基于Verilog HDL的FPGA程序(智能洗衣机)

1、华中科技大学电子线路课程设计题 目：智能洗衣机院 系：控制科学与工程系班 级：自动化100X班姓 名：联系方式：指导老师：目录一 题目分析。1二 系统流程图.。2三 主要模块介绍.。5四 各按键功能.。6五 仿真波形.。7六 实验总结。8七 附录。9一：题目分析本次课程设计要求以Verilog HDL硬件描述语言为基础，以DE2开发板为工具，编写智能洗衣机的模拟程序。首先，我在熟悉题目要求的前提下，将题目要求划分为以下几个小的项目，每个项目尽量用单独的模块实现其功能： 洗衣过程的转换：控制洗衣过程在每个过程对应的状态机之间 转换，用control.v模块实现。 洗衣时间的显示：通过直接调用上学

2、期编写的24小时智能时钟程序的计时模块，并用总时间减去已用时间得到剩余时间，用led_show.v实现。本程序的特色：led灯表示水位：通过一定的算法，实现用led灯的亮灭表示水位。Led依次点亮表示注水过程，相反，表示排水和甩干过程。1602 LCD液晶屏：用LCD显示所有操作步骤和过程，包括选择模式，当前洗衣模式和状态，洗衣完毕等。这些过程都是用LCD液晶屏具体显示。按键使用和去抖：因为要使用按键进行模式的选择，所以我用软件去抖的方式实现按键按动时的去抖。暂停键模拟断电保护：设计了一个暂停键，模拟真实情况中的断电保护。当暂停时模拟现实中的断电；暂停结束模拟现实中的重新上电，程序从断点继续运

3、行。二：系统流程图MODE 1 OR MODE 2 OR MODE 3:Wash over洗衣完毕？NOYESDry(甩干)Drain(排水)Wash(洗衣)Potch(漂洗)是否已经洗过衣服？Inject(注水) YNMODE 4NWash over洗衣完毕？Dry(甩干)Drain(排水)Potch(漂洗)Inject(注水)YMODE 5Dry(甩干)Wash over流程图说明：第一个为总的控制系统的流程图，后面三个为总流程图中，每种模式的详细流程图。三：主要模块介绍module my_start： 顶层模块，调用下层模块。module HZ_1：分频模块，通过10分频和5分频将50M

4、hz分频成为1hz。module control：控制模块，控制洗衣模式状态机的转换。module led_show：倒计时模块，通过减去已用时间，得到剩余时间。module put_bottom：软件去抖模块，通过软件去抖，检测按键按动情况。module lcd_show：1602液晶屏显示模块，包括驱动和需要显示的字符。Module water_station：用led灯显示当前水位。四：各按键功能SW_0 :电源键，0时表示power off（未开电源），1表示洗衣机已经开机，处于工作状态，优先级最高。SW_1 :暂停键，0时表示正常工作，1时表示暂停工作，处于待机状态。Key_2 :确

5、定键，按下表示模式选择确定，进入洗衣工作状态。Key_1 :模式选择键，洗衣机共有5种工作模式，用此键进行选择模式。液晶屏 :显示洗衣机工作状态。数码管 :显示洗衣机当前工作模式剩余时间和整个工作状态剩余时间。Hex7，hex6:表示当前状态剩余分钟。Hex5，hex4：表示剩余时间（秒）。Hex1，hex0：表示整个状态剩余时间。Led： 表示洗衣机水位状态，水位越高，led灯亮的越多。五：仿真波形说明：bot_1为模式选择按键，bot_2为确认按键，当57us按动确认键后，进入所选择的的mode 1。wsh_sty为当前洗衣状态，0代表注水，1代表洗衣（为了缩短仿真时间，我将洗衣时间改成一

6、分钟），2代表排水，3代表甩干，4代表漂洗。可以看到，洗衣过程如下：0-1-2-3-0-4-2-3-0-4-2-3-wash over。符合要求，下载到开发板上以后也验证成功，mode 2和mode 3是类似状态，不再累述。说明：这是mode 4的仿真图，wsh_sty中0代表注水，2代表排水，3代表甩干，4代表漂洗。可以看到，洗衣方式为0-4-2-3-0-4-2-3-wash over，符合题目要求。实验总结在去年多功能时钟的基础上，今年的课程设计让我学会了很多的新知识，也少走了很多弯路。模块化设计的思想：本次课程设计使用了很多去年设计多功能时钟的模块，编写可移植模块，对程序编写有莫大的好处

