EDA课程设计：空调控制器设计

EDA课程设计：空调控制器设计
燕山大学
课程设计说明书题目：空调控制器
学院（系）：
年级专业：
学号：
学生姓名：
指导教师：
教师职称：
燕山大学课程设计（论文）任务书
院（系）：电气工程学院基层教学单位：电子实验中心
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说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。

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月日
目录
第1章摘要………………………………………………………
第2章引言………………………………………………………
第3章任务分析及整体设计思
路………………………
3.1 整体设计思
路………………………………………
3.2 模块介绍及真值
表………………………………………
第4章各模块设计源程
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序…………………………
4.1 冷热风控制显示及升降温控制程序………………
4.2 动态数码管显示程序……………………………
4.3 顶层文件程序……………………………………
第5章各模块波形仿真图………………………………
5.1 冷热风控制显示及升降温模块仿真图………………
5.2 动态数码管显示模块仿真图……………………
5.3 顶层文件模块仿真图……………………………
第6章管脚锁定及硬件连
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线……………………………
6.1 管脚介绍及锁定…………………………………………
6.2 硬件连线介绍……………………………………
第7章心得体会…………………………………………
参考文献…………………………………………………
第1章摘要
EDA技术研究的对象是电子设计的全过程,有系统级,电路级和物理级3个层次的设计.其设计的电子系统从低频,高频到微波,从线性到非线性,从模拟到电子,从通用集成电路到专用集成电路构造的电子系统,因此EDA技
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术研究的范畴相当广泛。

面对当今飞速发展的电子产品市场，电子设计人员需要更加实用、快捷的EDA工具,使用统一的集成设计环境，改变传统设计思路，即优先考虑具体物理实现方式，而将精力集中到设计构思、方案比较和寻找最优化设计等方面，以最快的速度开发出性能优良、质量一流的电子产品。

今天的EDA工具将向着功能强大、简单易学、使用方便的方向发展。

此次课程设计的题目为空调控制器，此说明书，首先根据任务书对本课题整体思路进行了介绍，然后分别介绍了各模块的功能及组成，再次利用Verilog HDL硬件描述语言对各模块进行了描述并进行了仿真及管脚锁定，最后下箱实现了任务书所要求的功能。

在本次课程设计过程中源程序编译及硬件连接过程中都遇到了很多困难，在老师的耐心指导下完成了本次课程设计。

再次特别感谢老师的指导。

第2章引言
数字电路主要是基于两个信号（我们可以简
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单的说是有电压和无电压），用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路我们称之为数字电路，它具有逻辑运算和逻辑处理等功能，数字电路可分为组合逻辑电路和时序逻辑电路。

1. EDA介绍
EDA技术，就是以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的可开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术。

利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点：（1）用软件的方式设计硬件；（2）用软件的方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；（3)设计过程中可用
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有关的软件进行仿真；（4）系统现场可编程，在线升级；（5）整个系统可集成在一个芯片上，体积小，功耗低，可靠性高。

因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势。

2.Verilog HDL
Verilog HDL 是目前应用最广泛的硬件描述语言之一，被IEEE采纳为IEEE STD1364-1995(也成为Verilog-1995）和IEEE STD.1364-2001（也成为Verilog-HDL)可以进行算法级（Algorithm）、寄存器传输级（RTL）、逻辑级（Logic）、门级（Gate）和版图级（Layout）等各个层次的电路设计和描述。

采用Verilog HDL 进行电路设计于工艺设计无关，这使得设计者在进行电路设计时可以不必过多的考虑工艺实现的具体细节，设计者只需要利用计算机的强大功能，在EDA工具的支持下，通过Verilog HDL的描述，完成数字电路和系统的设计即可，从而提高了设计效率，降低了设计者的劳动强度。

3.EDAPRO/240H综合实验系统简介
随着半导体工艺的飞速发展，3.3V、2.5V、1.8V等逻辑器件和传统的TTL5V逻辑器件已成为当前可编程逻辑器件中的主流。

