洗衣机控制器设计

宜宾学院
课程设计
2010-12-19
宜宾学院课程设计任务书
课程EDA技术课程设计
题目洗衣机控制器设计
专业电子信息工程姓名谢小龙学号080304044
主要内容、基本要求、主要参考资料等
主要内容：
设计一个洗衣机控制器，要求洗衣机有正转、反转、暂停三种状态。

设定洗衣机的工作时间，要洗衣机在工作时间内完成：定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”，定时到则停止，同时发出提示音。

基本要求：
1、设计一个电子定时器，控制洗衣机作如下运转：定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒→定时未到回到“正转20秒→暂停10秒→……”，定时到则停止；
2、若定时到，则停机发出音响信号；
3、用两个数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机；洗涤过程由“开始”信号开始；
4、三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。

主要参考资料：
[1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005.
[2] 康华光主编.电子技术基础模拟部分. 北京：高教出版社,2006.
[3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.
完成期限
指导教师
专业负责人
2010-12-19
一、总体设计思想
1、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。

2、设计框图
二、设计步骤和调试过程
1、总体设计电路
洗衣机控制器电路主要有五大部分组成，包括：减法计数器、时序控制电路、预置时间和编码电路、数码管显示、译码器组成。

具体电路如下图所示：
2、模块设计和相应模块程序
a:时间设定模块
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity settime is
port(load,clk:in std_logic;
k:in std_logic_vector(9 downto 0);
seg:out std_logic_vector(6 downto 0);
s:out std_logic_vector(1 downto 0);
o:out std_logic_vector(7 downto 0));
end settime;
architecture art of settime is
signal M:std_logic_vector(6 downto 0);
SIGNAL N:INTEGER RANGE 0 TO 1;
begin
A1:process(load)is
begin
if(load='1')then
case k is
when"1000000000"=>M<="1111110";
when"010*******"=>M<="0110000";
when"0010000000"=>M<="1101101";
when"0001000000"=>M<="1111001";
when"0000100000"=>M<="0110011";
when"0000010000"=>M<="1011011";
when"0000001000"=>M<="1011111";
when"0000000100"=>M<="1110000";
when"0000000010"=>M<="1111111";
when"0000000001"=>M<="1111011";
when others =>NULL;
end case;
end if;
end process;
A2:process(clk)is
BEGIN
IF(CLK'EVENT AND CLK='1')THEN
IF(N=1)THEN
N<=0;
ELSE
N<=N+1;
END IF;
END IF;
CASE N IS
WHEN 0 =>seg<=M;S<="11";
WHEN 1 =>seg<=M;S<="10";
WHEN OTHERS => NULL;
END CASE;
END PROCESS;
A3:process(k)is
begin
case k is
when"1000000000"=>o<="00000000";
when"010*******"=>o<="00111100";
when"0010000000"=>o<="01111000";
when"0001000000"=>o<="10110100";
when"0000100000"=>o<="11111111";
--when"0000010000"=>o<="00000101";
--when"0000001000"=>o<="00000110";
--when"0000000100"=>o<="00000111";
--when"0000000010"=>o<="00001000";
--when"0000000001"=>o<="00001001";
when others =>NULL;
end case;
end process;
end art;
b:状态显示
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all; entity zhuangtai is
port(clk,en:in std_logic;
run,rev,stop:out std_logic); end entity zhuangtai;
architecture art of zhuangtai is signal m:INTEGER RANGE 1 TO 6; begin
A1:process(clk)is
begin
if(clk'event and clk='1')then
if(en='1')then
if(m=6)then
m<=1;
else
m<=m+1;
end if;
end if;
end if;
end process;
A2:process(m)is
begin
case m is
when 1 =>run<='1';
when 2 =>run<='1';
when 5 =>rev<='1';
when 4 =>rev<='1';
when 3 =>stop<='1';
when 6 =>stop<='1';
when others =>null;
end case;
end process;
end art;
c:十进制减数器
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all; entity zhuangtai is
port(clk,en:in std_logic;
run,rev,stop:out std_logic);
end entity zhuangtai;
architecture art of zhuangtai is
signal m:INTEGER RANGE 1 TO 6;
begin
A1:process(clk)is
begin
if(clk'event and clk='1')then
if(en='1')then
if(m=6)then
m<=1;
else
m<=m+1;
end if;
end if;
end if;
end process;
A2:process(m)is
begin
case m is
when 1 =>run<='1';
when 2 =>run<='1';
when 5 =>rev<='1';
when 4 =>rev<='1';
when 3 =>stop<='1';
when 6 =>stop<='1';
when others =>null;
end case;
end process;
end art;
洗衣机接通电源，按load设置洗涤时间按start、rd置为高电平洗衣机开始工作，当时钟第一个上升沿到达时run（正转功能）为高电平维持20s以后变为低电平而pause（暂停功能）随着时钟上升沿的到来变为高电平维持10s变为低电平，然后rev（反转功能）开始随着时钟上升沿的到来变为高电平工作维持20s后变为低电平，再停止pause置高，接下来电路一直重复上述工作，知道定时器计数结束。

3、实验调试结果
电路设计完成以后，按照预定设计，输入相应数据，三只LED灯按照设定时间规律间断性亮起，数码管也显示输入时间并按减数计时产生相应的数字显示，直到到达预定时间停止工作显示零，实验设计达到预期效果。

三、结论及心得体会
家电控制电路设计在一片FPGA芯片内，具有体积小、可靠性高、设计周期短，功能灵活的特点。

这尤其适用于小批量多品种新产品的开发，以满足人们追求新异、个性化的高品质生活的要求。

通过这次课程设计我对FPGA的编程更加熟悉，对定时器和计数器的设计，让我更加明白时序组合门电路设计思路和方法。

而且自已独立思考与设计，使我初步掌握了VHDL的设计方法与一些技巧，本人从中受益匪浅。

通过这个实验设计，我更加熟练地掌握了一些常见的数字芯片的设计方法，在设计中也参了和查阅了很多资料，从中学到不少课本上没有的东西。

参考资料
[1] 潘松著.EDA技术实用教程(第二版). 北京：科学出版社,2005.
[2] 康华光主编.电子技术基础模拟部分. 北京：高教出版社,2006.
[3] 阎石主编.数字电子技术基础. 北京：高教出版社,2003.。