7、。学习到很多小的注意事项：以前编写程序，从来不管warning，但是本次课设，本着严格要求的态度，我把所有warning都详细baidu和修改了一遍，最终将两百多个warning减少到了15个。通过修改warning，可以发现并改正很多不良习惯。我的200多个警告里面大部分是因为无意识的疏忽造成的。比如，time_flag <= time_flag + 1;其中time_flag为11位寄存器型变量，编译时提示的警告为1没有标明位数，被默认设置成为32位，所以改成 11'b1即可消除警告，这种重复性错误占有很大比例。再比如，case语句没有养成加defaulet的习惯，我认为虽然

8、运行时似乎对程序没有影响，但是遇到干扰或者时序混乱等情况时可能会出现问题。还有比如，写代码时，在模块名后面的输入输出变量声明时多写了一个逗号等。这些都提醒自己在写代码时不能投机取巧，尽管不会产生错误，但却可能造成以后写Verilog时习惯性疏忽。但是也有一些警告需要我上网查找才能知道是什么意思，比如quartus软件里可以自己设定时钟频率，比如为输入输出引脚分配电容等。 体的构思和准备：我在写代码之前，构思了洗衣机的操作流程和可能遇到的问题，解决方案等。将准备工作做充足以后，写代码就会很快，遇到的错误也更少。附录：（完整代码）module my_start(input key_0,key_1,

9、input cp_50,input bot_1,bot_2,output LCD_EN,output LCD_RS,output LCD_RW,output LCD_ON,output LCD_BLON,output7:0 LCD_DATA,output 6:0 led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,output0:14 led_wt);reg 2:0mode;initialmode=3'b000;wire 2:0 wsh_sty;wire 2:0 mode_slt;wire cp_1,mode_change,bo

10、t_2t;HZ_1 h_1(cp_50,1,cp_1);control con_1( key_1,mode,cp_1,cp_50,wsh_sty, mode_change,led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,led_wt);always(posedge cp_50)beginif(key_0=1)&&(mode=3'b000)mode<=3'b110;else if(key_0=0)mode<=3'b000;if(mode_change=1)mode<=3'

11、;b111;if(mode=3'b110)&&(bot_2t=0)mode<=mode_slt;endput_bottom put_1(cp_50,bot_1,bot_2,mode,bot_2t,mode_slt);lcd_show lcd(.CLOCK_50(cp_50),.RST_N(1),.mode(mode),.mode_slt(mode_slt),.wsh_sty(wsh_sty),.LCD_DATA(LCD_DATA),.LCD_EN(LCD_EN),.LCD_RS(LCD_RS),.LCD_RW(LCD_RW),.LCD_ON(LCD_ON),.LC

12、D_BLON(LCD_BLON);Endmodulemodule put_bottom(cp_50,bot_1,bot_2,mode,bot_2t,mode_slt);/去抖时间20ms，检测时间20um,没有按是1input cp_50,bot_1,bot_2;input2:0mode;output bot_2t;output2:0mode_slt;reg bot_1f,bot_1t,bot_2f,bot_2t;reg 2:0mode_slt;reg 10:0flag_1,flag_2;initialbeginbot_1f<=1;bot_2f<=1;bot_1t<=1;bo

13、t_2t<=1;mode_slt<=3'b001;endwire 3:0q_0,q_1,q_2;wire Q_0,Q_1,cp_u;counter_10 u1 (1,cp_50,q_03:0,Q_0);counter_10 u2 (1,Q_0,q_13:0,Q_1);counter_10 u3 (1,Q_1,q_23:0,cp_u);/20微秒always (posedge cp_u)beginif(bot_1f=bot_1)flag_1<= flag_1+11'b1;elsebeginflag_1<=0;bot_1f <=bot_1;endif(

14、flag_1>11'd2000)beginflag_1<=0;bot_1t<=bot_1f;endif(bot_2f=bot_2)flag_2<= flag_2+11'b1;elsebeginflag_2<=0;bot_2f <=bot_2;endif(flag_2>11'd2000)beginflag_2<=0;bot_2t<=bot_2f;endendalways( posedge bot_1t )beginif(mode=3'b110)&&(mode_slt<3'b101)