美国Altera公司的ACEX1K系列的器件具有高密度、万次以上的编程能力，为提供一个可编程的实验环境，设计了EDAPRO/240H综合实验系统。

4.MAX+plus II
MAX+plus II开发系统是美国Altera公司自行设计的CAD软件平台，是EDA的开发系统，具有易学易通的特点，系统将数字电路设计集成在一个环境内，允许多种输入方式输入设计逻辑文件，对设计进行功能模拟，对数字电路的设计实现同步模拟分析，延时时间分析，编译，最后将编译好的电路分配到一个或多个器件中。

第3章任务分析及整体设计思路
3.1 整体设计思路
3.1.1 任务分析
本次设计题目为空调控制器，任务书要求为：空调具有凉风，热风，升温，降温这4个功能，
且开机温度显示为20度，通过升温或降温控制键实现温度加减1度，温度值动态显示在数码管上。

空调温度设置合理的上下限。

控制键控制键控制凉风或热风；并且凉风热风需与升降温一致。

通过任务书提示，可用实验箱上的拨码开关控制冷热/热风，双色点阵上显示L或R；两个拨码开关控制升/降可通过同步十进制加减法计数器74190实现，其置数功能可以使开机温度为20度。

由于实验箱上8个动态数码管在某一微小瞬间只有一个数码管工作，故显示温度值的两个数码管需有两个状态控制，由此可利用高频脉冲选择数码管，同时通过数据选择器7448的输出控制数码管上的显示值。

点阵一瞬间只有一行工作，故显示凉风热风需要高频脉冲扫描点阵。

本设计所要实现的具体功能为：
1.用1个拨码开关控制凉风或者热风，并利用双色点阵显示凉风或热风；
2.用2个拨码开关控制升温和降温；
3.在2个动态数码管上显示温度。

3.1.2整体设计思路
用拨码开关的高低电平控制热冷风同时控制显示的字母。

通过拨码开关来控制空调的升温/降温，由2个拨码开关，一个用于控制升温/降温另一个拨码开关用于固定温度。

另外还需要一个总开关，用于置数和复位。

由此构思本次设计共有三个模块，分别为顶层模块、控制模版，数码显示模版，由顶层模块调用个分模块来实现所需功能。

本次设计一共包括两个独立的环节，分别为数码管温度显示和冷热风控制显示。

在冷热风控制环节中，当拨码开关为高电平时，双色点阵上显示热风，此时表示空调实现热风的功能；当拨码开关为低电平时，双色点阵显示凉风，此时表示空调实现冷风的功能。

在升降温控制及动态显示环节中，首先，由一个总的拨码开关对数码管进行置数，当此拨码开关由低电平变为高电平时，数码管显示起始温度20度，当此拨码开关为高电平时，即升降温控制开关可正常工作。

