基于VHDL的空调控制器设计

1、数字系统设计与硬件描述语言期末考试作业题目： 空调控制器的设计 学院： 电子信息工程学院 专业： 物联网工程 学号： 3014204328 姓名： 刘涵凯 2016-12-14一、 选题设计描述1. 功能介绍设计内容为空调控制器，可实现空调的开关、模式切换、温度控制、风速控制、定时设置。模式默认为制冷，可切换为制热、除湿。温度默认为26度，可按“温度+”、“温度-”调节，每次调节1度，最高30度，最低16度。风速默认为中挡，可按“风速+”、“风速-”切换为低挡、高挡、睡眠模式。睡眠模式中，在低挡与停止间循环。定时设置默认关闭，开启时默认30分钟，可按“定时+”、“定时-”调节，每次调节30分钟

2、，最高24小时，最低30分钟。定时倒计时结束时，关闭空调。定时开启时，可按“取消定时”关闭定时。空调控制器模拟界面如下：2. 算法简介1）空调控制器 其输入与输出在主程序kt中已标明，在此不做介绍。2）单脉冲模块这是非常重要以及核心的模块。当a产生一个上升沿时，输出一个单脉冲，脉冲将持续到经过一个clk上升沿后的clk下降沿。3）开关模块a连接空调的开关，b连接开关控制模块的输出，c为空调各工作模块的开关信号，d连接数码管显示开关状况。当定时时间结束，b输入一个单脉冲，空调关闭。4）开关控制模块此模块的作用是保证开关模块能够正常工作。开关打开时，a输入一个单脉冲，重置c。b连接定时模块，当定时

3、结束，b输入一个单脉冲，使c输出1，使开关模块输出05）温度模块a连接开关模块，b为温度+1，c为温度-1，输出为温度的十位和个位。6）风速模块a连接开关模块，b为风速+1，c为风速-1。di，zhong，gao为抵挡、中挡、高挡的状态（无睡眠模式，因为睡眠模式是抵挡-停止模式）。其他连接数码管，显示睡眠模式、抵挡、中挡、高挡的状态。7）模式模块b连接开关模块，c为切换模式，输出类似于模式模块。8）定时模块a连接开关模块，b为定时模块开启，c为取消定时，up、down为定时时间+、-。clk1为空调时钟，clk2为模拟的倒计时时钟（周期1分钟）。clk2周期远大于clk1。当时间倒计时结束时，

4、sw1输出1，使开关控制模块控制开关关闭。其他输出连接倒计时模块。9）倒计时模块a连接开关模块，clk连接定时模块的clk2，输入时间发生变化时，重新倒计时。倒计时结束时，finish输出1，使定时模块的sw1输出1。10）数码管模块a连接开关模块，此为7段译码器。11）计数器模块此为六位计数器。a连接睡眠模式开关，rst为睡眠模式打开时的重置信号，每6次输出一次1。二、 程序源代码及说明1）空调控制器LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY kt IS PORT(swit

5、chin,modeset,fanup,fandown,tempup,tempdown,timerop,timercancel,timerup,timerdown,clk1,clk2: IN STD_LOGIC; -电源开关、模式切换、风速+、风速-、温度+、温度-、定时、取消定时、定时+、定时-、时钟信号、倒计时时钟信号 cools,heats,drys,dis,zhongs,gaos: OUT STD_LOGIC; -通向空调内部的制冷、制热、除湿、抵挡、中挡、高挡状态输出 switchstate,tempd,temps,coolstate,heatstate,drystate,distat

6、e,zhongstate,gaostate,sleepstate,hdstate,hsstate,tdstate,tsstate: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO 0); -由数码管显示的开关、温度、制冷、制热、除湿、抵挡、中挡、高挡、睡眠状态和倒计时剩余时间END ENTITY kt;ARCHITECTURE behave OF kt ISCOMPONENT switch -开关模块 PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC; -b受定时模块的控制，时间减为0时，关闭开关 c: OUT STD_LOGIC; d: OUT STD_LOGIC_VECTO

