洗衣机控制器课程设计.doc

九江学院

课 程 设 计

课 程 EDA技术课程设计
题 目 洗衣机控制器
院 系 电子信息学院
专业班级 电子信息工程技术
学生姓名 张翁生
学生学号 37
指导教师 高玉宝

一、设计要求与原理
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。

二、洗衣机的工作过程
首先用电路控制三只LED显示洗衣机正转、反转、暂停三种状态。然后用电子定时器控制洗衣机设定的工作时间，以及正传和反转运行时间的控制。同时用两个数码管显示洗涤的预置时间（按分钟计数），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；最后定时到则停止，同时用蜂鸣器发出提示音。通过各种开关组成控制电路，使洗衣机实现程序运转。 直至结束为止。

三、各模块图
洗衣机控制电路由定时输入模块，电机输出模块，电机时间控制模块，数字显示电路，倒计时模块以及报警器模块组成。

循环控制电路，使其在三个状态转换
按键控制模块
控制循环时间
数字显示模块
报警电路
定时输入模块
倒计时模块

图一
四、各模块的VHDL代码与仿真结果

1、输入定时模块，
此模块是为了实现希望让洗衣机工作多少个分钟，有两个数码管显示工作时间，所以可以不同要求输入要洗衣的时间，可以输入1~59分钟不等时间，人性化控制，与实际的洗衣机工作是一样的。程序如下：
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity shuru is
Port ( shu : in std_logic;
hshu: in std_logic;
din : in std_logic;
dout:out std_logic_vector(3 downto 0);
dout1:out std_logic_vector(3 downto 0));
end shuru;
architecture Behavioral of shuru is
signal count: std_logic_vector(3 downto 0);
signal count1: std_logic_vector(3 downto 0);

begin
process(shu,hshu,din)
begin
dout<=count;
dout1<=count1;
if din='0' then
dout<="1111";dout1<="1111";
elsif rising_edge(shu) then
if count="1001" then
count<="0000";
else
count<=count+1;
end if;
end if;
if rising_edge(hshu) then
if count1="0110" then
count1<="0000";
else
count1<=count1+1;
end if;
end if;
end process;
end Behavioral;
仿真波形如下

2、产生1HZ频率的信号
此程序是将学校试验箱上提供的48MHZ的信号分频成1HZ频率的信号，这样可以一秒进行计数，程序很简单，如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity fp48M is
port(clk_48MHZ: in std_logic;
clk_1HZ: out std_logic
);
end fp48M;
architecture behav of fp48M is
signal clk_1HZ_r: std_logic;
signal count : std_logic_vector(24 downto 0);
begin
process (clk_48MHZ)
begin
if clk_48MHZ'event and clk_48MHZ='1' then
if count="1011011100011010111111111"then
count<=(others=>'0');
clk_1HZ_r<=not clk_1HZ_r;
else count<=count+1;
clk_1HZ<=clk_1HZ_r;
end if;
end if;
end process;
end behav;

3、提供定时脉冲模块
此模块提供1分钟产生一个高电平和5秒产生一个高电平，这两个脉冲为后面的循环和控制60秒减一分钟有很多的作用，起到后面的链接作用，同时可以根据自己来设置各状态工作时间，这可以和后面的循环控制一起来控制，程序如：
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity washmachine is
Port ( clk : in std_logic;
c :out std_logic;
d :out std_logic);
end washmachine;
architecture miao20 of washmachine is
signal count: std_logic_vector(2 downto 0);
signal shi: integer range 0 to 60;
begin
process(clk)
begin
if rising_edge(clk) then
if shi=60 then
shi<=0;c<='1';
else shi<=shi+1;c<='0';
end if;
if count="100" then
count<="000";
d<='1';
else
count<=count+1;
d<='0';
end if;
end if;
end process;
end miao20;
仿真波形如下：

4、循环控制模块

此模块是为了实现能够控制洗衣机正转、反转、暂停的功能，同时也可以和前一模块一起控制各个状态的工作时间。
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity dianji is
Port (
cc :in std_logic;

deng : out std_logic_vector(2 downto 0));
end dianji;
architecture di of dianji is
signal count : std_logic_vector(3 downto 0);

signal deng1 : std_logic_vector(2 downto 0);
begin

deng<=deng1;
process(cc)
begin
if rising_edge(cc) then
if count = "1010" then
count <= "0000";
else
count <= count+1;
end if;
if count="0000" then
deng1<="011";
elsif count="0100" then
deng1<="101";
elsif count="0110" then
deng1<="110";
end if;
end if;
end process;
end di ;
仿真波形如下：

5、分钟的个位控制

根据课程设计要求，把工作状态及工作时间显示出来，按下KEY5键就可以显示工作时间的分钟个位显示在数码管上，可以根据洗衣不同要求设置同时可以控制分钟的十位时间，当个位分钟为0时下一个分钟个位脉冲过来分钟的十位就减1程序如下：
library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity fen_l is
Port ( jian : in std_logic;
reset : in std_logic;
din : in std_logic_vector(3 downto 0);
dout : out std_logic_vector(3 downto 0);
c:out std_logic);
end fen_l;
architecture Behave of fen_l is
signal count : std_logic_vector(3 downto 0);
begin
dout <= count;
process(jian,reset,din)
begin
if reset='0'then
count <= din ;
c<='0';
elsif rising_edge(jian) then
if count = "0000" then
count <= "1001";
c<='1';
else
count <= count-1;
c<='0';
end if;
end if;
end process;
end Behave;
仿真波形如下：

