EDA空调控制器

1、燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 空 调 控 制 器 学院（系）： 电气工程学院 年级专业： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 郑兆兆 李婷 教师职称： 实验师 实验师 燕 山 大 学 课 程 设 计 说 明 书燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：电气工程学院 基层教学单位：电子实验中心 学 号学生姓名专业（班级）设计题目空调控制器设计技术参数 空调具有凉风、热风、升温、降温4个功能； 控制键控制凉风或热风；在双色点阵上显示L（凉风）或R（热风）；并且凉风热风需与升降温一致。 开机时温度为20度，通过升温或降温控制加或减1度，并将温度值显示在数码管上。空调温度要设置合理的上下限。设

2、计要求 用1个拨码开关控制凉风或热风，并用双色点阵显示凉风或热风； 用2个拨码开关控制升温和降温； 在2个动态数码管上显示温度。工作量学会使用Max+PlusII软件、Verilog HDL语言和实验箱；独立完成电路设计，编程下载、连接电路和调试；参加答辩并书写任务书。工作计划1. 了解EDA的基本知识，学习使用软件Max+PlusII，下发任务书，开始电路设计；2. 学习Verilog HDL语言，用Verilog HDL进行程序设计；3. 学习使用实验箱，继续电路设计；4. 完成电路设计；5. 编程下载、连接电路、调试和验收；6. 答辩并书写任务书。参考资料数字电子技术基础.阎石主编.高等

3、教育出版社.EDA课程设计A指导书. 郑兆兆等编.指导教师签字郑兆兆 李婷基层教学单位主任签字李鑫滨2014年1月10日 目 录第1章 摘要3第2章 引言3 第3章 基本原理3第4章 空调控制器的参数设计及运算4 4.1 系统的设计要求4 4.2 系统的总体设计5 4.3 系统的设计思路6 4.4 波形仿真7 4.5 管脚锁定及硬件连线104.6 Verilog HDL设计源程序10第5章 误差分析 18第6章 总结 18参考文献 18第1章 摘要本次课程设计的题目为空调控制器，此说明书首先根据任务书对本课题整体思路进行了介绍，然后分别介绍了各模块的功能及组成，再次利用Verilog HDL硬

4、件描述语言对各模块进行了描述并进行了仿真及管脚锁定，最后下箱实现了任务书所要求的功能。用一个拨码开关的高低电平控制热风/凉风。通过两个拨码开关来控制空调的升温/降温 ，这两个拨码开关 ，一个用于控制升温/降温，另一个拨码开关用于锁定脉冲，稳定温度 。另外还需要一个总开关 ，用于置温和开机 。由此构思本次设计共有四个模块，一个顶层模块、三个分模块（“凉热风控制与双色点阵显示模块”、“升降温控制模块”、“动态数码管显示模块”） ，由顶层模块调用分模块来实现所需功能。第2章 引言本次设计一共包括两个独立的环节，分别为“凉热风控制与双色点阵显示”和“升降温控制与动态数码管显示”。在凉热风控制环节中，当

5、拨码开关为高电平时，双色点阵显示“R”，此时表示空调实现热风的功能 ；当拨码开关为低电平时，双色点阵显示“L”，此时表示空调实现凉风的功能。在升降温控制及动态显示环节中，首先，由一个总的拨码开关对数码管进行置数，当此拨码开关由高电平变为低电平时，数码管显示起始温度20度，当此拨码开关为高电平时，即升降温控制开关可正常工作。接下来由升降温控制开关和脉冲锁定开关来共同实现对空调的升降温控制，并且通过数码管实现动态显示。第3章 基本原理3.1 EDA简介EDA (Electronic Design Automation)技术是在电子CAD技术基础上发展起来的计算机软件系统，是指以计算机为工作平台，融

6、合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计。   EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开发软件及实验开发系统为设计工具，采用多种输入方式，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑综合及优化、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。 3.2 Verilog简介现在对EDA的概念或范畴用得很宽。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领

7、域，都有EDA的应用。目前EDA 技术已在各大公司、企事业单位和科研教学部门广泛使用。设计利用Verilog语言设计实例，Verilog主要用于数字电路的设计，其实在C语言基础上发展来的，既能进行可综合的电路设计，也可以用于电路的仿真，能够在多个层次对设计的系统加以描述，可进行行为描述和进行结构描述，支持混合建模。另外，Verilog语言易学易用，更好掌握并用于电路的设计。3.3设计利用到原理Verilog程序包括四个主要部分：模块声明、端口定义、信号类型声明和逻辑功能描述。模块声明主要是module加模块名，在程序最后加end module模块结束。之后是对所用到的输入输出端口的声