7、R(3 DOWNTO 0); -输送给数码管 END COMPONENT switch; COMPONENT control -开关控制模块 PORT(a,b,clk: IN STD_LOGIC; c: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT control; COMPONENT fan -风速模块 PORT(a,b,c,clk: IN STD_LOGIC; di,zhong,gao: OUT STD_LOGIC; -由于high和low是敏感词汇，所以此处用拼音，可以看到此处没有睡眠模式，是因为睡眠模式其实是抵挡-停止模式 ssleep,sdi,szhong,sgao:

8、OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -不同于发给空调内部的信号，睡眠模式的状态应显示在外 END COMPONENT fan; COMPONENT BCD7 -数码管模块 PORT(a: IN STD_LOGIC; b: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); q : OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 6) ); END COMPONENT BCD7; COMPONENT pulse -单脉冲模块 PORT(a,clk: IN STD_LOGIC; b: OUT STD_LOGIC); END COMPONENT pu

9、lse; COMPONENT temp -温度模块 PORT(a,b,c,clk: IN STD_LOGIC; -a控制开关，b提高1度，c降低1度 temp1,temp2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT temp; COMPONENT timer -定时模块 PORT(a,b,c,up,down,clk1,clk2: IN STD_LOGIC; sw1: OUT STD_LOGIC; -总开关关闭信号 oh1,oh2,ot1,ot2: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); -输送给数码管显示剩余时

10、间 END COMPONENT timer; COMPONENT mode PORT(b,c,clk: IN STD_LOGIC; cool,heat,dry: OUT STD_LOGIC; cool1,heat1,dry1: OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); END COMPONENT mode;SIGNAL swa,swb,swc:STD_LOGIC;SIGNAL sigBCD7_1,sigBCD7_2,sigBCD7_3,sigBCD7_4,sigBCD7_5,sigBCD7_6,sigBCD7_7,sigBCD7_8,sigBCD7_9,sigBCD7

11、_10,sigBCD7_11,sigBCD7_12,sigBCD7_13,sigBCD7_14:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);BEGINU1: switch PORT MAP(a=switchin,b=swb,c=swa,clk=clk1,d=sigBCD7_1); U2: control PORT MAP(a=switchin,b=swc,clk=clk1,c=swb);U3: fan PORT MAP(a=swa,b=fanup,c=fandown,clk=clk1,di=dis,zhong=zhongs,gao=gaos,ssleep=sigBCD7_2,sd

12、i=sigBCD7_3,szhong=sigBCD7_4,sgao=sigBCD7_5); U4: temp PORT MAP(a=swa,b=tempup,c=tempdown,clk=clk1,temp1=sigBCD7_6,temp2=sigBCD7_7); U5: timer PORT MAP(a=swa,clk1=clk1,clk2=clk2,b=timerop,c=timercancel,up=timerup,down=timerdown,sw1=swc,oh1=sigBCD7_8,oh2=sigBCD7_9,ot1=sigBCD7_10,ot2=sigBCD7_11); U6:

13、mode PORT MAP(b=swa,c=modeset,clk=clk1,cool=cools,heat=heats,dry=drys,cool1=sigBCD7_12,heat1=sigBCD7_13,dry1=sigBCD7_14); U7: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_1,q=switchstate); U8: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_2,q=sleepstate); U9: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_3,q=distate); U10: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=

14、sigBCD7_4,q=zhongstate); U11: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_5,q=gaostate);U12: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_6,q=tempd); U13: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_7,q=temps); U14: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_8,q=hdstate); U15: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_9,q=hsstate); U16: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7

15、_10,q=tdstate);U17: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_11,q=tsstate); U18: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_12,q=coolstate); U19: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_13,q=heatstate); U20: BCD7 PORT MAP(a=swa,b=sigBCD7_14,q=drystate); PROCESS(clk1)BEGINEND PROCESS;END ARCHITECTURE behave;2）单脉冲模块LIBRARY IEEE ;USE I

16、EEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL ;ENTITY pulse IS -单脉冲模块 PORT(a,clk: IN STD_LOGIC; b: OUT STD_LOGIC);END ENTITY pulse;ARCHITECTURE behave OF pulse ISSIGNAL d:STD_LOGIC:=0;SIGNAL f:STD_LOGIC:=0;SIGNAL g:STD_LOGIC:=0; -确保经过第一个clk上升沿时输出1SIGNAL h:STD_LOGIC:=0; -同上BEGINPROCESS(a,clk

