EDA課程設(shè)計(jì)：空調(diào)控制器設(shè)計(jì).doc

燕 山 大 學(xué) 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書題目： 空調(diào)控制器 學(xué)院（系）： 年級專業(yè)：學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 教師職稱： 燕山大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系）：電氣工程學(xué)院 基層教學(xué)單位：電子實(shí)驗(yàn)中心 學(xué) 號學(xué)生姓名專業(yè)（班級）設(shè)計(jì)題目空調(diào)控制器設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù) 空調(diào)具有涼風(fēng)、熱風(fēng)、升溫、降溫4個(gè)功能； 控制鍵控制涼風(fēng)或熱風(fēng)；在雙色點(diǎn)陣上顯示l（涼風(fēng)）或r（熱風(fēng)）；并且涼風(fēng)熱風(fēng)需與升降溫一致。 開機(jī)時(shí)溫度為20度，通過升溫或降溫控制加或減1度，并將溫度值顯示在數(shù)碼管上。空調(diào)溫度要設(shè)置合理的上下限。 設(shè)計(jì)要求 用1個(gè)撥碼開關(guān)控制涼風(fēng)或熱風(fēng)，并用雙色點(diǎn)陣顯示涼風(fēng)或熱風(fēng)； 用2個(gè)撥碼開關(guān)控制升溫和降溫； 在2個(gè)動態(tài)數(shù)碼管上顯示溫度。工作量學(xué)會使用max+plusii軟件、verilog hdl語言和實(shí)驗(yàn)箱；獨(dú)立完成電路設(shè)計(jì)，編程下載、連接電路和調(diào)試；參加答辯并書寫任務(wù)書。工作計(jì)劃1. 了解eda的基本知識，學(xué)習(xí)使用軟件max+plusii，下發(fā)任務(wù)書，開始電路設(shè)計(jì)；2. 學(xué)習(xí)verilog hdl語言，用verilog hdl進(jìn)行程序設(shè)計(jì)；3. 學(xué)習(xí)使用實(shí)驗(yàn)箱，繼續(xù)電路設(shè)計(jì)；4. 完成電路設(shè)計(jì)；5. 編程下載、連接電路、調(diào)試和驗(yàn)收；6 答辯并書寫任務(wù)書。參考資料數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).閻石主編.高等教育出版社.eda課程設(shè)計(jì)a指導(dǎo)書. 指導(dǎo)教師簽字基層教學(xué)單位主任簽字金海龍說明：此表一式四份，學(xué)生、指導(dǎo)教師、基層教學(xué)單位、系部各一份。年 月 日 目 錄 第1章 摘要 第2章 引言 第3章 任務(wù)分析及整體設(shè)計(jì)思路 3.1 整體設(shè)計(jì)思路3.2 模塊介紹及真值表第4章 各模塊設(shè)計(jì)源程序4.1 冷熱風(fēng)控制顯示及升降溫控制程序4.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示程序4.3 頂層文件程序第5章 各模塊波形仿真圖 5.1 冷熱風(fēng)控制顯示及升降溫模塊仿真圖 5.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示模塊仿真圖 5.3 頂層文件模塊仿真圖第6章 管腳鎖定及硬件連線 6.1 管腳介紹及鎖定 6.2 硬件連線介紹第7章 心得體會參考文獻(xiàn) 第1章 摘 要 eda技術(shù)研究的對象是電子設(shè)計(jì)的全過程,有系統(tǒng)級,電路級和物理級3個(gè)層次的設(shè)計(jì).其設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)從低頻,高頻到微波,從線性到非線性,從模擬到電子,從通用集成電路到專用集成電路構(gòu)造的電子系統(tǒng),因此eda技術(shù)研究的范疇相當(dāng)廣泛。面對當(dāng)今飛速發(fā)展的電子產(chǎn)品市場，電子設(shè)計(jì)人員需要更加實(shí)用、快捷的eda工具,使用統(tǒng)一的集成設(shè)計(jì)環(huán)境，改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，即優(yōu)先考慮具體物理實(shí)現(xiàn)方式，而將精力集中到設(shè)計(jì)構(gòu)思、方案比較和尋找最優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，以最快的速度開發(fā)出性能優(yōu)良、質(zhì)量一流的電子產(chǎn)品。今天的eda工具將向著功能強(qiáng)大、簡單易學(xué)、使用方便的方向發(fā)展。