8、明，以及对信号类型的声明。器件:FPGA/CPLD（EP1K30QC208-3）输入方式：原理图输入、硬件描述语言（本次使用的方式）软件： MAX+plusII实验系统：EDAPRO240H第4章 空调控制器的参数设计及运算4.1系统的设计要求 要求设计一个空调控制器，其面板如图1.1所示。该空调具有凉风、热风、升温、降温4个功能，它包括以下几个组成部分：空调开机键，用来打开空调，并实现开机时温度为20度；凉热风控制键，由一个拨码开关构成；凉热风显示器，由双色点阵构成，显示L（凉风）或R（热风）；升降温控制键，由两个拨码开关组成，其中一个拨码开关同时作为凉热风控制键，以此实现凉热风与升降温一致

9、，另一个拨码开关可以稳定温度，使其不再受时钟信号的影响而变化；温度显示器，由动态数码管的两个位构成。4.2系统的总体设计 将该空调控制器命名为 dingceng，根据该空调控制器的设计要求，其外部端口如图1.1所示。图1.1 空调控制器的外部端口 各个I/O端口的作用： （1）CLKFENG 为控制凉热风在双色点阵上显示的高频时钟信号。通过高速扫描双色点阵的各排灯亮暗状态，使得双色点阵上显示L（凉风）或R（热风）。（2）CLKWENDU 为控制温度升降变化的超低频时钟信号。（3）CLKWENXIAN 为控制温度在数码管上显示的高频时钟信号。（4）DIZHIWEN 低电平时，将温度置为20度，由

10、低电平变到高电平，使得温度从20度开始变化，相当于空调控制器的开机功能。（5）DIBAOCHI 低电平时，将该时刻的温度保持住，高电平时，释放温度变化的功能，交由UP端来控制温度的升降。（6）UP 有两个作用。第一，控制双色点阵显示凉热风，高电平显示R（热风），低电平显示L（凉风）；第二，配合DIBAOCHI端，实现温度的升降，在DIBAOCHI端为高电平时，UP的升降温功能被释放，此时若UP为高电平，则温度升高，若UP为低电平，则温度降低。可见，通过UP端口实现了凉热风与升降温的一致。（7）ROW7.0，RA7.0 输入双色点阵的排选信号和红灯信号，用于显示凉热风（“L”、“R”）。（8）S

11、S2.0， Q6.0 分别是为数码管输入的位控信号和段控信号。4.3 系统的设计思路各组成部分功能根据设计要求，整个系统分为三个分模块：凉热风控制与双色点阵显示器、升降温控制器、动态数码管温度显示器。设计的总体结构如图1.2所示。图1.2 总体结构下面再简要说明各组成部分的功能：（1）凉热风控制与双色点阵显示模块（fengkong）：通过一个拨码开关up实现凉热风的控制，同时通过双色点阵显示。若dizhiwen=0（空调控制器关机）或dibaochi=0(温度保持不变)，则双色点阵不显示图案，既不显示L（凉风），也不显示R(热风)；若dizhiwen=1（空调控制器开机）且dibaochi=1

12、（开启升降温），则双色点阵有凉热风显示，用1个拨码开关(up)控制凉风(up=0)或热风(up=1),并在双色点阵上显示L（凉风）或R（热风），通过up可保证凉风热风与升降温一致。（2）升降温控制模块（wenkong）：通过两个拨码开关，实现升降温控制。开机温度为20度，并设置了一定的上下限（本次设计为1625度）。若dizhiwen=0，则温度置为20度（任何时刻dizhiwen只要为低电平，则温度立刻置为20，开机动作对应着dizhiwen打到高电平，这时，温度从20开始变化）；若dizhiwen=1，则由开启开关dibaochi控制其是否开启温度变化（dibaochi开关作用:低电平保持