17、) BEGINIF(clkEVENT AND clk=1)THENIF(f=1)THENg=1;ELSE g=0;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(a,clk) BEGINIF(clkEVENT AND clk=0)THENIF(a=1)THENIF(f=1)THENIF(g=1)THEN d=1;ELSE d=0;END IF;ELSE d=1;END IF;ELSE d=0; -a为0时，重置此单脉冲发生器END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(d) BEGINIF(a=1)THENIF(d=1)THENf=0; ELSE f=

18、1;END IF;ELSE f=0;END IF;ba,b=p1,clk=clk); U2: pulse PORT MAP(a=b,b=p2,clk=clk); PROCESS(a,b,clk) BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THEN IF(p1=1)THEN -空调开关打开 c=1;d=0001; END IF; IF(p2=1)THEN -时间减为0时，定时模块返回1，关闭开关 c=0;da,b=p1,clk=clk); U2: pulse PORT MAP(a=b,b=p2,clk=clk); PROCESS(a,b,clk) BEGIN IF(clkEVENT

19、 AND clk=1)THEN IF(p1=1)THEN -空调开关打开 c=0; END IF; IF(p2=1)THEN -时间减为0时，定时模块返回1，关闭开关 cb,b=p1,clk=clk); U2: pulse PORT MAP(a=c,b=p2,clk=clk); U3: pulse PORT MAP(a=a,b=p3,clk=clk); PROCESS(a,clk)BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THEN IF(p3=1)THEN -开关打开时，默认26度 t1=0010;t2=0110;ELSIF(a=0)THEN t1=0000;t2=0000;EN

20、D IF; IF(a=1)THENIF(p1=1)THEN -判断温度+按键按下IF(t1=0011)THEN t1=0011;t2=0000; ELSIF(t2=1001)THENt1=t1+1; t2=0000; ELSE t2=t2+1; END IF; END IF; IF(p2=1)THEN -判断温度-按键按下 IF(t1=0001)THEN IF(t2=0110)THEN t1=0001;t2=0110;ELSE t2=t2-1; END IF; ELSIF(t2=0000)THEN t1=t1-1; t2=1001; ELSE t2=t2-1; END IF; END IF;E

21、LSE t1=0000;t2=0000;END IF; END IF;temp1=t1;temp2b,b=p1,clk=clk); U2: pulse PORT MAP(a=c,b=p2,clk=clk); U3: pulse PORT MAP(a=a,b=p3,clk=clk); U4: pulse PORT MAP(a=rst1,b=rst2,clk=clk); U5: count6 PORT MAP(a=op,rst=rst2,clk=clk,o=change); PROCESS(a,clk)BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THEN op1=op2;IF(p3=1

22、)THEN -开关打开时，默认中挡 e=011;ELSIF(a=0)THEN e=000;END IF; IF(a=1)THENIF(p1=1)THEN -判断风速+按键按下IF(e=100)THEN -高挡时按下，则切换为睡眠 e=001;op1=1; ELSE e=e+1;op1=0; END IF; END IF; IF(p2=1)THEN -判断风速-按键按下 IF(e=001)THEN -睡眠时按下，则切换为高挡 e=100;op1=0;ELSIF(e=010)THENe=e-1;op1=1;ELSE e=e-1;op1=0; END IF; END IF;ELSE e=000;EN

23、D IF; END IF;END PROCESS;PROCESS(change)BEGINIF(changeEVENT AND change=1)THENIF(m=1)THENm=0;ELSE m=1;END IF;END IF;END PROCESS; PROCESS(e)BEGINop2=op1;IF(e=001)THEN -睡眠时的低挡-停止循环IF(op2EVENT AND op2=1)THENop=1;rst1=1;END IF;op di=1;zhong=0;gao=0;ssleep=0001;sdi=0000;szhong=0000;sgao di=0;zhong=0;gao=0

