数字电路课程设计：微波炉控制器

课 程 设 计 报 告主 课 题 ： 微波炉控制器 报 告 人 ： 宋春丽 20080711117 同组成员 ： 郑倩倩、黄永州 课设时间 ： 12月6日-12月17 日 1、 绪论随着社会经济的飞速发展和人民生活水平的提高，微波炉开始进入越来越多的家庭，它给人们的生活带来了极大的方便。它省时、省电、方便和卫生，具有很好的实用性能和极大的市场潜力，我们通过对VHDL语言的学习，希望通过自己所学的知识设计一种新型的微波炉控制系统，既是对自己所学知识的一种检验，也是将知识与实际结合起来，是将知识转化为生产力的第一步。2、 课题的内容和要求本课题是基于FPGA的微波炉控制器设计，即设计一个具备定时、信息显示和音响效应提示功能的微波炉控制器，实现一些功能：该微波炉控制器能够在任意时刻取消当前的工作，复位为初始状态。可以根据需要设置烹调时间的长短，并在LCD上动态显示设置时间的过程，系统最长的烹调时间为59分59秒；开始烹调后，能够显示剩余的时间的多少。该微波炉具有三档加热功能，设置为COOK、BAKE和THAW，分别表示加热、烘烤，、解冻，LCD上显示当前的工作状态，同时通过LED灯亮度不同（即闪烁的频率不同）表示不同工作状态所需的火力不同。音响效应提示直接外接一个蜂鸣器，同时用一个LED灯显示。3、 系统总体设计 系统的工作流程微波炉控制器系统的工作流程为：上电后，系统首先处于一种复位状态，其各个模块均处于初始状态。此时，LCD显示器上显示的是：00:00 WAIT，按下SETTIME或者SETCOOK键，则进入相关功能的设置，如果先是SETTIME,则可以用MADD,MSUB,SADD,SSUB这四个键来实现对分和秒的加减，同时LCD上显示当前设定的时间，然后按SETCOOK键，再可以选择COOKBAKETHAW这三个键中的一个，即选择想要的工作模式，同时LCD上显示当前选用的工作模式，LED1/LED2/LED3对应闪烁，然后拨下开关7，即START，工作开始，LCD上动态显示剩余时间，当时间减到零以后，蜂鸣器响同时LED7亮，表示整个工作过程结束。根据系统工作流程，绘制主程序流程图，如下：微波炉控制器设计流图开始 系统复位数据装载选择工作状态设定时间数据装载完成START键闭合否运行烹饪倒计时时间到否结束NYNY微波炉设计状态图S1S2S5S3S4S0SETCOOK=1SETTIME=1SETTIME=1SETCOOK=1START=1START=1S0：复位后的状态；S1：等待按键；S2：设置定时时间；S3：设置工作模式；S4：延时；S5：微波炉开始工作，同时减计数。系统详细设计输入模块设计输入模块采用4*4矩阵键盘作为输入设备，实现数据输入控制，首先将键盘转换为按键，相应程序为：-File name PADTOKEY- 目的：将键盘的按键转为16个按键信号-编程 周冰航 2008年11月-配合库FPGA Peripherals.Intlib中的KEYPADA模块使用-CPIN 时钟脉冲输入 按10MHz设计 ;复位RLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;entity PADTOKEY is port ( CPIN,R,VALIDKEY :IN STD_LOGIC; KEY :IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); KEYOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0); CLK_1MHZ,RST: OUT STD_LOGIC );end entity ;architecture JGT of PADTOKEY is SIGNAL CTCP: INTEGER RANGE 0 TO 5; SIGNAL CPO :STD_LOGIC; SIGNAL CTCPO :INTEGER RANGE 0 TO 4999; TYPE STATES IS (S0,S1,S2); SIGNAL S: STATES;beginPROCESS(CPIN)BEGINIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CTCP=5 THEN CPO = NOT CPO; CTCP=0; ELSE CTCP=CTCP+1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CPO,R)BEGINCLK_1MHZ=CPO;IF R=1 THEN RST=0;S=S0;CTCPO=0; KEYOUT=0000000000000000;ELSIF CPO=1 AND CPO EVENT THEN IF CTCPO /= 4999 THEN CTCPO=CTCPO+1; ELSE CTCPORST=0; IF VALIDKEY=1 THEN SKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTKEYOUTNULL; END CASE; ELSE S=S0;KEYOUTRST=1;SRST=0;S NULL; END CASE; END IF;END IF;END PROCESS; end architecture