電子設(shè)計自動化

1、目錄一、設(shè)計任務(wù)及要求-3（一）具體要求-3（二）輸入輸出資源說明-3二、設(shè)計原理與方案-5（一）頂層設(shè)計方案-5（二）分頻器設(shè)計方案-5（三）控制器設(shè)計方案-5（四）洗滌倒計時計數(shù)器設(shè)計方案-6（五）60秒計數(shù)器設(shè)計方案-6（六）顯示器設(shè)計方案-6三、電路設(shè)計、仿真與實現(xiàn)-7（一）分頻器的設(shè)計實現(xiàn)-7（二）控制器設(shè)計實現(xiàn)-8（三）洗滌倒計時計數(shù)器的設(shè)計實現(xiàn)-13（四）60秒計數(shù)器設(shè)計方案-17（五）顯示器設(shè)計實現(xiàn)-18（六）總體設(shè)計實現(xiàn)-21（七）Fit Design 結(jié)果-22四、分析與討論-23五、參考文獻-24一、設(shè)計任務(wù)及要求：洗衣機是家庭常用電器，一般可以有多種工作模式可供選擇。在

2、此要求設(shè)計具有兩種工作模式的簡易洗衣機控制電路，具有復位、模式設(shè)置、啟動、暫停功能，并能顯示洗衣機的工作狀態(tài)（如洗滌時間倒計時，電動機的正反轉(zhuǎn)、暫停）。（一）具體要求：1、設(shè)置為復位按鈕S0，按鈕狀態(tài)S00時，對系統(tǒng)狀態(tài)進行復位，計數(shù)器清零。S01時，進入模式選擇。2、設(shè)置模式選擇按鈕S1。按鈕狀態(tài)S10時，執(zhí)行洗衣模式一，控制洗衣機的電機按照圖1的規(guī)律循環(huán)運轉(zhuǎn)；S11執(zhí)行洗衣模式二，控制洗衣機的電機按照圖2規(guī)律循環(huán)運轉(zhuǎn)。啟動正轉(zhuǎn)（20s）反轉(zhuǎn)（20s）間歇（10s）間歇（10s）停止定時到圖1 洗衣模式一啟動正轉(zhuǎn)（25s）反轉(zhuǎn)（25s）間歇（5s）間歇（5s）停止定時到圖2 洗衣模式二3、設(shè)

3、置啟動按鈕S2。洗衣模式設(shè)定后，按鈕狀態(tài)S21時，設(shè)定洗衣時間為10分鐘，按鈕狀態(tài)S20時，設(shè)定洗衣時間為5分鐘。在洗衣過程中分別用3個LED燈來顯示電動機的正轉(zhuǎn)、翻轉(zhuǎn)，間歇等狀態(tài)。4、設(shè)置暫停按鈕S3。當按鈕狀態(tài)S30時，洗衣暫停，計數(shù)器狀態(tài)、顯示均保持，并點亮1個LED燈顯示暫停狀態(tài)。S31時正常運轉(zhuǎn)。（二）輸入輸出資源說明：1、輸入信號：四個控制按鈕S0、S1、S2、S3（按鈕按下時S0，松開時S1）。2、外部輸入脈沖信號時鐘源clk（50MHz），應(yīng)設(shè)計一分頻器得到5Hz信號供計數(shù)器使用。3、輸出3組顯示譯碼信號，并在FPGA內(nèi)部經(jīng)過譯碼后獲得7段LED顯示碼，并通過掃描方式在三個發(fā)光

4、LED顯示數(shù)碼管上顯示當前洗衣時間的倒計時（分鐘）、每個洗衣循環(huán)的60s倒計時的十位和個位。4、輸出4個高低電平信號，分別接到外部的4個LED燈指示電機的正轉(zhuǎn)、間歇、反轉(zhuǎn)和系統(tǒng)的暫停。（輸出高電平時，對應(yīng)的LED燈亮）其具體框圖如下：（此圖只是大概結(jié)構(gòu)，設(shè)計時可根據(jù)自己的思路稍微改動電路圖）正轉(zhuǎn)指示燈LED1S0S2S3控 制器洗滌時間倒計時計數(shù)器七段LED數(shù)碼管譯 碼掃描顯示50MHz反轉(zhuǎn)指示燈LED3暫停指示燈LED4間歇指示燈LED2CLKS1分頻器1Hz60s倒計時計數(shù)器圖3 洗衣機控制器結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)如上說明，本設(shè)計的主要任務(wù)和設(shè)計要求是：1、 按照現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)的Top-Down模塊化