接下来由
升降温控制开关和脉冲锁定开关来共同实现对空调的升降温控制，并且通过数码管实现动态显示。

3.2 模块功能描述
3.2.1功能描述
第一个模块是控制模块，有三个输入组成，分别为kaiguan，SWITCH，UP。

SWITCH用来实现复位，kaiguan用来实现锁定脉冲，UP用来实现控制增减温度。

CLK1用来实现温度的加减，CLK 用来实现扫描点阵。

shi，ge用来显示输出的温度，点阵用来显示输出得风的类型。

第二个模块式数码显示模块，通过上个模块的十位个位输出，控制显示的温度。

同样需要高频扫描显示数码管的值。

因十位个位同时显示，故需两个位选信号选择两个数码显示管。

3.2.2模块真值表
根据上述所描述的功能得此模块的真值表如下表。

温度控制及风型显示
数字位选及显示
第4章各模块设计源程序
4.1 冷热风控制显示及升降温控制程序module controller (CLK1,CLK,SWITCH,kaiguan,UP,shi,ge,row, ra);
input CLK1,UP,SWITCH,CLK,kaiguan;
output[3:0] shi,ge;output[7:0]row,ra; reg[3:0] shi,ge;reg[7:0]row,ra;
reg [3:0]a;
always @(posedge CLK1 or negedge SWITCH)
begin
if(SWITCH==0)
begin
shi<='b0010;
ge<='b0000;
end
else
begin
if((shi=='b0001&&ge=='b0101&&UP==0)|| (shi=='b0010&&ge=='b1001&&UP==1)||kaigu an==0 )
begin
shi<=shi;
ge<=ge;
end
else
begin
if(UP&&kaiguan)
begin
if(ge<'b1001)
begin
ge<=ge+1;
shi<=shi;
end
else if(ge=='b1001)
begin
ge<='b0000;
shi<=shi+1;
end
end
else if(UP==0&&kaiguan) begin
if(ge=='b0000)
begin
ge<='b1001;
shi<=shi-1;
end
if(ge<='b1001&&ge>'b0000)
begin
ge<=ge-1;
shi<=shi;
end
end
end
end
end
always@(posedge CLK )
begin
a<=a+1;
if(UP==0)
begin
case(a)
1:begin row='b10111111;ra='b00100000;end 2:begin row='b11011111;ra='b00100000;end 3:begin
row=8'b11101111;ra=8'b00100000;end
4:begin
row=8'b11110111;ra=8'b00100000;end
5:begin
row=8'b11111011;ra=8'b00100000;end
6:begin
row=8'b11111101;ra=8'b00111100;a<=0;end endcase
end
else
begin
case(a)
1:begin row='b01111111;ra='b00111100;end 2:begin row='b10111111;ra='b00100100;end 3:begin row='b11011111;ra='b00111100;end 4:begin row='b11101111;ra='b00100000;end 5:begin row='b11110111;ra='b00110000;end 6:begin row='b11111011;ra='b00101000;end 7:begin
row='b11111101;ra='b00100100;a<=0;end endcase
end
end
endmodule
4.2 动态数码管显示程序
module shumaxianshi (shi,ge,CLK,Q,ss); input[3:0]shi,ge;
input CLK;
output[6:0] Q;
output[2:0] ss;
reg[2:0] ss;
reg[6:0] Q;
always@( CLK)
begin
if(CLK==1)
begin
ss<=000;
case(shi)
1:Q<='b0000110;
2:Q<='b1011011;
endcase
end
else if(CLK==0) begin
ss<=001;
case(ge)
0:Q<='b0111111; 1:Q<='b0000110; 2:Q<='b1011011; 3:Q<='b1001111; 4:Q<='b1100110; 5:Q<='b1101101; 6:Q<='b1111101; 7:Q<='b0000111; 8:Q<='b1111111; 9:Q<='b1101111; endcase
end
end
endmodule
4.3 顶层文件程序
module
controller_shumaxianshi(CLK1,CLK,kaigua n,UP,SWITCH,Q,ss,row,ra );
input CLK1, UP, SWITCH,CLK,kaiguan; output [7:0]row;
output [7:0]ra;
output [6:0]Q;
output [2:0]ss;
wire [3:0] x1,x2;
controller
u1(CLK1,CLK,SWITCH,kaiguan,UP,x1,x2,row [7:0],ra[7:0]);
shumaxianshi
u2(x1,x2,CLK,Q[6:0],ss[2:0]); endmodule
第5章各模块波形仿真图
控制模块波形
数码显示波形
顶层模块波形
例题波形
第6章管脚锁定及硬件连线
6．1管脚锁定
电路功能模拟正确后，我们就要对器件进行编程下载，此时首先要为项目指定一个编程器
件系列，这里所给的实验芯片是Altera公司的可编程逻辑器件ACEX1K系列的EP1K30QC208-3.选择步骤如下：
(1)在Assign分配菜单中选择Device
项，将出现Device对话框。

(2)选择一个器件系列。

根据实际芯片情
况，我们选择ACEX1K。

(3)选择某一个器件或选择AUTO让系统
选择一个器件。

根据实际情况我们选择
EP1K30QC208-3，点击OK，完成器件的
选择。

(4)接下来所定引脚，在下拉菜单中，选
择ASSIGN-PIN/LOCATION/CHIP对话框。

(5)在CHIP RESOURCE窗口中，选中PIN，
输入管脚选中。

依次连接输入输出。

管脚对应图
6．2硬件连接介绍，
根据实验要求，连接好电路。

注意应在实验箱电源关闭的情况下连接，防止
短路。

第七章心得体会
参考文献
1 黄正瑾.在系统编程技术及其应用.南京：东南大学出版社，1997
2 彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，1997
3 李国丽，朱维勇.电子技术实验指导书.合肥：中国科技大学出版社，2000
4 潘松，黄继业.EDA技术实用教程.北京：科学出版社，2002
燕山大学课程设计评审意见表
燕山大学课程设计说明书
30。