15、mode_slt <= mode_slt + 3'b001;else if(mode=3'b110)&&(mode_slt>3'b100)mode_slt <= 3'b001;endendmodulemodulewater_station(key_1,led_sec0,cp_1,wsh_sty,mode,time_flag,led_wt);input 2:0wsh_sty,mode;input 10:0 time_flag;input cp_1,key_1;input7:0 led_sec0;output0:14 led_wt;

16、reg 0:14 led_wt;always (posedge cp_1)beginif(key_1=0)&&(mode!=3'b000)beginif(wsh_sty=3'b001)|(wsh_sty=3'b100)led_wt <= 0;elseled_wt <= led_wt;endelsecase(mode)3'b001,3'b010,3'b011,3'b100:begincase(wsh_sty)3'b000:if(time_flag1:0=2'b00)led_wt <= (le

17、d_wt << 1) + 1'b1;3'b001:led_wt <= led_wt;3'b010:beginif(time_flag=0) led_wt <= 15'h7fff ;if(led_sec0=8'b1001_1001)|(led_sec0=8'b1001_0000)led_wt <= (led_wt >> 1);end3'b011:if(time_flag4:0=3'b00000)led_wt <= (led_wt >> 1);3'b100:begin

18、if(time_flag=0) beginled_wt <= 15'h7fff ;endelseled_wt <= led_wt;enddefault:led_wt <= 15'b0;endcaseend3'b101:beginif(time_flag=0)led_wt <= 15'h00ff;else if(time_flag2:0=3'b000)led_wt <= (led_wt >> 1);enddefault:led_wt <= 15'b0;endcaseendendmodulemodule

19、 control (key_1,mode,cp_1,cp_50,wsh_sty2:0 ,mode_change,led_min0,led_min1 ,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,led_wt);input 2:0mode;input cp_1,cp_50,key_1;output 2:0 wsh_sty;output mode_change;output 7:0 led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2;output14:0 led_wt;/wire 2:0mode;reg2:0

20、wsh_sty;reg1:0dry_flag;reg10:0time_flag;regmode_change,wsh_flag;wire seccp;initialbeginwsh_sty<=3'b000;wsh_flag<=1'b0;dry_flag<=2'b00;endled_show led_1(key_1,time_flag , mode, wsh_sty,cp_50,cp_1,led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,seccp);water_station(key_1,le

21、d_sec0,cp_1,wsh_sty,mode,time_flag,led_wt);always ( posedge seccp)beginif(key_1=0)&&(mode!=3'b000)beginwsh_sty <= wsh_sty;wsh_flag <= wsh_flag;dry_flag <= dry_flag;time_flag <= time_flag;mode_change <= mode_change;endelsecase(mode)3'b000:beginwsh_sty<=3'b000;wsh

22、_flag<=1'b0;dry_flag<=2'b00;time_flag=0;end/断电状态将洗衣方式清零3'b001,3'b010,3'b011:begincase(wsh_sty)3'b000:/注水beginif(time_flag>=11'd60)&&(wsh_flag=0)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b001;/转到洗衣模式endelse if(time_flag>=11'd60)&&(wsh_flag=1)begint

23、ime_flag=0;wsh_sty<=3'b100;/转到漂洗模式endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1 ;end3'b001:/洗衣beginwsh_flag <= 1;if(time_flag>=11'd1800)&&(mode=3'b001)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b010;/转到排水模式endelse if(time_flag>=11'd1200)&&(mode=3'b010)begint

24、ime_flag=0;wsh_sty<=3'b010;/转到排水模式endelse if(time_flag>=11'd600)&&(mode=3'b011)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b010;/转到排水模式endelsetime_flag <= time_flag +1'b1 ;end3'b010:/排水beginif(time_flag>=11'd60)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b011;/转到甩干模式endelse

25、time_flag <= time_flag + 1'b1 ;end3'b011:/甩干beginif(time_flag>=11'd60)&&(dry_flag>=2'b10)begintime_flag =0;dry_flag <= 0;wsh_sty <= 3'b000;wsh_flag<=1'b0;mode_change<=1;/高电平时向外部表示已经洗完，请求改变模式endelse if(time_flag>=11'd60)&&(dry_flag&l