JGT;生成的电路符号如下图：数据装载模块的设计（键盘译码）将键盘转换为按键以后，需要根据需要重新定义键盘，即按下哪个键表示什么含义，我们重新设计键盘后，模拟图如下：MADDMSUBRSETTIMESADDSSUBSETCOOKCOOKBAKETHAW相应程序为： LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY ZZQ IS PORT ( KEYOUT:IN STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0); CPIN,R:IN STD_LOGIC; RST,SET_TIME,MADD,MSUB,SADD,SSUB,SET_COOK,COOK,BAKE,THAW:OUT STD_LOGIC );END ENTITY ;ARCHITECTURE BB OF ZZQ ISBEGINPROCESS(CPIN,R)BEGINIF R=1 THEN RST=0;SET_TIME=0;MADD=0;MSUB=0;SADD=0;SSUB=0; SET_COOK=0;COOK=0;BAKE=0;THAWMADDSADDRSTSET_TIMEMSUBSSUBSET_COOKCOOKBAKETHAWSET_TIME=0;MADD=0;MSUB=0; SADD=0;SSUB=0;SET_COOK=0; COOK=0;BAKE=0;THAWNULL; END CASE;END IF;END PROCESS;END BB;生成电路符号为：控制模块的设计控制模块是整个微波炉控制系统的核心。完成最终的控制和数据处理任务，它通过输入模块提供的按键输入实现数据信息的装在处理。具体程序为：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY KZQ IS PORT (CPIN,R,START,SET_TIME,MADD,MSUB,SADD,SSUB,SET_COOK,COOK,BAKE,THAW:IN STD_LOGIC; DONE:OUT STD_LOGIC; MQH,MQL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); SQH,SQL :OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); MODL:OUT STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0) );END ENTITY ;ARCHITECTURE WBL OF KZQ ISSIGNAL CPCT :INTEGER RANGE 0 TO 249999;SIGNAL CPCT1:INTEGER RANGE 0 TO 20;SIGNAL CP :STD_LOGIC;SIGNAL MYH,MYL: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL SYH,SYL: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4,S5);SIGNAL S : STATES;BEGINPROCESS(CPIN,R)BEGINIF R=1 THEN CPCT=249999;CP=0;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=249999;CP=NOT CP; ELSE CPCT=CPCT-1; END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(CP,R)BEGINIF R=1 THEN S=S0;MYH=0000;MYL=0000; SYH=0000;SYL=0000;MODL=00;CPCT1=0;DONE S IF SET_TIME=1 THEN S=S2; ELSIF SET_COOK=1 THEN S=S3; ELSE S IF MADD=1 THEN IF MYL=1001 THEN MYL=0000; IF MYH=0101 THEN MYH=0000; ELSE MYH=MYH+1; END IF; ELSE MYL=MYL+1; END IF; ELSIF MSUB=1 THEN IF MYL=0000 THEN MYL=1001; IF MYH=0000 THEN MYH=0101; ELSE MYH=MYH-1; END IF; ELSE MYL=MYL-1; END IF; ELSIF SADD=1 THEN IF SYL=1001 THEN SYL=0000; IF SYH=0101 THEN SYH=0000; ELSE SYH=SYH+1; END IF; ELSE SYL=SYL+1; END IF; ELSIF SSUB=1 THEN IF SYL=0000 THEN SYL=1001; IF SYH=0000 THEN SYH=0101; ELSE SYH=SYH-1; END IF; ELSE SYL=SYL-1; END IF; ELSIF SET_COOK=1 THEN S=S3; ELSIF START=1 THEN S=S5; ELSE S IF COOK=1 THEN MODL=01; ELSIF