洗衣机试验报告

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数字电路与规律设计综合试验

试验报告

试验名称：基于CPLD的简易洗衣机控制器的设计与实现指导老师：班级：学号：班内序号：姓名：

2023.11.9

一．设计课题的任务要求

题目：基于CPLD的简易洗衣机控制器的设计与实现基本要求:

1、洗衣机的工作步骤为洗涤、漂洗和脱水三个过程,工作时间分别为:洗涤30秒(进水5秒,洗衣15秒,排水5秒,甩干5秒),漂洗25秒(进水5秒,漂洗10秒,排水5秒,甩干5秒),脱水15秒(排水5秒,甩干10秒)；

2、用一个按键实现洗衣程序的手动选择:A、单洗涤;B、单漂洗;C、单脱水;D、漂洗和脱水;E、洗涤、漂洗和脱水全过程；

3、用发光二极管显示洗衣机的工作状态(洗衣、漂洗和脱水),并倒计时显示每个状态的工作时间,全部过程终止后,应有声音提醒使用者,并保持在中止状态,直至再次开始；

4、用点阵动画显示洗衣机工作过程中进水、波轮或滚筒转动、排水和甩干等的工作状况,四种工作状况的动画显示要有区别且尽可能的形；

5、用一个按键实现暂停洗衣和继续洗衣的控制,暂停后继续洗衣应回到暂停之前保存的状态。提高要求:

1、三个过程的时间有多个选项供使用者选择；2、可以预约洗衣时间；3、自拟其它功能；

二、系统设计

设计思路：

从系统总体要求出发，将设计任务分解为5类不同的功能模式，3种工作类型。基本功能描述洗衣机控制器可工作于五种模式下:单洗涤、单漂洗、单脱水、漂洗十脱水、洗涤十漂洗+脱水，由按键控制洗衣机控制器工作在任意一种模式，并显示出洗衣机的工作状态和剩余工作时间，在剩余时间终止后有报警声提醒使用者，并且可实现暂停洗衣和继续的功能。3种工作类型：洗涤、漂洗、脱水。

由此分析可将洗衣机控制器分为分频器模块、控制模块、倒计时模块、点阵模块、初始模式选择模块、报警模块、数码管显示模块等。

总体框图：

分块设计：

①分频器模块：利用分频模块将频率分频为500HZ、100HZ以及1HZ，分别用于不同模块。500HZ用于：数码管显示、扫描模块；100HZ用于：暂停按键、模式选择按键、开始按键；1HZ用于：蜂鸣器模块、点阵模块。

②倒计时模块：进行时间的倒计时，将减计数得到的剩余时间送给显示模块进行显示。

③点阵模块：通过不同的状态协同倒计时显示不同的点阵动画，

使洗

衣机使用者能一目了然的知道现在洗衣工作进行到哪一步骤。④初始模式选择模块：洗衣机使用者通过对模块选择按键的控制，选择指定模式，再通过开始及暂停键，控制洗衣机的工作与暂停。⑤报警模块：当状态转移模块送出终止信号时，控制蜂鸣器响5秒钟。⑥数码管显示模块：此模块的作用是洗衣模式显示以及该模式下的剩余时间显示。

三、仿真波形及波形分析

点阵：

防抖：

（6个时钟脉冲内，按下按键，只能产生一次按键脉冲信号）

分频：

模式选择：

数码管显示：

四、源程序

顶层文件：LIBRARYIEEE;

USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;

ENTITYwashingISPORT(

clk:INSTD_LOGIC;clear:INSTD_LOGIC;

up,down,mode,sure,choice,pause,start:INSTD_LOGIC;--DISP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);beep:OUTSTD_LOGIC;

LED1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);LED2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);CAT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);row:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);colg:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);colr:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));

ENDwashing;

ARCHITECTUREbehaveOFwashingIS

--clk_500,clk_1,clk_100分别对应500HZ信号，1HZ信号，100HZ信号--

--sure_tmp:数字钟模式下的标志信号，1表示数字钟开始，0表示暂停--

--pause_tmp:开始暂停的标志信号，1开始0暂停----choose_tmp:对应当前被选中的数码管--

--h_1,h_2,m_1,m_2,s_1,s_2:用来保存在数字钟模式下的时分秒----hx_1,hx_2,mx_1,mx_2,sx_1,sx_2:用来保存在洗衣漂洗脱水等模式下的时间--