13、温度不变，高电平开启温度变化），此时，当dibaochi=0时，温度保持不变，当dibaochi=1时，开启温度变化，再根据up的状态决定升温（up=1）或降温（up=0）,如此，可用dibaochi,up这两个拨码开关控制升温和降温,并通过up与凉热风保持一致。（3）动态数码管显示模块（wenxian）：根据设定的温度上下限（1625度），显示温度共需要两个数码管，即有两个工作状态需要循环显示，分别用时钟信号clkwenxian的高低电平对应。clkwenxian=1对应十位（shi）的状态；clkwenxian=0对应个位（ge）的状态注：七段数码管译码器显示，根据数字的显示形状编制真值表

14、，当shi或ge为09时，分别给Q赋以一组七位二进制数，使数码管显示相应的数字。七段数码管译码器真值表：shi或geQ001111111000011021011011310011114110011051101101611111017000011181111111911011114.4 波形仿真1、例题“四位二进制计数器”波形仿真图：图1.3 “四位二进制计数器”波形仿真图2、所设计的模块波形仿真图：各分模块的波形仿真以及顶层文件的波形仿真截图如下。（1）凉热风控制模块仿真图up、dizhiwen、dibaochi三个输入端口对凉热风显示的影响：图1.4 凉热风控制模块波形仿真图凉热风控制器对双

15、色点阵输入的凉热风显示信号（row7.0、ra7.0）放大图如下：图1.5 凉热风控制模块波形仿真图-凉热风显示信号放大图注：先后显示“R”(热风)、“L”（凉风）（2）升降温控制模块仿真图图1.6 升降温控制模块波形仿真图（3）动态数码管显示模块仿真图 图1.7 动态数码管显示模块波形仿真图（4）顶层文件模块仿真图图1.8 顶层模块波形仿真图（主要展示凉热风控制与显示的功能）上图可看出凉热风控制部分在顶层模块中的作用，另外将升降温控制部分的仿真图稍加整理，并放大如下：图1.9 凉热风控制模块波形仿真图-升降温控制部分（置温、升温功能展示）图1.10 凉热风控制模块波形仿真图-升降温控制部分（

16、温度保持功能展示）图1.11 凉热风控制模块波形仿真图-升降温控制部分（降温功能展示）4.5 管脚锁定及硬件连线变量管脚号硬件连线clkfeng75CLOCK6clkwendu189CLOCK22clkwenxian73CLOCK9dizhiwen40SW1dibaochi41SW2up39SW3Q0197AQ1195BQ2192CQ3190DQ4187EQ5177FQ6175GRA090RA1RA188RA2RA286RA3RA383RA4RA492RA5RA589RA6RA687RA7RA785RA8ROW0198ROW1ROW1196ROW2ROW2193ROW3ROW3191ROW4R

17、OW4179ROW5ROW5176ROW6ROW6174ROW7ROW793ROW8SS0173SS0SS1172SS1SS2170SS24.6 Verilog HDL设计源程序(1) 凉热风控制与双色点阵显示模块程序/第一个模块 凉热风控制与双色点阵显示module fengkong (clkfeng,dizhiwen,dibaochi,up,row,ra);input clkfeng,dizhiwen,dibaochi,up;output7:0 row,ra;reg7:0 row,ra;reg3:0a;always(posedge clkfeng) begin a<=a+1;/若di

18、zhiwen=0（空调控制器关机）或dibaochi=0(温度保持不变)，则双色点阵不显示图案，既不显示L（凉风），也不显示R(热风)。if(dizhiwen=0|dibaochi=0) beginrow<='b11111111;a<=0; end/若dizhiwen=1（空调控制器开机）且dibaochi=1（开启升降温），则双色点阵有凉热风显示，用1个拨码开关(up)控制凉风(up=0)或热风(up=1),并在双色点阵上显示L（凉风）或R（热风），通过up可保证凉风热风与升降温一致，详第二个模块说明。else begin/若up=0，则显示"L"(凉

19、风) if(up=0) begin case(a) 1:begin row<='b10111111;ra<='b00100000;end 2:begin row<='b11011111;ra<='b00100000;end 3:begin row<='b11101111;ra<='b00100000;end 4:begin row<='b11110111;ra<='b00100000;end 5:begin row<='b11111011;ra<='b00

20、100000;end 6:begin row<='b11111101;ra<='b00111100;a<=0;end endcase end/否则（up=1），显示“R”（热风） else begin case(a) 1:begin row<='b01111111;ra<='b00111100;end 2:begin row<='b10111111;ra<='b00100100;end 3:begin row<='b11011111;ra<='b00111100;end 4:b