26、t;2'b10)begintime_flag = 0;wsh_sty <= 3'b000;/转到注水模式dry_flag <= dry_flag + 1'b1;endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1 ;end3'b100:/漂洗beginif(time_flag>=11'd300)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b010;/转到甩干模式endelsetime_flag <= time_flag +1'b1 ;enddefault:wsh_

27、sty <=3'b000;endcaseend3'b100:begincase(wsh_sty)3'b000:/注水beginif(time_flag>=11'd60)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b100;/转到漂洗模式endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1;end3'b010:/排水beginif(time_flag>=11'd60)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b011;/转到甩干模式endels

28、etime_flag <= time_flag + 1'b1 ;end3'b011:/甩干beginif(time_flag>=11'd60)&&(dry_flag>=2'b01)begintime_flag =0;dry_flag <= 0;wsh_sty <= 3'b000;wsh_flag<=1'b0;mode_change<=1;/高电平时向外部表示已经洗完，请求改变模式endelse if(time_flag>=11'd60)&&(dry_flag&

29、lt;2'b01)begintime_flag = 0;wsh_sty <= 3'b000;/转到注水模式dry_flag <= dry_flag + 1'b1;endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1 ;end3'b100:/漂洗beginif(time_flag>=11'd300)begintime_flag=0;wsh_sty<=3'b010;/转到排水模式endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1 ;enddefault:ws

30、h_sty <=3'b000;endcaseend3'b101:beginwsh_sty <= 3'b011;/甩干if(time_flag>=7'd60)begintime_flag=0;wsh_sty <= 3'b000;wsh_flag<=1'b0;mode_change<=1;/高电平时向外部表示已经洗完，请求改变模式endelsetime_flag <= time_flag + 1'b1;end3'b110:beginwsh_sty<=3'b000;time_fla

31、g=0;wsh_flag<=1'b0;dry_flag<=2'b00;end3'b111:beginwsh_sty<=3'b000;time_flag=0;wsh_flag<=1'b0;dry_flag<=2'b00;mode_change<=0;endendcaseendendmodulemodule counter_6(ncr, en,cp,q);inputcp, ncr,en;output3:0 q;reg3:0 q;always (posedge cp or negedge ncr)beginif(!n

32、cr)q <= 4'b0000;else if(en)q <= q;else if(q = 4'b0101)q <= 4'b0000;else q <= q + 1'b1;endendmodulemodule counter_10 (nclr,clk,Q,out_0); input clk, nclr; output 3:0Q; output out_0; reg 3:0Q; reg out_0;always (posedge clk or negedge nclr) begin if (!nclr) begin Q <= 4

33、9;b000; out_0=0 ; end else if (Q=9) beginQ <= 4'b000; out_0=1;end else beginQ <= Q+1'b1; out_0=0 ; end endendmodulemodule led_show ( key_1,time_flag , mode, wsh_sty,cp_50,cp_1,led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,seccp);input 10:0time_flag;input 2:0mode;input 2:0wsh_s

34、ty;input cp_50,cp_1,key_1;output 7:0 led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2;output seccp;wire 7:0 led_min0,led_min1,led_sec0, led_sec1,min_all1,min_all2,min_use,sec_use,min_all;wire mincp,seccp ;wire 10:0time_flag;wire 2:0mode;wire 2:0wsh_sty;reg 7:0 min_now,sec_now,sec_now_old,min_n

35、ow_old,min_sy,min_sy_old;reg en_time,en_time_all;/initial mincp<=1;counter_60 u1(en_time, seccp,sec_use);counter_60 u2(en_time, mincp,min_use);counter_60 u3(en_time_all,mincp,min_all);assignmincp = key_1 ? (mincp) :(sec_use = 8'b00000000);assignseccp = key_1 ? (seccp):(cp_1);always(posedge cp

36、_50)beginif(time_flag10:0=11'b0)en_time<=0;elseen_time<=1;case(mode)3'b000,3'b110,3'b111:en_time_all <= 0;default:en_time_all <= 1;endcasesec_now_old <= 8'b01011010- sec_use;if(sec_now_old3:0=4'b1010)beginsec_now3:0 <= 0;sec_now7:4 <= sec_now_old7:4+4'

37、;b0001;endelsesec_now <= sec_now_old;case(wsh_sty)3'b001:begincase(mode)3'b001:min_now_old <= 8'b00101001 - min_use;3'b010:min_now_old <= 8'b00011001 - min_use;3'b011:min_now_old <= 8'b00001001 - min_use;default:min_now_old <=0;endcaseend3'b100:min_now_