--H1,H2,M1,M2,S1,S2:对应从左到右6位数码管的每一位----model_tmp:对应当前模式--

--beep_flag:蜂鸣器是否响了5秒的标志信号--

--cl_beeper:cl_beeper的0、1决定beep_flag的1、0--

SIGNALclk_500,clk_1,clk_100,sure_tmp:STD_LOGIC;SIGNALpause_tmp:STD_LOGIC:='1';--SIGNALchoice_tmp:INTEGERRANGE0TO2;SIGNALh_1:INTEGERRANGE0TO3;SIGNALm_1,s_1:INTEGERRANGE0TO6;SIGNALh_2,m_2,s_2:INTEGERRANGE0TO9;SIGNALH1,H2:INTEGERRANGE0TO9;

SIGNALM1,S1,M2,S2:INTEGERRANGE0TO9;SIGNALmode_tmp:INTEGERRANGE0TO5;SIGNALmode_m:INTEGERRANGE0TO5;SIGNALbeep_flag:STD_LOGIC;SIGNALcl_beeper:STD_LOGIC;

SIGNALstate:INTEGERRANGE0TO3;指示洗衣过程SIGNALarr_mode:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);SIGNALnum1:INTEGERRANGE0TO50:=30;SHUZIKONGZHISIGNALnum2:INTEGERRANGE0TO50:=25;SIGNALnum3:INTEGERRANGE0TO50:=15;

SIGNALde1:INTEGERRANGE0TO30:=15;--洗涤时洗衣时间SIGNALde2:INTEGERRANGE0TO30:=10;--漂洗时洗衣时间SIGNALde3:INTEGERRANGE0TO30:=10;--甩干时脱水时间SIGNALflag:INTEGERRANGE0TO1;

SIGNALstart_tmp:INTEGERRANGE0TO1;--开始标志

COMPONENTCLOCKPORT(

clear:INSTD_LOGIC;

clk_1,up,down,sure_tmp,mode:INSTD_LOGIC;mode_tmp:ININTEGERRANGE0TO5;h_1:OUTINTEGERRANGE0TO9;

h_2:OUTINTEGERRANGE0TO9;m_1,s_1:OUTINTEGERRANGE0TO9;m_2,s_2:OUTINTEGERRANGE0TO9;

flag:OUTINTEGERRANGE0TO1;--倒计时终止标志choice_tmp:ININTEGERRANGE0TO2);ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_surePORT(

sure,clk_100:INSTD_LOGIC;--sure是数字钟模式下的确认按钮

sure_tmp:OUTSTD_LOGIC);

ENDCOMPONENT;

COMPONENTclk_divPORT(

clear,clk:INSTD_LOGIC;

clk_500,clk_1,clk_100:OUTSTD_LOGIC);

ENDCOMPONENT;

COMPONENTSHOWPORT(

clk_500:INSTD_LOGIC;clear:INSTD_LOGIC;H1:ININTEGERRANGE0TO9;H2:ININTEGERRANGE0TO9;M1,S1:ININTEGERRANGE0TO9;M2,S2:ININTEGERRANGE0TO9;CAT:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO0);DISP:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));

ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_pausePORT(

clear,pause,clk_100:INSTD_LOGIC;pause_tmp:OUTSTD_LOGIC);

ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_modePORT(

mode,clear,clk_100:INSTD_LOGIC;choice:INSTD_LOGIC;

mode_tmp:OUTINTEGERRANGE0TO5;LED1:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(4DOWNTO0);flag:ININTEGERRANGE0TO1;choice_tmp:OUTINTEGERRANGE0TO2);

ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_beep--SET_BEEPPORT(clk_1,clk_100:INSTD_LOGIC;mode:INSTD_LOGIC;clk_500:INSTD_LOGIC;beep_flag:INSTD_LOGIC;cl_beep:OUTSTD_LOGIC;beep:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_ledPORT(

clear,clk_1:INSTD_LOGIC;state:ININTEGERRANGE0TO3;

led_out:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0));

ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_arrayPORT(

clear,clk_1,clk_500:INSTD_LOGIC;

arr_mode:INSTD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);四种状态row:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);colg:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0);colr:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7DOWNTO0));

ENDCOMPONENT;

COMPONENTset_startPORT(

start,clk_100,mode:INSTD_LOGIC;flag:ININTEGERRANGE0TO1;start_tmp:OUTINTEGERRANGE0TO1);

ENDCOMPONENT;

