电子设计自动化

1、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-5（四）洗涤倒计时计数器设计方案-6（五）60秒计数器设计方案-6（六）显示器设计方案-6三、电路设计、仿真与实现-7（一）分频器的设计实现-7（二）控制器设计实现-8（三）洗涤倒计时计数器的设计实现-13（四）60秒计数器设计方案-17（五）显示器设计实现-18（六）总体设计实现-21（七）Fit Design 结果-22四、分析与讨论-23五、参考文献-24一、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

2、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

3、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：1、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clk（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

4、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Top-Down模块化

5、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（Fit Design），生成下载文件。4、 采用DownLoad软件将设计的JED文件烧

6、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，洗涤倒计时器，,60S倒计时器和显示器五大部分。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，洗涤倒计时器和60S倒计器负责洗衣时间得倒计时并且根据倒计时的时间控制电机（四个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clkout1为1kHZ脉冲信号（用于扫描数码管），输出cl

7、kout2为1KHZ脉冲信号（给计数器）（给控制器及显示器）。（三）、控制器设计方案：控制器的输入信号及作用:有10个输入s0,s1,s2,s3, t0,t1,t2,t3, clk, s60 .其中s0,s1,s2,s3为四个按键的输入;t0,t1,t2,t3为洗涤倒计时计数器的反馈输入; clk为频率信号输入; s60为60秒倒计时的输出信号控制器的输出信号及作用：有12个输出信号:d0,d1,d2,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23.其中d0,d1,d2,d3是s0,s1,s2,s3赋值.t10,t11,t12,t13为模式一的输出控制信号;t20,t21

8、,t22,t23为模式二的输出控制信号.（四）、洗涤倒计时计数器设计方案：洗涤倒计时计时器的输入信号及作用有：clk, d0,d1,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23。其中clk为频率信号输入；d0,d1,d2,d3为s0,s1,s2,s3所赋值的信号输入；t10,t11,t12为控制器输出的控制洗衣模式一得输入信号；t20,t21,t22,t23为控制器输出的控制洗衣模式二得输入信号；洗涤倒计时计数器的输出信号及作用：t0,t1,t2,t3,LED1,LED2,LED3,LED4。其中t0,t1,t2,t3为反馈给控制器的四个信号，已达到让控制器对在不同的洗

9、衣时间里做出不同的控制；LED1,LED2,LED3,LED4分别为洗衣时正传，间歇，反转，暂停的指示输出信号，用来控制四个指示灯。（五）、60秒计数器设计方案：60秒计数器的输入信号及作用：clk, d0,d1,d2,d3。其中clk为频率输入信号；d0,d1,d2,d3为s0,s1,s2,s3所赋值的输入信号。60秒计数器的输出信号及作用：只有一个输出信号s60，s60是一个周期为一分钟的频率信号。（六）、显示器的设计方案： 将输入的倒计时现态时间以七段码的形式通过数码管输出，数码管的扫描信号del。三、电路设计、仿真与实现：（一）、分频器的设计实现：分频器的源程序：module fenp

10、inqi(Clk,clkout1,/1hz clkout2/1khz);input Clk;output clkout1;output clkout2;reg clkout1;reg clkout2;reg 31:0 Cout1;reg31:0 Cout2;reg Clk_En1;reg Clk_En2;initial beginclkout1<=0;clkout2<=0;endalways (posedge Clk )beginCout1 <= (Cout1= 32'd10) ? 32'd0 : (Cout1 + 32'd1);Cout2 <=

11、 (Cout2= 32'd5) ? 32'd0 : (Cout2 + 32'd1);Clk_En1 <= (Cout1 = 32'd10) ? 1'd1 : 1'd0;Clk_En2 <= (Cout2 = 32'd5) ? 1'd1 : 1'd0;clkout1<=Clk_En1;clkout2<=Clk_En2; endendmodule分频器的仿真结果：为了使仿真结果能还好地显示出来，在仿真时把分频器的两个输出信号分别使其输出5MHZ的和10MHZ的频率信号。（三）、控制器设计实现：控制器的源

12、程序：module kongzhiqi ( s0,s1,s2,s3, t0,t1,t2,t3, clk,/1khz s60, d0,d1,d2,d3, t10,t11,t12,t13, t20,t21,t22,t23);input t0,t1,t2,t3,s0,s1,s2,s3,clk,s60;output d0,d1,d2,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;reg d0,d1,d2,d3;reg t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;reg5:0i;initialbegini<=0;endalways(clk)/ zhan

13、ting beginif(s0=1) begin d0<=s0; d1<=s1; d2<=s2; d3<=s3;endif(s0=0)/fu wei begin d0<=0; d1<=0; d2<=0; d3<=0; end endalways (posedge s60) begini<=i+1'b1;if(d2=1&i<=15)begin if(d0=1&d1=0&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t10<=1; t11<=0; t1