BAKE=1 THEN MODL=10; ELSIF THAW=1 THEN MODL=11; ELSIF SET_TIME=1 THEN S=S2; ELSIF START=1 THEN S=S5; ELSE S IF CPCT1=20 THEN S=S5;CPCT1=0; ELSE CPCT1 IF SYL=0000 AND SYH=0000 AND MYL=0000 AND MYH=0000 THEN DONE=1; ELSIF SYL=0000 AND SYH=0000 AND MYL=0000 THEN SYL=1001;SYH=0101;MYL=1001;MYH=MYH-1;S=S4; ELSIF SYL=0000 AND SYH=0000 THEN SYL=1001;SYH=0101;MYL=MYL-1;S=S4; ELSIF SYL=0000 THEN SYL=1001;SYH=SYH-1;S=S4; ELSE SYL=SYL-1;S NULL; END CASE;END IF;END PROCESS;PROCESS(MYH,MYL,SYH,SYL)BEGINMQH=MYH;MQL=MYL;SQH=SYH;SQL=SYL;END PROCESS;END WBL;生成的电路符号为显示模块的设计显示模块有两个部分，一个是LCD显示，一个是LED显示。LCD显示程序为：LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;entity WBLLCD is port (CPIN,R,BUSY :IN STD_LOGIC; MYH,MYL,SYH,SYL:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); MODL: IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); CLK,RST,STROBE,OUTLINE : OUT STD_LOGIC; DATA : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); ADDR : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) );end entity ;architecture JGT of WBLLCD is TYPE STATES IS (S0,S1,S2,S3,S4); SIGNAL S: STATES; SIGNAL LCDPT : INTEGER RANGE 0 TO 9; SIGNAL CPCT : INTEGER RANGE 0 TO 65535; SIGNAL CP: STD_LOGIC; SIGNAL C1,C2,C3,C4: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);beginPROCESS(CPIN,R)BEGINCLK=CPIN;IF R=1 THEN CPCT=65535;ELSIF CPIN=1 AND CPIN EVENT THEN IF CPCT=0 THEN CPCT=65535;CP=NOT CP; ELSE CPCTS2 - :Y: 转S3- ;N; NULL-S2:给出STROBE信号。转S1-S1,S2完成初始化固定显示的功能PROCESS(CP,R)BEGINIF R=1 THEN S=S0;LCDPT=0;RST S=S1;LCDPT=0;RST RST=0;STROBE=0; IF BUSY=0 THEN LCDPT=LCDPT+1; IF LCDPT=2 THEN S=S3; ELSE S S=S1;STROBE STROBE=0; IF BUSY=0 THEN IF LCDPT=9 THEN LCDPT=2; ELSE LCDPT=LCDPT+1; END IF; S STROBE=1;S NULL; END CASE;END IF; END PROCESS;-选择输出进程(LCDPT)-LCDPT=0,NULL- =1 显示 :3AH,5-2,3,4,5 C 43H,9 O 4FH,10 O 4FH,11 K 4BH,12- B 42H,9 A 41H,10 K 4BH,11 E 45H,12- T 54H,9 H 48H,10 A 41H,11 W 57H,12PROCESS(LCDPT)BEGINCASE LCDPT ISWHEN 0 = NULL;WHEN 1= DATA=00111010;ADDR=0101;OUTLINE DATA=C1;ADDR=1001;OUTLINE DATA=C2;ADDR=1010;OUTLINE DATA=C3;ADDR=1011;OUTLINE DATA=C4;ADDR=1100;OUTLINEDATA=0011&MYH;ADDR=0011;OUTLINEDATA=0011&MYL;ADDR=0100;OUTLINEDATA=0011&SYH;ADDR=0110;OUTLINEDATA=0011&SYL;ADDR=0111;OUTLINE NULL;END CASE;END PROCESS;PROCESS(MODL)BEGINCASE MODL ISWHEN 00 = C1=01010111;C2=01000001;C3=01001001;C4 