PORTMAPBEGINu1:CLOCK

PORT

MAP(clear=clear,clk_1=clk_1,up=up,down=down,sure_tmp=sure_tmp,mode=mode,mode_tmp=mode_tmp,

h_1=h_1,h_2=h_2,m_1=m_1,m_2=m_2,s_1=s_1,s_2=s_2,choice_tmp=choice_tmp,flag=flag);--u2:set_sure

MAP(clk_100=clk_100,sure=sure,sure_tmp=sure_tmp);u3:clk_div

PORTPORT

MAP(clear=clear,clk=clk,clk_500=clk_500,clk_1=clk_1,clk_100=clk_100);u4:SHOW

PORT

MAP(clk_500=clk_500,clear=clear,H1=H1,H2=H2,M1=M1,M2=M2,S1=S1,

S2=S2,CAT=CAT,DISP=DISP);u5:set_pause

PORT

MAP(clk_100=clk_100,clear=clear,pause=pause,pause_tmp=pause_tmp);u6:set_mode

PORT

MAP(clk_100=clk_100,mode=mode,clear=clear,choice=choice

,

LED1=LED1,flag=flag,

choice_tmp=choice_tmp,mode_tmp=mode_tmp);u7:set_beep

PORT

MAP(beep_flag=beep_flag,clk_1=clk_1,clk_100=clk_100,mode=mode,

clk_500=clk_500,cl_beep=cl_beeper,beep=beep);--u8:set_led

PORT

MAP(clk_1=clk_1,clear=clear,state=state,led_out=LED2);u9:set_array

MAP(clear=clear,clk_1=clk_1,clk_500=clk_500,

arr_mode=arr_mode,row=row,colr=colr,colg=colg);u10:set_start

PORTPORT

MAP(start=start,clk_100=clk_100,mode=mode,start_tmp=start_tmp,flag=flag);倒计时：

PROCESS(clear,clk,up,down,clk_1)BEGIN

IFclear='1'THEN

H1=0;H2=0;M1=0;M2=0;S1=0;S2=0;num1=30;num2=25;num3=15;

state=3;arr_mode=000;de1=15;de2=10;de3=10;ELSIF(mode='1')THEN

num1=30;num2=25;num3=15;state=3;arr_mode=000;ELSIF(clk_1'eventANDclk_1='1')THEN

CASEmode_tmpIS

0,CLOCKMODEWHEN

0=H1=h_1;H2=h_2;M1=m_1;M2=m_2;S1=s_1;S2=s_2;1.单洗衣模式WHEN1=H1=num1/10;H2=(num1)mod(10);IF(start_tmp=1)THENIFpause_tmp='0'THEN

state=0;xiyiarr_mode=001;

IF(num1=10+de1)THENarr_mode=010;IF(num1=10)THENarr_mode=011;IF(num1=5)THEN

arr_mode=100;ENDIF;ENDIF;ENDIF;IF(num1=0)THEN

state=3;终止arr_mode=000;CASEcl_beeperISWHEN'1'=beep_flag='0';WHENOTHERS=beep_flag='1';ENDCASE;ELSE

num1=num1-1;ENDIF;ENDIF;ELSIFup='1'THEN

num1=num1+1;de1=de1+1;

ELSIFdown='1'THEN--暂停洗衣，down高电平调时，实现减1--

IF(num1/=0)THEN

num1=num1-1;de1=de1-1;ENDIF;

ELSENULL;ENDIF;

2.单漂洗模式WHEN2=H1=0;H2=0;M1=num2/10;M2=(num2)mod(10);IF(start_tmp=1)THEN

IFpause_tmp='0'THEN--开始漂洗，倒计时--state=1;

arr_mode=001;piaoxiIF(num2=10+de2)THENarr_mode=010;IF(num2=10)THENarr_mode=011;IF(num2=5)THENarr_mode=100;ENDIF;ENDIF;ENDIF;IF(num2=0)THEN

state=3;终止

arr_mode=000;CASEcl_beeperISWHEN'1'=beep_flag='0';WHENOTHERS=beep_flag='1';ENDCASE;ELSE

num2=num2-1;ENDIF;ENDIF;

ELSIFup='1'THEN--暂停漂洗，up高电平调时，实现加1--

num2=num2+1;de2=de2+1;

ELSIFdown='1'THEN--暂停漂洗，down高电平调时，实现减1--

IF(num2/=0)THEN

num2=num2-1;de2=de2-1;ENDIF;ELSENULL;