此次課程設(shè)計(jì)的題目為空調(diào)控制器，此說明書，首先根據(jù)任務(wù)書對本課題整體思路進(jìn)行了介紹，然后分別介紹了各模塊的功能及組成，再次利用verilog hdl硬件描述語言對各模塊進(jìn)行了描述并進(jìn)行了仿真及管腳鎖定，最后下箱實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書所要求的功能。在本次課程設(shè)計(jì)過程中源程序編譯及硬件連接過程中都遇到了很多困難，在老師的耐心指導(dǎo)下完成了本次課程設(shè)計(jì)。再次特別感謝老師的指導(dǎo)。第2章 引 言數(shù)字電路主要是基于兩個(gè)信號（我們可以簡單的說是有電壓和無電壓），用數(shù)字信號完成對數(shù)字量進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算的電路我們稱之為數(shù)字電路，它具有邏輯運(yùn)算和邏輯處理等功能，數(shù)字電路可分為組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。1. eda介紹eda技術(shù)，就是以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷目砷_發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯仿真，直至完成對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)。利用eda技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）用軟件的方式設(shè)計(jì)硬件；（2）用軟件的方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的；（3)設(shè)計(jì)過程中可用有關(guān)的軟件進(jìn)行仿真；（4）系統(tǒng)現(xiàn)場可編程，在線升級；（5）整個(gè)系統(tǒng)可集成在一個(gè)芯片上，體積小，功耗低，可靠性高。因此，eda技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。2.verilog hdl verilog hdl 是目前應(yīng)用最廣泛的硬件描述語言之一，被ieee采納為ieee std1364-1995(也成為verilog-1995）和ieee std.1364-2001（也成為verilog-hdl)可以進(jìn)行算法級（algorithm）、寄存器傳輸級（rtl）、邏輯級（logic）、門級（gate）和版圖級（layout）等各個(gè)層次的電路設(shè)計(jì)和描述。采用verilog hdl 進(jìn)行電路設(shè)計(jì)于工藝設(shè)計(jì)無關(guān)，這使得設(shè)計(jì)者在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)可以不必過多的考慮工藝實(shí)現(xiàn)的具體細(xì)節(jié)，設(shè)計(jì)者只需要利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，在eda工具的支持下，通過verilog hdl的描述，完成數(shù)字電路和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即可，從而提高了設(shè)計(jì)效率，降低了設(shè)計(jì)者的勞動強(qiáng)度。3.edapro/240h綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡介隨著半導(dǎo)體工藝的飛速發(fā)展，3.3v、2.5v、1.8v等邏輯器件和傳統(tǒng)的ttl5v邏輯器件已成為當(dāng)前可編程邏輯器件中的主流。美國altera公司的acex1k系列的器件具有高密度、萬次以上的編程能力，為提供一個(gè)可編程的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，設(shè)計(jì)了edapro/240h綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。4.max+plus iimax+plus ii開發(fā)系統(tǒng)是美國altera公司自行設(shè)計(jì)的cad軟件平臺，是eda的開發(fā)系統(tǒng)，具有易學(xué)易通的特點(diǎn)，系統(tǒng)將數(shù)字電路設(shè)計(jì)集成在一個(gè)環(huán)境內(nèi)，允許多種輸入方式輸入設(shè)計(jì)邏輯文件，對設(shè)計(jì)進(jìn)行功能模擬，對數(shù)字電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)同步模擬分析，延時(shí)時(shí)間分析，編譯，最后將編譯好的電路分配到一個(gè)或多個(gè)器件中。