C1=01000011;C2=01001111;C3=01001111;C4 C1=01000010;C2=01000001;C3=01001011;C4 C1=01010100;C2=01001000;C3=01000001;C4 NULL;END CASE;END PROCESS; end architecture JGT;生成电路符号为：LED显示程序为： LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY FF IS PORT (CPIN,R,DONE:IN STD_LOGIC; MODL:IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0); LED1,LED2,LED3:OUT STD_LOGIC );END ENTITY ;ARCHITECTURE WBLLED OF FF ISSIGNAL CPCT :INTEGER RANGE 0 TO 999999;SIGNAL CPCTMAX:INTEGER;BEGINPROCESS(CPIN,R,DONE)BEGINIF R=1OR DONE=1 THEN LED1=0;LED2=0;LED3=0;CPCT CPCTMAX=200000;LED2=0;LED3=0; IF CPCT=CPCTMAX THEN LED1=1; CPCT=CPCT+1; ELSIF CPCT=999999 THEN LED1=0; CPCT=0; ELSE CPCTCPCTMAX=500000;LED1=0;LED3=0; IF CPCT=CPCTMAX THEN LED2=1; CPCT=CPCT+1; ELSIF CPCT=999999 THEN LED2=0; CPCT=0; ELSE CPCT CPCTMAX=800000;LED1=0;LED2=0; IF CPCT=CPCTMAX THEN LED3=1; CPCT=CPCT+1; ELSIF CPCT=999999 THEN LED3=0; CPCT=0; ELSE CPCTNULL; END CASE; END IF; END PROCESS; END WBLLED;生成的电路符号为：音响提示模块设计当工作完成后，蜂鸣器响，其程序为：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity spea isport(cp,r:in std_logic; speakers:out std_logic );end spea;architecture jgt of spea issignal cpct:integer range 0 to 5; -GAIsignal speak:std_logic;beginprocess(cp,r)beginif r=0 then cpct=0;speak=0;elsif cp=1 and cp event then if cpct=5 then -GAI cpct=0;speak=not speak; else cpct=cpct+1; end if;end if;end process;process(speak)beginspeakers=speak;end process;end jgt;生成的电路符号为：系统仿真主控模块仿真所加激励为： STIMULUS0:process begin R=1;WAIT FOR 4NS; R=0;WAIT FOR 5NS; SET_TIME=1;WAIT FOR 3NS; SET_TIME=0; MADD=1;WAIT FOR 3NS;MADD=0; MADD=1;WAIT FOR 3NS;MADD=0; MSUB=1;WAIT FOR 3NS;MSUB=0; SADD=1;WAIT FOR 3NS;SADD=0; SADD=1; WAIT FOR 3NS;SADD=0; SSUB=1; WAIT FOR 3NS;SSUB=0; SET_COOK=1;WAIT FOR 3NS;SET_COOK=0; COOK=1; WAIT FOR 3NS;COOK=0; START=1;WAIT FOR 3NS;START=0; wait; end process; PROCESS BEGIN CPIN=1;WAIT FOR 1NS; CPIN=0;WAIT FOR 1NS;end process;所得波形为：分析该仿真文件，可以看出仿真结果符合模块设计的要求。系统完整电路图仿真结束后生成系统完整的电路图为：下板成功后，又经过反复调时钟脉冲，最终实现了预想的功能。课程设计心得两个星期的课程设计转眼就结束了，如今回想起来，当时的场景仍然历历在目 。在那两个星期中，我品尝到了失败的焦虑和痛苦，也最终收获了成功的甜蜜和喜悦，我体会到了个人钻研琢磨的乐趣无穷，也明白了团队合作的重要意义，更为重要的是，我有了很多的领悟，对我来说，这既是一门实践课，也是一门重要的人生课。“细节决定成败”这一点践行于课程设计的始终，无论是程序的编写、模块的仿真、系统的调试，还是原理图的生成和连接，真正的功夫都体现在细节上。或许在我们平时看来，一个分号微不足道，但是它却关系着程序的对错；主程序修改后，留下一个未用的信号似乎也无关紧要，但是编译就是通不过；眼看着连线已经连上了，但是它就是差那么一点