EDA-洗衣机控制器设计.doc

佛山职业技术学院 2013年 07月1日  洗衣机控制器的设计 一、实训课题： 洗衣机控制器的设计 设计的内容及要求： 1．设计一个洗衣机控制器，要求为： 1) 洗衣机控制器可以驱动洗衣机进行洗涤、漂洗或烘干； 2) 洗衣机控制器可以设置洗衣机的工作时间，工作时间最短1分钟，最长1小时， 在工作过程中，工作时间以倒计时显示，若时间为0洗衣机停止工作； 3) 洗衣机在待机状态时，洗衣机控制器可以设置洗衣机的工作方式和工作时间； 4) 可以暂停或停止洗衣机工作； 5) 利用三个数码管显示洗衣机待机时的设置时间和工作时的运行时间，利用一位数码管显示洗衣机待机时所设置的工作方式运行时的工作方式； 6）利用三个LED分别表示驱动洗衣机进行洗涤、漂洗或烘干。 7) 洗涤时，电机中速正转；漂洗时，电机慢速反转；烘干时，电机快速正转。 2．洗衣机控制器可以划分为状态机模块、计时器模块、设置模块和显示选择模块。在QuartusII中输入各个模块的代码，编译综合，仿真，完成各个模块的软件设计； 3．把各个模块组合起来，综合编译，仿真，完成整个控制器系统的软件设计； 4. 选择电路方案锁定管脚，把程序下载到实验箱中，利用实验箱进行硬件实现； 5. 以EPM240为核心，设计洗衣机控制器硬件电路原理图和PCB版图。 6. 完成实训报告。实训报告包括： 设计的任务和要求； 模块的划分和系统总框图； 各个模块的实现，包括模块的作用，模块的输入与输出情况，模块状态图，模块的代码以及注释，模块的波形图； 系统的实现，包括系统总原理图，系统的波形图； 管脚的锁定关系； 电路原理图和PCB版图； 7） 实训总结。 三．设计思路： 1）状态切换 → 有限状态机 2）按定时时间及时 → 定时计数器 3）显示时间 → 数码管译码驱动器 4）接收设置时间 → 时间设置键盘扫描器 5）接收设置模式 → 模式设置键盘扫描器 6）切换显示运行时间和设置时间 → 二路选择器 7）切换显示运行模式和设置模式 → 二路选择器 8）控制电机 → 电机驱动器 基本原理 洗衣机控制器的设计主要是定时器的设计。由一片FPGA和外围电路构成了电器控制部分。FPGA接收键盘的控制命令，控制洗衣机的进水、排水、水位和洗衣机的工作状态、并控制显示工作状态以及设定直流电机速度、正反转控制、制动控制、起停控制和运动状态控制。对芯片的编程采用模块化的VHDL (硬件描述语言)进行设计，设计分为三层实现，顶层实现整个芯片的功能。顶层和中间层多数是由VHDL的元件例化语句实现。中间层由无刷直流电机控制、运行模式选择、洗涤模式选择、定时器、显示控制、键盘扫描、水位控制以及对直流电机控制板进行速度设定、正反转控制、启停控制等模块组成，它们分别调用底层模块。 洗衣机控制器要完成的功能： 1）控制四个功能状态切换：待机、洗涤、漂洗和干衣； 2）按定时时间进行计时； 3）显示时间或显示设置的时间； 4）接收和保存设置的时间； 5）能接收模式输入； 6）能显示设置模式和当前工作模式； 7）驱动电机转动。 整体设计示意图： 四．系统组成以及系统各部分的设计： 1.状态机的设计： 状态机要完成的功能： 1）能设置工作模式； 2）控制洗涤、漂洗、干衣的驱动输出； 3）能启动、暂停、停止洗衣机控制器； 4）能重启、暂停和停止定时器； 5）能接收定时器的到时标志； 6）能使能键盘扫描计数器； 7）能控制二路选择器。 状态机的输入： 1）时钟(clk)； 2）工作模式(modein(1 DOWNTO 0)); 3）启动（start)、停止(stop)、暂停(pause)； 4）定时器标志(tcin)。 状态机的输出： 1）洗涤、漂洗、干衣的驱动输出(wout(3 downto 0))； 2）使能(ten)和停止(tstop)定时器; 3）使能键盘扫描计数器(ken)； 4）控制二路选择器(sel); 5）运行模式(modeout(1 DOWNTO 0))。 状态图分析设计如下： 状态机设计图： 模块设计图： 状态机仿真图如下： 2. 定时器设计： 定时器的功能： 1）能通过使能端暂停和允许定时器工作； 2）能停止并复位定时器； 3）能进行定时； 4）能输出定时标志。 定时器的输入：