5、設(shè)計方法，提出簡易洗衣機控制電路設(shè)計系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并進行正確的功能劃分，分別提出并實現(xiàn)控制器、計數(shù)器、輸出譯碼等模塊化子系統(tǒng)的設(shè)計方案。2、 在Quartus的EDA設(shè)計環(huán)境中，采用原理圖和Verilog語言混合輸入的方法，完成系統(tǒng)的頂層設(shè)計、各子系統(tǒng)的模塊化設(shè)計。分別完成各個基于Verilog語言實現(xiàn)的子模塊（包括分頻器、計數(shù)器、主控制器、掃描顯示譯碼四部分）的邏輯功能仿真，并對頂層設(shè)計進行功能仿真。3、 在2步的基礎(chǔ)上，采用Altera公司的CPLD器件EP1C12F324C8對頂層設(shè)計進行適配（Fit Design），生成下載文件。4、 采用DownLoad軟件將設(shè)計的JED文件燒

6、錄到試驗板的芯片上，實際測試。二、設(shè)計原理與方案：（一）、頂層設(shè)計方案： 本系統(tǒng)總共分分頻器，控制器，洗滌倒計時器，,60S倒計時器和顯示器五大部分。其中提結(jié)果如下圖圖一 總體電路結(jié)果圖即頂層結(jié)果圖其中，分頻器為其他模塊提供合適的脈沖信號，控制器接收外部控制信號并且產(chǎn)生相對應(yīng)的控制其他模塊的信號，洗滌倒計時器和60S倒計器負責洗衣時間得倒計時并且根據(jù)倒計時的時間控制電機（四個LED燈）的運轉(zhuǎn)以及將倒計時結(jié)束的信號返回給控制器，顯示器將倒計時的現(xiàn)態(tài)時間顯示。（二）、分頻器設(shè)計方案： 分頻器一輸入兩輸出，輸入為50MHZ的原脈沖信號，輸出clkout1為1kHZ脈沖信號（用于掃描數(shù)碼管），輸出cl

7、kout2為1KHZ脈沖信號（給計數(shù)器）（給控制器及顯示器）。（三）、控制器設(shè)計方案：控制器的輸入信號及作用:有10個輸入s0,s1,s2,s3, t0,t1,t2,t3, clk, s60 .其中s0,s1,s2,s3為四個按鍵的輸入;t0,t1,t2,t3為洗滌倒計時計數(shù)器的反饋輸入; clk為頻率信號輸入; s60為60秒倒計時的輸出信號控制器的輸出信號及作用：有12個輸出信號:d0,d1,d2,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23.其中d0,d1,d2,d3是s0,s1,s2,s3賦值.t10,t11,t12,t13為模式一的輸出控制信號;t20,t21

8、,t22,t23為模式二的輸出控制信號.（四）、洗滌倒計時計數(shù)器設(shè)計方案：洗滌倒計時計時器的輸入信號及作用有：clk, d0,d1,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23。其中clk為頻率信號輸入；d0,d1,d2,d3為s0,s1,s2,s3所賦值的信號輸入；t10,t11,t12為控制器輸出的控制洗衣模式一得輸入信號；t20,t21,t22,t23為控制器輸出的控制洗衣模式二得輸入信號；洗滌倒計時計數(shù)器的輸出信號及作用：t0,t1,t2,t3,LED1,LED2,LED3,LED4。其中t0,t1,t2,t3為反饋給控制器的四個信號，已達到讓控制器對在不同的洗

9、衣時間里做出不同的控制；LED1,LED2,LED3,LED4分別為洗衣時正傳，間歇，反轉(zhuǎn)，暫停的指示輸出信號，用來控制四個指示燈。（五）、60秒計數(shù)器設(shè)計方案：60秒計數(shù)器的輸入信號及作用：clk, d0,d1,d2,d3。其中clk為頻率輸入信號；d0,d1,d2,d3為s0,s1,s2,s3所賦值的輸入信號。60秒計數(shù)器的輸出信號及作用：只有一個輸出信號s60，s60是一個周期為一分鐘的頻率信號。（六）、顯示器的設(shè)計方案： 將輸入的倒計時現(xiàn)態(tài)時間以七段碼的形式通過數(shù)碼管輸出，數(shù)碼管的掃描信號del。三、電路設(shè)計、仿真與實現(xiàn)：（一）、分頻器的設(shè)計實現(xiàn)：分頻器的源程序：module fenp