38、old <= 8'b00000100 - min_use;default:min_now_old <= 0;endcaseif(min_now_old3:0=4'b1010)beginmin_now3:0 <= 0;min_now7:4 <= min_now_old7:4+4'b0001;endelse min_now <= min_now_old ;case(mode)3'b001:beginmin_sy_old <= 8'b01001001 - min_all ;if(min_sy_old3:0=4'b00

39、00) min_sy <=min_sy_old - 8'd7;elsemin_sy <= min_sy_old - 8'b00000001;end3'b010:beginmin_sy_old <= 8'b00111001 - min_all ;if(min_sy_old3:0=4'b0000) min_sy <=min_sy_old - 8'd7;elsemin_sy <= min_sy_old - 8'b00000001;end3'b011:beginmin_sy_old <= 8'b

40、00101001 - min_all ;if(min_sy_old3:0=4'b0000) min_sy <=min_sy_old - 8'd7;elsemin_sy <= min_sy_old - 8'b00000001;end3'b100:beginmin_sy_old <= 8'b00011001 - min_all;if(min_sy_old3:0<4'b0100)min_sy <= min_sy_old - 8'd10;else min_sy <= min_sy_old - 8'b00

41、000100;enddefault:min_sy <= 0;endcaseendled led_1(cp_50,sec_now,led_sec0, led_sec1);led led_2(cp_50,min_now,led_min0, led_min1);led led_3(cp_50,min_sy,min_all1, min_all2);endmodulemodule led(cp_50,BCD,led0, led1);input 7:0 BCD;input cp_50;output 7:0 led0, led1;reg7:0 led0, led1;always ( posedge c

42、p_50)begincasez (BCD3:0)4'd0 : led0 = 8'b1100_0000;4'd1 : led0 = 8'b1111_1001;4'd2 : led0 = 8'b1010_0100;4'd3 : led0 = 8'b1011_0000;4'd4 : led0 = 8'b1001_1001;4'd5 : led0 = 8'b1001_0010;4'd6 : led0 = 8'b1000_0010;4'd7 : led0 = 8'b1111_1

43、000;4'd8 : led0 = 8'b1000_0000;4'd9 : led0 = 8'b1001_0000;default: led0 = 8'b1111_1111;endcasecasez (BCD7:4)4'd0 : led1 = 8'b1100_0000;4'd1 : led1 = 8'b1111_1001;4'd2 : led1 = 8'b1010_0100;4'd3 : led1 = 8'b1011_0000;4'd4 : led1 = 8'b1001_10

44、01;4'd5 : led1 = 8'b1001_0010;4'd6 : led1 = 8'b1000_0010;4'd7 : led1 = 8'b1111_1000;4'd8 : led1 = 8'b1000_0000;4'd9 : led1 = 8'b1001_0000;default: led0 = 8'b1111_1111;endcaseendendmodule/*lcd显示部分*用lcd显示当前的mode */module lcd_show(input CLOCK_50,input RST_N,i

45、nput 2:0mode,/ newoutput7:0 LCD_DATA,input2:0 wsh_sty,input 2:0mode_slt,output LCD_EN,output LCD_RS,output LCD_RW,output LCD_ON,output LCD_BLON);wire7:0 LCD_D_1;wire LCD_RS_1;wire LCD_RW_1;wire LCD_EN_1;wire DLY_RST;assign LCD_DATA=LCD_D_1;assign LCD_RS=LCD_RS_1;assign LCD_RW=LCD_RW_1;assign LCD_EN=

46、LCD_EN_1;assign LCD_ON=1'b1;assign LCD_BLON=1'b1;Reset_Delay r0(.iCLK(CLOCK_50), .oRESET(DLY_RST),.RST_N(RST_N);LCD1602_TEST u1( .iCLK(CLOCK_50), .iRST_N(DLY_RST), .mode(mode),.mode_slt(mode_slt),.wsh_sty(wsh_sty), .LCD_DATA(LCD_D_1), .LCD_RW(LCD_RW_1), .LCD_EN(LCD_EN_1), .LCD_RS(LCD_RS_1) );endmodule/RST_N初始延迟代码： module Rese