6、分钟的十位控制
根据课程设计要求，把工作状态及工作时间显示出来，按下KEY5键就可以显示工作时间的分钟十位显示在数码管上，可以根据洗衣不同要求设置，这和上面程序相似，当个位分钟为0时下一个分钟个位脉冲过来分钟的十位就减1程序如下：

library IEEE;
use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;
use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity fen_h is
Port ( jian : in std_logic;
reset : in std_logic;
din : in std_logic_vector(3 downto 0);
dout : out std_logic_vector(3 downto 0);
c:out std_logic);
end fen_h;
architecture Behave of fen_h is
signal count : std_logic_vector(3 downto 0);
begin
dout <= count;
process(jian,reset,din)
begin
if reset='0'then
count <= din ;
c<='0';
elsif rising_edge(jian) then
if count = "0000" then
count <= "1001";
c<='1';
else
count <= count-1;
c<='0';
end if;
end if;
end process;
end Behave;
7、数码管显示模块
此模块是显示要洗衣的时间，这个时间是可以在前面的控制模块控制的，安下KEY5键就可以显示时间。
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_Arith.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_Unsigned.ALL;

ENTITY xianshi_led IS
PORT(
clk_2k: IN STD_LOGIC;
d: IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --输入要显示的数据
dig: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --数码管选择输出引脚
seg: OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0) --数码管段输出引脚
);
END ENTITY;

ARCHITECTURE one OF xianshi_led IS
SIGNAL seg_r: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --定义数码管输出寄存器
SIGNAL dig_r: STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); --定义数码管选择输出寄存器
SIGNAL disp_dat: STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); --定义显示数据寄存器
SIGNAL count: STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0); --定义计数寄存器
BEGIN
dig<=dig_r;
seg<=seg_r;
PROCESS(clk_2k)
BEGIN
IF RISING_EDGE(clk_2k) THEN
count<=count+1;
END IF;
END PROCESS;

PROCESS(clk_2k)
BEGIN
IF RISING_EDGE(clk_2k) THEN
CASE count IS
WHEN "000"=> disp_dat<=d(7 DOWNTO 4); --第一个数码管
WHEN "001"=> disp_dat<=d(3 DOWNTO 0); --第二个数码管

when others=>null;
END CASE;

CASE count IS --选择数码管显示位
WHEN "000"=> dig_r<="01111111"; --选择第一个数码管显示
WHEN "001"=> dig_r<="10111111"; --选择第二个数码管显示

when others=>null;
END CASE;
END IF;
END PROCESS;

PROCESS(disp_dat)
BEGIN
CASE disp_dat IS
WHEN X"0"=> seg_r<=X"c0";--显示0
WHEN X"1"=> seg_r<=X"f9";--显示1
WHEN X"2"=> seg_r<=X"a4";--显示2
WHEN X"3"=> seg_r<=X"b0";--显示3
WHEN X"4"=> seg_r<=X"99";--显示4
WHEN X"5"=> seg_r<=X"92";--显示5
WHEN X"6"=> seg_r<=X"82";--显示6
WHEN X"7"=> seg_r<=X"f8";--显示7
WHEN X"8"=> seg_r<=X"80";--显示8
WHEN X"9"=> seg_r<=X"90";--显示9
WHEN X"a"=> seg_r<=X"88";--显示a
WHEN X"b"=> seg_r<=X"83";--显示b
WHEN X"c"=> seg_r<=X"c6";--显示c
WHEN X"d"=> seg_r<=X"a1";--显示d
WHEN X"e"=> seg_r<=X"86";--显示e
WHEN X"f"=> seg_r<=X"8e";--显示f
END CASE;
END PROCESS;
END;
8、提供数码管工作频率模块
由于数码管要工作在2KHZ的频率信号下有所需要将试验箱48MHZ的信号分频分频成2KHZ，此程序和产生1HZ是一样的程序如下：
LIBRARY IEEE;
USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;
USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;
entity fp2k is
port(clk_48MHZ: in std_logic;
clk_2KHZ: out std_logic
);
end fp2k;
architecture behav of fp2k is
signal clk_2KHZ_r: std_logic;
signal count : std_logic_vector(14 downto 0);
begin
process (clk_48MHZ)
begin
if clk_48MHZ'event and clk_48MHZ='1' then
if count="10111011011111"then
count<=(others=>'0');
clk_2KHZ_r<=not clk_2KHZ_r;
else count<=count+1;
clk_2KHZ<=clk_2KHZ_r;
end if;
end if;
end process;
end behav;
五、将各个模块连接及其目标器件选择
将各个模块的VHDL语言生产原理图模块器件，将各个模块连接如下图：

六、实训总结
这次EDA课程设计虽然只有一个星期但是还是学到了很多东西，老师给我们很多的题目让我们自己选择一个做，我先看了下那几个题目，感觉自己可以尝试做几个，虽然老师说要我们去网上查资料看看网上是怎么写的，但是我还是自己写程序，一开始我做了拔河机，用了大概一天时间把程序写完，但是在试验箱上却不能完全实现，经过多次的修改，功能实现还是有点欠缺；之后我又做了交通灯和洗衣机（洗衣机做了两个版本），在实现功能上交通灯还是有点欠缺，就是一个方向的绿灯和黄灯在最后5秒不能切换，这个问题我请教过老师，老师给出了些建议，最后的洗衣机做了两个版本，就是在控制三个状态转换上有点不同，一个是一个模块完成的，另外一个是有两个20秒倒计时和10秒倒计时时完成，这两个思维都在实验上看到结果和预计的是一样的。
通过和老师的交流我认识到自己的不足，虽然这次课程设计我做出了几个设，但是还是有很多的不足，就拿数码管来说吧，其中的管脚DIG和SEG我就没有明白是什么意思，所以在和老师的交流过程中我意识到自己的硬件知识不足，以后要在这方面多努力。
这次课程设计激起我对EDA更多的兴趣，在以后的一定会投入更多的时间去学习。
这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。