24、;ssleep=0001;sdi=0000;szhong=0000;sgao=0000; END CASE;ELSEop=0;-关闭睡眠模式 IF(e=010)THEN di=1;zhong=0;gao=0;ssleep=0000;sdi=0001;szhong=0000;sgao=0000; ELSIF(e=011)THEN di=0;zhong=1;gao=0;ssleep=0000;sdi=0000;szhong=0001;sgao=0000; ELSIF(e=100)THEN di=0;zhong=0;gao=1;ssleep=0000;sdi=0000;szhong=0000;sga

25、o=0001; ELSIF(e=000)THEN di=0;zhong=0;gao=0;ssleep=0000;sdi=0000;szhong=0000;sgaob,b=p1,clk=clk); U2: pulse PORT MAP(a=c,b=p2,clk=clk); PROCESS(b,c,p1,p2,clk) -按键选择模式BEGINIF(clkEVENT AND clk=1)THENIF(b=1)THENIF(p1=1)THEN -默认制冷模式e=01;END IF;IF(p2=1)THENIF(e=11)THENe=01;ELSE e=e+1;END IF;END IF;ELSE e

26、 cool=1;heat=0;dry=0;cool1=0001;heat1=0000;dry1 cool=0;heat=1;dry=0;cool1=0000;heat1=0001;dry1 cool=0;heat=0;dry=1;cool1=0000;heat1=0000;dry1 cool=0;heat=0;dry=0;cool1=0000;heat1=0000;dry1b,b=op,clk=clk1); U2: pulse PORT MAP(a=c,b=cl,clk=clk1); U3: pulse PORT MAP(a=up,b=p1,clk=clk1); U4: pulse PORT

27、MAP(a=down,b=p2,clk=clk1); U5: pulse PORT MAP(a=sw,b=p3,clk=clk1); U6: cd PORT MAP(a=sw,clk=clk2,time1=h1,time2=h2,time3=t1,time4=t2,finish=sw1,outtime1=oh1,outtime2=oh2,outtime3=ot1,outtime4=ot2); PROCESS(a,op,cl)BEGINIF(a=1)THENIF(op=1)THEN sw=1;END IF;IF(cl=1)THEN sw=0;END IF;ELSE sw=0;END IF;END

28、 PROCESS;PROCESS(sw,clk1)BEGINIF(clk1EVENT AND clk1=1)THEN IF(p3=1)THEN -定时开启时，默认30分钟 h11=0000;h22=0000;t11=0011;t22=0000;ELSIF(sw=0)THEN h11=0000;h22=0000;t11=0000;t22=0000;END IF; IF(sw=1)THENIF(p1=1)THEN -判断时间+按键按下IF(h11=0010)THENIF(h22=0100)THENh11=0010;h22=0100;t11=0000;t22=0000;ELSIF(t11=0000)

29、THENt11=0011;ELSE h22=h22+1;t11=0000;END IF;ELSIF(h22=1001)THENIF(t11=0000)THENt11=0011;ELSE h11=h11+1;h22=0000;t11=0000;END IF;ELSIF (t11=0011)THENh22=h22+1;t11=0000;ELSE t11=0011;END IF;END IF; IF(p2=1)THEN -判断时间-按键按下 IF(h11=0000)THEN IF(h22=0000)THENh11=0000;h22=0000;t11=0011;t22=0000;ELSIF(t11=0

30、011)THENt11=0000;ELSE h22=h22-1;t11=0011;END IF;ELSIF(h22=0000)THENIF(t11=0011)THENt11=0000;ELSE h11=h11-1;h22=1001;t11=0011;END IF;ELSIF (t11=0011)THENt11=0000;ELSE h22=h22-1;t11=0011;END IF;END IF;END IF;END IF;h1=h11;h2=h22;t1=t11;t2a,b=s,clk=clk); PROCESS(time1,time2,time3,time4,clk) -为当定时时间更改时，令变量重新赋值 BEGIN IF(clkEVENT AND clk=1)THENIF(s=1)THENintime5=11; ELSIF(a=1)THEN IF(stime1/=time1 OR stime2/=time2 OR stime3/=time3 OR stime4/=time4)THEN stime1=time1; stime2=time2; stime3=time3; stime4=time4; IF(intime5=01)THEN intime5=10;ELSE intime5=01; END IF; END IF; ELSE intime5=00;END IF;E