21、egin row<='b11101111;ra<='b00100000;end 5:begin row<='b11110111;ra<='b00110000;end 6:begin row<='b11111011;ra<='b00101000;end 7:begin row<='b11111101;ra<='b00100100;a<=0;end endcase end end endendmodule（2）升降温控制模块程序/第二个模块 升降温控制module wenkong(

22、clkwendu,dizhiwen,up,dibaochi,shi,ge);input clkwendu,up,dizhiwen,dibaochi;output3:0 shi,ge;reg3:0 shi,ge;always (posedge clkwendu or negedge dizhiwen)begin/若dizhiwen=0，则温度置为20度（任何时刻dizhiwen只要为低电平，则温度立刻置为20，开机动作对应着dizhiwen打到高电平，这时，温度从20开始变化） if(dizhiwen=0) begin shi<='b0010; ge<='b0000;

23、 end/若dizhiwen=1，则由开启开关dibaochi控制其是否开启温度变化（dibaochi开关作用:低电平保持温度不变，高电平开启温度变化） else begin /dibaochi=0时，温度保持不变 if(dibaochi=0) begin shi<=shi; ge<=ge; end/dibaochi=1时，开启温度变化，再根据up的状态决定升温（up=1）或降温（up=0）,如此，可用dibaochi,up这两个拨码开关控制升温和降温,并通过up与凉热风保持一致。 else begin /dibaochi=1且up=1时，升温,并设置上限25度 if(up=1&a

24、mp;&dibaochi) beginif(shi=2&&ge=5) begin shi<=shi; ge<=ge; endelse begin if(ge<'b1001) begin ge<=ge+1; shi<=shi; end else if(ge='b1001) begin ge<='b0000; shi<=shi+1; end end end/dibaochi=1且up=0时，降温，并设置下限16度 else if(up=0&&dibaochi) beginif(shi=1&am

25、p;&ge=6) begin shi<=shi; ge<=ge; endelse begin if(ge='b0000) begin ge<='b1001; shi<=shi-1; end if(ge<='b1001&&ge>'b0000) begin ge<=ge-1; shi<=shi; end end end end endendendmodule（3） 动态数码管温度显示模块程序/第三个模块 用动态数码管显示温度module wenxian(clkwenxian,shi,ge,Q,s

26、s);input3:0shi,ge;input clkwenxian;output6:0Q;output2:0ss;reg6:0Q;reg2:0ss;always(clkwenxian)/显示温度共需要两个数码管，即有两个工作状态需要循环显示，分别用时钟信号clkwenxian的高低电平对应。 begin /clkwenxian=1对应十位（shi）的状态 if(clkwenxian=1) begin ss<=000; case(shi) 1:Q<='b0000110; 2:Q<='b1011011; endcase end/clkwenxian=0对应个位（

27、ge）的状态 else if(clkwenxian=0) begin ss<=001; case(ge) 0:Q<='b0111111; 1:Q<='b0000110; 2:Q<='b1011011; 3:Q<='b1001111; 4:Q<='b1100110; 5:Q<='b1101101; 6:Q<='b1111101; 7:Q<='b0000111; 8:Q<='b1111111; 9:Q<='b1101111; endcase end en

28、dendmodule（4） 顶层模块程序/顶层模块module dingceng(clkfeng,clkwendu,clkwenxian,dizhiwen,up,dibaochi,row,ra,Q,ss);input clkfeng,clkwendu,clkwenxian,up,dizhiwen,dibaochi;output 7:0row;output 7:0ra;output 6:0Q;output 2:0ss;wire 3:0x1,x2;fengkong u1(clkfeng,dizhiwen,dibaochi,up,row7:0,ra7:0);wenkong u2 (clkwendu,dizhiwen,up,dibaochi,x1,x2);wenxian u3 (clkwenxian,x1,x2,Q6:0,ss2:0);endmodule第5章 误差分析由于各器件在运行中会产生延迟，会带来一定的误差。第6章 总结通过两周的EDA课程设计，我提高了学以致用的能力和意识，这次课设是一个理论和实践相结合的过程，着力培养了同学们的独立思考和动手的能力。虽然过程中遇到了不少困难，在刚开始的一整天甚至一点头绪也没有，但是通过参考了一些资料与同学交流以及请教老师，我渐渐进入了状态