数电实习报告(洗衣机)

120092010学年第二学期数字电子技术课程设计报告（适用专业测控2008级）专业班级测控082姓名学号开课系室电工电子学教学中心设计日期2010年7月13日17日设计题目洗衣机的简易控制电路设计2目录一、设计任务及要求3（一）具体要求3（二）输入输出资源说明3二、设计原理与方案5（一）顶层设计方案5（二）分频器设计方案5（三）控制器设计方案6（四）计时器（倒计时）设计方案6（五）显示器设计方案6三、电路设计、仿真与实现7（一）顶层设计实现7（二）分频器的设计实现9（三）控制器设计实现10（四）计数器（倒计时）的设计实现13（五）显示器设计实现17（六）FITDESIGN结果20四、分析与讨论203一、设计任务及要求洗衣机是家庭常用电器，一般可以有多种工作模式可供选择。在此要求设计具有两种工作模式的简易洗衣机控制电路，具有复位、模式设置、启动、暂停功能，并能显示洗衣机的工作状态（如洗涤时间倒计时，电动机的正反转、暂停）。（一）具体要求1、设置为复位按钮S0，按钮状态S00时，对系统状态进行复位，计数器清零。S01时，进入模式选择。2、设置模式选择按钮S1。按钮状态S10时，执行洗衣模式一，控制洗衣机的电机按照图1的规律循环运转；S11执行洗衣模式二，控制洗衣机的电机按照图2规律循环运转。启动正转（20S）反转（20S）间歇（10S）间歇（10S）停止定时到图1洗衣模式一启动正转（25S）反转（25S）间歇（5S）间歇（5S）停止定时到图2洗衣模式二3、设置启动按钮S2。洗衣模式设定后，按钮状态S21时，设定洗衣时间为10分钟，按钮状态S20时，设定洗衣时间为5分钟。在洗衣过程中分别用3个LED灯来显示电动机的正转、翻转，间歇等状态。4、设置暂停按钮S3。当按钮状态S30时，洗衣暂停，计数器状态、显示均保持，并点亮1个LED灯显示暂停状态。S31时正常运转。（二）输入输出资源说明41、输入信号四个控制按钮S0、S1、S2、S3（按钮按下时S0，松开时S1）。2、外部输入脉冲信号时钟源CP（50MHZ），应设计一分频器得到5HZ信号供计数器使用。3、输出3组显示译码信号，并在FPGA内部经过译码后获得7段LED显示码，并通过扫描方式在三个发光LED显示数码管上显示当前洗衣时间的倒计时（分钟）、每个洗衣循环的60S倒计时的十位和个位。4、输出4个高低电平信号，分别接到外部的4个LED灯指示电机的正转、间歇、反转和系统的暂停。（输出高电平时，对应的LED灯亮）其具体框图如下（此图只是大概结构，设计时可根据自己的思路稍微改动电路图）正转指示灯LED1S0S2S3控制器洗涤时间倒计时计数器七段LED数码管译码扫描显示50MHZ反转指示灯LED3暂停指示灯LED4间歇指示灯LED2CLKS1分频器1HZ60S倒计时计数器图3洗衣机控制器结构框图根据如上说明，本设计的主要任务和设计要求是1、按照现代数字系统的TOPDOWN模块化设计方法，提出简易洗衣机控制电路设计系统的整体设计方案，并进行正确的功能划分，分别提出并实现控制器、计数器、输出译码等模块化子系统的设计方案。2、在QUARTUS的EDA设计环境中，采用原理图和VERILOG语言混合输入的方法，完成系统的顶层设计、各子系统的模块化设计。分别完成各个基于VERILOG语言实现的子模块（包括分频器、计数器、主控制器、扫描显示译码四部分）的逻辑功5能仿真，并对顶层设计进行功能仿真。3、在2步的基础上，采用ALTERA公司的CPLD器件EP1C12F324C8对顶层设计进行适配（FITDESIGN），生成下载文件。4、采用DOWNLOAD软件将设计的JED文件烧录到试验板的芯片上，实际测试。二、设计原理与方案（一）、顶层设计方案本系统总共分分频器，控制器，计时器（倒计时），和显示器四大部分。其中提结果如下图（图一总体电路结果图即顶层结果图）图一总体电路结果图即顶层结果图其中，分频器为其他模块提供合适的脉冲信号，控制器接收外部控制信号并且产生相对应的控制其他模块的信号，计时器（倒计时）负责洗衣时间得倒计时并且根据倒计时的时间控制电机（三个LED灯）的运转以及将倒计时结束的信号返回给控制器，显示器将倒计时的现态时间显示。（二）、分频器设计方案分频器一输入两输出，输入为50MHZ的原脉冲信号，输出CLKO1为1HZ脉冲信号6（给计数器），输出CLKO2为1KHZ脉冲信号（给控制器及显示器）。（三）、控制器设计方案控制器的输入信号有时间脉冲，四个按键，JIESHU（倒计时结束反馈输入信号）。输出信号有TIME倒计时的起始时间，MOSHI（洗衣机的模式控制信号），ZANTING（洗衣机暂停控制信号）。其中，时间脉冲由分频器分出1KHZ的时间脉冲。四个按键分别是S0是复位键，当S01没有按下去时，洗衣机工作正常，当S00按下去时，洗衣机停止工作所有数据清零（倒计时的时间以及电机状态）；S1是模式选择按键，当S10时，MOSHI0（表示模式一），当S11时，MOSH1表示模式二；S2是启动按键，当S20时，TIME5，洗衣机以5分钟为起始时间开始倒计时电机开始工作，当S21时，TIME10，洗衣机以10分钟为起始时间开始倒计时电机开始工作；S3是暂停键，当S30时，ZANTING1（表示暂停）当S31时，ZANTING0（表示正常工作）。