第3章 任務(wù)分析及整體設(shè)計(jì)思路 3.1 整體設(shè)計(jì)思路3.1.1 任務(wù)分析本次設(shè)計(jì)題目為空調(diào)控制器，任務(wù)書要求為：空調(diào)具有涼風(fēng)，熱風(fēng)，升溫，降溫這4個(gè)功能，且開機(jī)溫度顯示為20度，通過升溫或降溫控制鍵實(shí)現(xiàn)溫度加減1度，溫度值動態(tài)顯示在數(shù)碼管上?？照{(diào)溫度設(shè)置合理的上下限?？刂奇I控制鍵控制涼風(fēng)或熱風(fēng)；并且涼風(fēng)熱風(fēng)需與升降溫一致。通過任務(wù)書提示，可用實(shí)驗(yàn)箱上的撥碼開關(guān)控制冷熱/熱風(fēng)，雙色點(diǎn)陣上顯示l或r；兩個(gè)撥碼開關(guān)控制升/降可通過同步十進(jìn)制加減法計(jì)數(shù)器74190實(shí)現(xiàn)，其置數(shù)功能可以使開機(jī)溫度為20度。由于實(shí)驗(yàn)箱上8個(gè)動態(tài)數(shù)碼管在某一微小瞬間只有一個(gè)數(shù)碼管工作，故顯示溫度值的兩個(gè)數(shù)碼管需有兩個(gè)狀態(tài)控制，由此可利用高頻脈沖選擇數(shù)碼管，同時(shí)通過數(shù)據(jù)選擇器7448的輸出控制數(shù)碼管上的顯示值。點(diǎn)陣一瞬間只有一行工作，故顯示涼風(fēng)熱風(fēng)需要高頻脈沖掃描點(diǎn)陣。本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的具體功能為：1.用1個(gè)撥碼開關(guān)控制涼風(fēng)或者熱風(fēng) ，并利用雙色點(diǎn)陣顯示涼風(fēng)或熱風(fēng) ；2.用2個(gè)撥碼開關(guān)控制升溫和降溫 ； 3.在2個(gè)動態(tài)數(shù)碼管上顯示溫度 。3.1.2整體設(shè)計(jì)思路用撥碼開關(guān)的高低電平控制熱冷風(fēng)同時(shí)控制顯示的字母。通過撥碼開關(guān)來控制空調(diào)的升溫/降溫 ，由2個(gè)撥碼開關(guān) ，一個(gè)用于控制升溫/降溫 另一個(gè)撥碼開關(guān)用于固定溫度 。另外還需要一個(gè)總開關(guān) ，用于置數(shù)和復(fù)位 。由此構(gòu)思本次設(shè)計(jì)共有三個(gè)模塊，分別為頂層模塊、控制模版，數(shù)碼顯示模版，由頂層模塊調(diào)用個(gè)分模塊來實(shí)現(xiàn)所需功能。本次設(shè)計(jì)一共包括兩個(gè)獨(dú)立的環(huán)節(jié)，分別為數(shù)碼管溫度顯示和冷熱風(fēng)控制顯示。在冷熱風(fēng)控制環(huán)節(jié)中，當(dāng)撥碼開關(guān)為高電平時(shí)，雙色點(diǎn)陣上顯示熱風(fēng)，此時(shí)表示空調(diào)實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)的功能 ；當(dāng)撥碼開關(guān)為低電平時(shí)，雙色點(diǎn)陣顯示涼風(fēng)，此時(shí)表示空調(diào)實(shí)現(xiàn)冷風(fēng)的功能。在升降溫控制及動態(tài)顯示環(huán)節(jié)中，首先，由一個(gè)總的撥碼開關(guān)對數(shù)碼管進(jìn)行置數(shù)，當(dāng)此撥碼開關(guān)由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，數(shù)碼管顯示起始溫度20度，當(dāng)此撥碼開關(guān)為高電平時(shí)，即升降溫控制開關(guān)可正常工作。接下來由升降溫控制開關(guān)和脈沖鎖定開關(guān)來共同實(shí)現(xiàn)對空調(diào)的升降溫控制，并且通過數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)動態(tài)顯示。3.2 模塊功能描述3.2.1功能描述第一個(gè)模塊是控制模塊，有三個(gè)輸入組成，分別為kaiguan，switch，up。switch用來實(shí)現(xiàn)復(fù)位，kaiguan用來實(shí)現(xiàn)鎖定脈沖，up用來實(shí)現(xiàn)控制增減溫度。clk1用來實(shí)現(xiàn)溫度的加減，clk用來實(shí)現(xiàn)掃描點(diǎn)陣。shi，ge用來顯示輸出的溫度，點(diǎn)陣用來顯示輸出得風(fēng)的類型。第二個(gè)模塊式數(shù)碼顯示模塊，通過上個(gè)模塊的十位個(gè)位輸出，控制顯示的溫度。同樣需要高頻掃描顯示數(shù)碼管的值。因十位個(gè)位同時(shí)顯示，故需兩個(gè)位選信號選擇兩個(gè)數(shù)碼顯示管。 3.2.2模塊真值表根據(jù)上述所描述的功能得此模塊的真值表如下表。 