14、2<=0; t13<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=1; t12<=0; t13<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=1; t13<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=0; t13<=1; end end if

15、(d0=1&d1=1&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t20<=1; t21<=0; t22<=0; t23<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=1; t22<=0; t23<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=1; t23<=0; end if(t0=0&

16、amp;t1=0&t2=1&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=0; t23<=1; end end endif(d2=0&i<=30)begin if(d0=1&d1=0&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t10<=1; t11<=0; t12<=0; t13<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=1; t12<

17、;=0; t13<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=1; t13<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=0; t13<=1; end end if(d0=1&d1=1&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t20<=1; t21<=0; t22<=

18、0; t23<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=1; t22<=0; t23<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=1; t23<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=0; t23<=1; end end end end

19、/alwaysendmodule控制器的仿真结果：洗衣模式一的仿真结果:洗衣模式二的仿真结果:（四）、洗涤倒计时的设计实现：洗涤倒计时的源程序module xididaojishi( clk,/1hz d0,d1,d3, t10,t11,t12,t13, t20,t21,t22,t23, t0,t1,t2,t3, LED1,LED2,LED3,LED4 );input clk,d0,d1,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;output t0,t1,t2,t3,LED1,LED2,LED3,LED4;reg LED1,LED2,LED3,LED4;reg5:0

20、 i;reg t0,t1,t2,t3;always(posedge clk)beginif(d0=0)/fu weibegini<=0;t0<=0;t1<=0;t2<=0;t3<=0;endif(d0=1&d3=1)/zhan tingbeginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=1;endif(d1=0&d0=1&d3=0)beginif(t10=1&t11=0)beginLED1<=1;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1

21、9;b1;if(i=5'd20) begin t3<=0; t0<=1; i<=0; endendif(t11=1&t12=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd10) begin t0<=0; t1<=1; i<=0; endendif(t12=1&t13=0)beginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=1;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'

22、d20) begin t1<=0; t2<=1; i<=0; endendif(t13=1&t10=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd10) begin t2<=0; t3<=1; i<=0; endendendif(d1=1&d0=1&d3=0)beginif(t20=1&t21=0)beginLED1<=1;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1&

23、#39;b1;if(i=5'd25) begin t3<=0; t0<=1; i<=0; endendif(t21=1&t22=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd5) begin t0<=0; t1<=1; i<=0; endendif(t22=1&t23=0)beginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=1;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'

24、;d25) begin t1<=0; t2<=1; i<=0; endendif(t23=1&t20=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd5) begin t2<=0; t3<=1; i<=0; endendendend/alwaysendmodule洗涤倒计时的仿真结果：(四)60秒倒计时计数器的实现60秒倒计时计数器的源程序：module s60daojishi (clk, /1hz d0,d1,d2,d3, s60 );i

25、nput clk,d0,d1,d2,d3;output s60;reg s60;reg9:0 cout;always(posedge clk)/zhan ting begin if(d0=0)/fu wei begin cout<=0; endif(d0=1&d3=0)begin cout<=(cout=10'd6)? 0:(cout+1'b1); s60<=(cout=10'd6)? 1:0;end endendmodule60秒倒计时计数器的仿真波形:为了使仿真结果能还好地显示出来，60S倒计时的输出改为输出周期为6S的频率信号。（五）、显

26、示器设计实现：显示器的源程序：module xianshi( clk1,/1khz clk2,/1hz clk3,/1 fen zhong d0,d1,d2,d3, del,sev );input clk1,clk2,clk3,d0,d1,d2,d3;output2:0del;output6:0sev;reg4:0 fen,miao;reg5:0k1,k2;reg1:0m;reg3:0g1,g2,g3,g4;reg6:0sev,ss;reg2:0del,i;always(posedge clk1)begini<=i+'d1;g1<=k1/10;g2<=k1%10;g3

27、<=k2/10;g4<=k2%10;case(i)3'd0:m<=0;3'd1:m<=1;3'd2:m<=2;3'd3:m<=3;3'd4:m<=0;3'd5:m<=1;3'd6:m<=2;3'd7:m<=3;endcasedel<=m; case(del) 'd0:ss<=g3; 'd1:ss<=g4; 'd2:ss<=g1; 'd3:ss<=g2; endcaseendalways(ss) begin ca

28、se(ss) 0:sev='b0111111; 1:sev='b0000110; 2:sev='b1011011; 3:sev='b1001111; 4:sev='b1100110; 5:sev='b1101101; 6:sev='b1111101; 7:sev='b0000111; 8:sev='b1111111; 9:sev='b1101111; endcase endalways(posedge clk2)beginif(d0=0)beginmiao=0;endif(d0=1&&d3=0)beginmiao=miao+1'b1;k1=32'd60-miao;if(k1=0)miao=0;end/ifend/alwaysalways(posed