（四）、计时器（倒计时）设计方案计时器的输入有TIME（倒计时起始时间输入），CLK（1HZ脉冲输入），MOSHI（模式控制输入），ZANTING（暂停控制输入）。输出有JIESHU（倒计时结束输出，反馈给控制器），FEN（倒计时现态时间的分输出，给显示器），MIAOSHI（倒计时现态时间的秒的十位输出，给显示器），MIAOGE（倒计时现态时间秒的个位输出，给显示器），LED（电机状态输出，表示电机的工作状态）。计时器的工作原理是当CLK出现上升沿时，将时间自减一秒，如果输入时间（TIME）发生了改变则按新输入时间倒计时，如果没有发生改变则按原有状态时间继续倒计时直到时间为000为止并且反馈倒计时结束（JIESHU）信号。（五）、显示器设计方案将输入的倒计时现态时间（FEN，MIAOSHI，MIAOGE）以七段码的形式通过数码管输出，数码管的扫描信号DEL。7三、电路设计、仿真与实现（一）、顶层设计实现顶层设计实现如图一所示，生成的电路图如图二所示图二顶层电路的实现8总体仿真结果9（二）、分频器的设计实现分频器的源程序MODULEFENPINCLK,/源脉冲输入CLKO1,/1HZ脉冲输出CLKO2/1KHZ脉冲输出/INPUTCLKOUTPUTCLKO1OUTPUTCLKO2/REGCLKO1REGCLKO2REG310ZHONG1/控制1HZ的中间变量REG310ZHONG2/控制1KHZ的中间变量/10INITIAL/初始化BEGINZHONG14D5/正转BEGINLED01B1LED11B0LED21B0ENDIFMIAOSHI3D3LED11B0LED21B1ENDIFMIAOSHI3D2|MIAOSHI3D1|MIAOSHI3D0LED11B1LED21B0ENDENDEND/ENDENDENDEND/ENDMODULE17计数器（倒计时）的仿真结果（五）、显示器设计实现显示器的源程序MODULEXIANSHICLK,FEN,MIAOSHI,MIAOGE,DEL,DUANMA/INPUTCLK/1KHZ脉冲INPUT30FEN/分INPUT20MIAOSHI/秒十INPUT30MIAOGE/秒个18OUTPUT20DEL/38OUTPUT60DUANMA/7段码/REG20DELREG60DUANMAREG60FENOREG60MIAOSHIOREG60MIAOGEO/INITIALBEGINDEL3B000DUANMA7B0000_000END/ALWAYSPOSEDGECLK/38译码器扫描BEGINIFDEL3B111BEGINDEL3B000ENDELSEBEGINDELDEL3B001ENDEND/ALWAYSFENORMIAOSHIORMIAOGE/翻译成七段码BEGINCASEMIAOGE/秒的个位4B0000MIAOGEO7B0111_111/04B0001MIAOGEO7B0000_110/14B0010MIAOGEO7B1011_011/24B0011MIAOGEO7B1001_111/34B0100MIAOGEO7B1100_110/44B0101MIAOGEO7B1101_101/54B0110MIAOGEO7B1111_101/64B0111MIAOGEO7B0000_111/74B1000MIAOGEO7B1111_111/84B1001MIAOGEO7B1101_111/9DEFAULTMIAOGEO7B0000_000/暗ENDCASECASEMIAOSHI/秒的十位193B000MIAOSHIO7B0111_111/03B001MIAOSHIO7B0000_110/13B010MIAOSHIO7B1011_011/23B011MIAOSHIO7B1001_111/33B100MIAOSHIO7B1100_110/43B101MIAOSHIO7B1101_101/5DEFAULTMIAOSHIO7B0000_000/暗ENDCASECASEFEN/分的个位4B0000FENO7B0111_111/04B0001FENO7B0000_110/14B0010FENO7B1011_011/24B0011FENO7B1001_111/34B0100FENO7B1100_110/44B0101FENO7B1101_101/54B0110FENO7B1111_101/64B0111FENO7B0000_111/74B1000FENO7B1111_111/84B1001FENO7B1101_111/9DEFAULTFENO7B0000_000/暗ENDCASEEND/ALWAYSFENOORMIAOSHIOORMIAOGEO/对应数码管输出BEGINCASEDEL3B000DUANMAMIAOGEO/秒的个位3B001DUANMAMIAOSHIO/秒的十位3B010DUANMA7B1000_000/3B011DUANMAFENO/分的个位DEFAULTDUANMA7B0000_000/暗ENDCASEEND/ENDMODUL