溫度控制及風(fēng)型顯示 switch kaiguan up clk1 shige 點(diǎn)陣顯示0 x 1 x 2 0 r 1 0 0 x 2 0 l 1 1 1 2 1 r1 1 0 2 0 l 1 0 1 2 0 r 1 1 0 1 9 l 數(shù)字位選及顯示shigeclkss數(shù)碼顯示200,120190,119180,118210,121第4章 各模塊設(shè)計(jì)源程序4.1 冷熱風(fēng)控制顯示及升降溫控制程序module controller (clk1,clk,switch,kaiguan,up,shi,ge,row,ra);input clk1,up,switch,clk,kaiguan;output3:0 shi,ge;output7:0row,ra;reg3:0 shi,ge;reg7:0row,ra;reg 3:0a;always (posedge clk1 or negedge switch)beginif(switch=0)beginshi=b0010;ge=b0000;end else beginif(shi=b0001&ge=b0101&up=0)| (shi=b0010&ge=b1001&up=1)|kaiguan=0 )beginshi=shi;ge=ge;endelsebegin if(up&kaiguan)beginif(geb1001)beginge=ge+1;shi=shi;endelse if(ge=b1001)beginge=b0000;shi=shi+1;endendelse if(up=0&kaiguan)beginif(ge=b0000)beginge=b1001;shi=shi-1;endif(geb0000)beginge=ge-1;shi=shi;endendendendendalways(posedge clk )begina=a+1;if(up=0)begincase(a)1:begin row=b10111111;ra=b00100000;end2:begin row=b11011111;ra=b00100000;end3:begin row=8b11101111;ra=8b00100000;end4:begin row=8b11110111;ra=8b00100000;end5:begin row=8b11111011;ra=8b00100000;end6:begin row=8b11111101;ra=8b00111100;a=0;endendcaseendelsebegincase(a)1:begin row=b01111111;ra=b00111100;end2:begin row=b10111111;ra=b00100100;end3:begin row=b11011111;ra=b00111100;end4:begin row=b11101111;ra=b00100000;end5:begin row=b11110111;ra=b00110000;end6:begin row=b11111011;ra=b00101000;end7:begin row=b11111101;ra=b00100100;a=0;endendcaseendendendmodule4.2 動態(tài)數(shù)碼管顯示程序module shumaxianshi (shi,ge,clk,q,ss);input3:0shi,ge;input clk;output6:0 q;output2:0 ss;reg2:0 ss;reg6:0 q;always( clk)beginif(clk=1)beginss=000;case(shi)1:q=b0000110;2:q=b1011011;endcaseendelse if(clk=0)beginss=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;endcaseendendendmodule 4.3 頂層文件程序module controller_shumaxianshi(clk1,clk,kaiguan,up,switch,q,ss,row,ra );input clk1, up, switch,clk,kaiguan;output 7:0row;output 7:0ra;output 6:0q;output 2:0ss;wire 3:0 x1,x2;controller u1(clk1,clk,switch,kaiguan,up,x1,x2,row7:0,ra7:0);shumaxianshi u2(x1,x2,clk,q6:0,ss2:0);endmodule第5章 各模塊波形仿真圖控制模塊波形 數(shù)碼顯示波形 頂層模塊波形例題波形第6章 管腳鎖定及硬件連線61管腳鎖定 電路功能模擬正確后，我們就要對器件進(jìn)行編程下載，此時(shí)首先要為項(xiàng)目指定一個(gè)編程器件系列，這里所給的實(shí)驗(yàn)芯片是altera公司的可編程邏輯器件acex1k系列的ep1k30qc208-3.選擇步驟如下：(1) 在assign分配菜單中選擇device項(xiàng)，將出現(xiàn)device對話框。(2) 選擇一個(gè)器件系列。根據(jù)實(shí)際芯片情況，我們選擇acex1k。(3) 選擇某一個(gè)器件或選擇auto讓系統(tǒng)選擇一個(gè)器件。根據(jù)實(shí)際情況我們選擇ep1k30qc208-3，點(diǎn)擊ok，完成器件的選擇。(4) 接下來所定引腳，在下拉菜單中，選擇assign-pin/location/chip對話框。(5) 在chip resource窗口