开启电源后，洗衣机进入总控模块的时间设定模式，由7段led灯显示所设定时间；2、时间设定后，启动洗衣机，进入洗衣机运转模式，即启动洗衣机运转模块，同时屏蔽总控模块总时间（time_all）信号。每次自动洗衣时间由总控模块自动分配。七段led灯轮换显示工作模式（进水=1，洗衣=2，放水=3，脱水=4）和剩余时间。3、3次自动洗衣完成后，洗衣机进入待机模式，七段led灯灭，再次等待时间设定。电路设计 洗衣机控制器主要电路如图所示：ep1k30tc144-3上下 uln2803是高电压大电流达林顿晶体管阵列，用于高电压大电流负载。74ls138为动态扫描译码电路，可基于该电路扩展led显示为最高8位动态。增加了vcc所接上拉电阻，为led显示提供足够的驱动电流。key为机械开关，只针对单个按键进行合键判别，无对应行列扫描。led为自带数字字库显示器，从而简化ep1k30tc144-3译码模块，只需数据输入和扫描程序。 电源模块： 该电路由变压线圈trans1对输入220v电压进行变压，后经桥式电路，将交流电压变为直流电压。后又由lm2575开关型稳压器件，对out端经桥式电路和电容整形后的电压进行稳压，为ep1k30tc144-3，led提供稳定电压。电路中接入电解电容c2对电源起退偶和输出滤波作用，涤纶电容c3与out端电解电容并联，用于消除高频干扰。水位传感器（附）：该水位传感器省略了传感器输出，仅对输出信号进行整形放大。ep1k30tc144-3流程框图设定洗衣时间（timeall） 进 水waterh=0? n洗涤 ntime1=0?放水 nwaterl=0?脱水 ntime2=0? yep1k30tc144-3内置vhdl程序：-洗衣机运转模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity washer_base isport(clk,clk_s,start,cs:in std_logic;-cs为异常判断信号线 timer1,timer2:in std_logic_vector(4 downto 0);-洗衣时间4/5,脱水时间1/5 vib_l,vib_r,over:out std_logic);end washer_base;architecture behav of washer_base istype states is(water_in,wash,water_out,dry,waiting);signal state:states;signal timer_1,timer_2:std_logic_vector(4 downto 0);signal water_h,water_l,water_door,working:std_logic; -高低水位判断signal min:std_logic_vector(4 downto 0); signal vibl,vibr:std_logic;beginstates_switch:process(clk,start) -洗衣状态转换beginif startevent and start=1 then stateif water_h=0 then state=wash;else stateif timer_1=00000 then state=water_out;else stateif water_l=0 then state=dry;else stateif timer_2=00000 then state=waiting;else stateif cs=0 then state=water_in;else statestate=waiting; end case;end if;end process states_switch; download:process(start)beginif startevent and start=1 then timer_1=timer1;timer_2=timer2;end if;end process; count:process(clk_s) - 计时 variable sec:std_logic_vector( 5 downto 0);beginif state=wash then min=timer_1+timer_2;if clk_sevent and clk_s=1 then if sec=111111 then sec:=000100;timer_1=timer_1-1;else sec:=sec+1;end if;end if;elsif state=dry then if clk_sevent and clk_s=1 then if sec=111111 then sec:=000100;timer_2=timer_2-1;else sec:=sec+1;end if;end if;end if;end process count;vib_l=vibl;vib_r=vibr; -连接洗衣机正反转信号与输出端口wash_run:process(clk_s)variable run_time:std_logic_vector(4 downto 0);beginif clk_sevent and clk=1 and cs=1 then run_time：=run_time+1;if run_time17 then vibr=1;vibl=0;else run_time then vibl=1;vibr=0;end if;end if;end behav;-分频模块library ieee;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_1164.all;entity fre_div isport(clk,cs:in std_logic; clk_s:out std_logic);end entity;architecture bhv of fre_div issignal clks:std_logic;beginclk_s=clk; -定义秒时钟信号，消除尖峰脉冲process(clk,cs)variable counter:std_logic_vector(9 downto 0); -最高1k分频为1beginif cs=1 then if clkevent and clk=1 then if counter=1000 then counter:=counter+1; else counter:=0000000000;end if; if counter=500 then clks=500 then clks=0; end if; end if;end if;end process;end bhv;-总控模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity ctr isport(clk,clk_s,key_u,key_d,ok:in std_logic; time_1,time_2:out std_logic_vector(4 downto 0); cs,start:out std_logic); architecture bhv of ctr issignal timeall: std_logic_vector(5 downto 0); -最高30分钟定时signal time1,time2: std_logic_vector(4 downto 0);begintime_1=time1;time_2=time2;download:process(key_u,key_d) -时间设定分配variable counter:std_logic_vector(5 downto 0);beginif key_uevent and key_u=0 then counter:=counter+1;timeall=30 then counter:=counter;end if;elsif key_devent and key_d=0 then counter:=counter-1; timeall=counter;end if;end process download;starting:process(clk,ok)variable couter:std_logic_vector(3 downto 0);beginif clkevent and clk=1 then if ok=1 then cs=1;time1=timeal/4;time2=timeall-time1;end if;if counter4 then counter=counter+1; start_r=4 and couter9 then start_r=1; counter=counter+1;else start_r=0;end if;end if;end process starting;start=start_r;end bhv;-译码模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity con isport(clk,clk_s:in std_logic; data:out std_logic_vector(8 downto 0); wela:out std_logic_vector(2 downto 0); -动态扫描位 time_all:in std_logic_vector(5 downto 0); architecture bhv of con issignal timeall: std_logic_vector(8 downto 0);signal counter:std_logic_vector(2 downto 0);-动态扫描位寄存wela=counter;process(clk,time_all)beginif clkevent and clk=1 then timeall(5 downto 0)=time_all;counter:=counter+1;if clk_s=1 then data=timeall;else data=0;end if;end if;end process;end bhv;ep1k30tc144-3工作原理： 开启电源后，洗衣机进入时间设定模式，由“上”（对应信号key_u）和“下”（对应信号key_d）对时间进行调整，最小10分钟，最大30分钟。设定好时间后，按下“启动/停止”（对应信号ok）,总控模块将时间载入timeall寄存器，并对每个时间段进行计算分配，洗衣机进入运转模式，由启动信号（start）上升沿载入单次洗衣时间，下降沿启动洗衣机运转。在运转模式下，led由译码模块对剩余总时间（timeall）进行每秒灭/亮显示（clk_s电平决定），运转模块依据洗衣机水位（water_h/water_l）和单步剩余时间(time_1/time_2)作为状态机状态跳转条件。执行完洗衣步骤后，状态机跳回等待状态，等待总控模块再次载入单步洗衣时间，片选信号（cs）和启动信号（start）启动洗衣机。 该控制器忽略了部分输入引脚电气特性。系统调试结果：1、 利用max plus 2对fpga芯片编程，连接模块之间信号线，选定芯片输入/输出引脚，针对ep1k30tc144-3芯片仿真。仿真中运转模块调试出现问题未能完全解决，故无法给出模块搭建好后的整体波形信号仿真图。2、 组建ep1k30tc144-3外围电路。3、 调试电源电路，选定电容，变压线圈型号、参数。4、