沈阳理工大学
课 程 EDA设计 题 目 洗衣机控制器设计
院 系 装备工程学院 探测制导与控制技术 专业班级 学生姓名 杜继石
学生学号 0811020219 指导教师 钱博
2010年 12 月21日
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。
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
定时启动 正转20s 暂停10s 定时时间未到
定时到 反转20s 暂停10s 停止 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 ⑴数码管显示 实现数码管显示 Library iee;
Use ieee.std_logic_11.all; Entity encode is Port(
Bcd : in std_logic_vector(3 downto o); A,b,c,d,e,f,g: out std_logic );
End encode;
Architecture rtl of encode is
Signal temp:std_logic_vector(6 downto 0); Begin Table
Bcd => temp; ＂0000＂=> ＂1111110＂; ＂0001＂=> ＂0110000＂ ＂0010＂=> ＂1101101＂ ＂0011＂=> ＂1111001＂ ＂0100＂=> ＂0110011＂ ＂0101＂=> ＂1011011＂ ＂0110＂=> ＂1011111＂ ＂0111＂=> ＂1110000＂ ＂1000＂=> ＂1111111＂ ＂1001＂=> ＂1111011＂ End table;
a<=temp(6);b<=temp(5);c<=temp(4);d<=temp(3);e<=temp(2);f<=temp(1);
g<=temp(0); end rtl
⑵时序电路 Library ieee;
Use ieee.std_logic_11.all; Use ieee.std_logic_unsigned.all Entity shixu is
Port(cp,en,rd:in std_logic;
Q1,q2:out std_logic); End shixu;
Architecture rtl of shixu is Begin Process(cp)
Variable wash_time:integer range 0 to 19; Variable wash_time:integer range 0 to 9; Variable state:std_logic; Variable wash_time:integer :=21; Variable wash_time:integer :=9; Begin
If(en=’0’)wash_time:=’19’;wait_time:=’9’;state:=’0’End if;if(en=’0’)then wash_time:=21;Q1<=’0’;Q2<=’0’; Else if (cp’event and cp=’1’) Then if (rd=’1’)then if (wash_time>0) Then wash_time:=20;state:=not state;
;
End if; end if; end if;
If(wash_time=0)then Q1<=’0’;Q2<=’0’;else if (state=’0’) Then Q1<=’1’;Q2<=’0’; else Q1<=’0’;Q2<=’1’; End if; end if;
Else Q1<=’0’;Q2,=’0’; End if; End if; End if; End process; End rtl;
⑶预置时间和编码电路 Library ieee;
Use ieee.std_logic_11.all; Use ieee.std_logic_unsigned;all; Entity counter is
Port(clk,start:in std_logic;
k:in STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0);
time_remain:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0); time_is_up:out std_logic); end counter;
architecture rtl of counter is begin
process(clk)
variable time_second:integer:=60; variable time_second:integer:=0; begin if (clk’event and clk=’1’) then if(time_second>0 and start=’1’) then time_second:=time_second-1; else time_second:=59; end if; if(start=’0’)
then time_remain<=k;time_second:=60; time_second:=0;else if(time_second=0)
then if(time_remain(3 downto 0)>0)
then time_remain(3 downto 0)<=time_remain(3 downto 0)-start; time_remain(3 downto 0)<=time_remain(3 downto 0)-1;time_second:=59; else if (time_remain(7 downto 4) >0)
then time_remain(7 downto 4) <=time_remain(7 downto 4)-start; time_remain(7 downto 4)<=time_remain(7 downto 4)-1;
time_remain(3 downto 0)<=＂1001＂;time_second:=59;end if; end if; else if (time_second=0 and time_second=1)
if(time_remain=0)then time_is_up<=’0’;else time_is_up<=’1’; time_second:=time_second-1;end if;end if;end if; end if;end process; end rtl;
⑷译码器 library ieee;
use ieee.std_logic_11.all; entity decoder is
port( Q1,Q2: in std_logic;
REV,RUN,PAUSE: out std_logic );end decoder; architecture rtl of decoder is
signal choose:std_logic_vector(1 downto 0); begin
choose(1)<=q1;choose(0)<=q2; process(choose) begin
case choose is
when \"00\"=>REV<='0';RUN<='0';PAUSE<='1'; when \"10\"=>REV<='0';RUN<='1';PAUSE<='0'; when \"01\"=>REV<='1';RUN<='0';PAUSE<='0'; when others=>REV<='0';RUN<='0';PAUSE<='0'; end case; end process;
REV<=Q2;RUN<=Q1;PAUSE<=not(Q1 OR Q2); end rtl;
3、仿真及仿真结果分析 仿真信号图如下：
仿真图
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。 4、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。