10、inqi(Clk,clkout1,/1hz clkout2/1khz);input Clk;output clkout1;output clkout2;reg clkout1;reg clkout2;reg 31:0 Cout1;reg31:0 Cout2;reg Clk_En1;reg Clk_En2;initial beginclkout1<=0;clkout2<=0;endalways (posedge Clk )beginCout1 <= (Cout1= 32'd10) ? 32'd0 : (Cout1 + 32'd1);Cout2 <=

11、 (Cout2= 32'd5) ? 32'd0 : (Cout2 + 32'd1);Clk_En1 <= (Cout1 = 32'd10) ? 1'd1 : 1'd0;Clk_En2 <= (Cout2 = 32'd5) ? 1'd1 : 1'd0;clkout1<=Clk_En1;clkout2<=Clk_En2; endendmodule分頻器的仿真結(jié)果：為了使仿真結(jié)果能還好地顯示出來，在仿真時把分頻器的兩個輸出信號分別使其輸出5MHZ的和10MHZ的頻率信號。（三）、控制器設(shè)計實現(xiàn)：控制器的源

12、程序：module kongzhiqi ( s0,s1,s2,s3, t0,t1,t2,t3, clk,/1khz s60, d0,d1,d2,d3, t10,t11,t12,t13, t20,t21,t22,t23);input t0,t1,t2,t3,s0,s1,s2,s3,clk,s60;output d0,d1,d2,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;reg d0,d1,d2,d3;reg t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;reg5:0i;initialbegini<=0;endalways(clk)/ zhan

13、ting beginif(s0=1) begin d0<=s0; d1<=s1; d2<=s2; d3<=s3;endif(s0=0)/fu wei begin d0<=0; d1<=0; d2<=0; d3<=0; end endalways (posedge s60) begini<=i+1'b1;if(d2=1&i<=15)begin if(d0=1&d1=0&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t10<=1; t11<=0; t1

14、2<=0; t13<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=1; t12<=0; t13<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=1; t13<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=0; t13<=1; end end if

15、(d0=1&d1=1&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t20<=1; t21<=0; t22<=0; t23<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=1; t22<=0; t23<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=1; t23<=0; end if(t0=0&

16、amp;t1=0&t2=1&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=0; t23<=1; end end endif(d2=0&i<=30)begin if(d0=1&d1=0&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t10<=1; t11<=0; t12<=0; t13<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=1; t12<

17、;=0; t13<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=1; t13<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t10<=0; t11<=0; t12<=0; t13<=1; end end if(d0=1&d1=1&d3=0) begin if(t0=0&t1=0&t2=0) begin t20<=1; t21<=0; t22<=

18、0; t23<=0; end if(t0=1&t1=0&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=1; t22<=0; t23<=0; end if(t0=0&t1=1&t2=0&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=1; t23<=0; end if(t0=0&t1=0&t2=1&t3=0) begin t20<=0; t21<=0; t22<=0; t23<=1; end end end end

19、/alwaysendmodule控制器的仿真結(jié)果：洗衣模式一的仿真結(jié)果:洗衣模式二的仿真結(jié)果:（四）、洗滌倒計時的設(shè)計實現(xiàn)：洗滌倒計時的源程序module xididaojishi( clk,/1hz d0,d1,d3, t10,t11,t12,t13, t20,t21,t22,t23, t0,t1,t2,t3, LED1,LED2,LED3,LED4 );input clk,d0,d1,d3,t10,t11,t12,t13,t20,t21,t22,t23;output t0,t1,t2,t3,LED1,LED2,LED3,LED4;reg LED1,LED2,LED3,LED4;reg5:0

20、 i;reg t0,t1,t2,t3;always(posedge clk)beginif(d0=0)/fu weibegini<=0;t0<=0;t1<=0;t2<=0;t3<=0;endif(d0=1&d3=1)/zhan tingbeginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=1;endif(d1=0&d0=1&d3=0)beginif(t10=1&t11=0)beginLED1<=1;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1

21、9;b1;if(i=5'd20) begin t3<=0; t0<=1; i<=0; endendif(t11=1&t12=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd10) begin t0<=0; t1<=1; i<=0; endendif(t12=1&t13=0)beginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=1;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'

22、d20) begin t1<=0; t2<=1; i<=0; endendif(t13=1&t10=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd10) begin t2<=0; t3<=1; i<=0; endendendif(d1=1&d0=1&d3=0)beginif(t20=1&t21=0)beginLED1<=1;LED2<=0;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1&

23、#39;b1;if(i=5'd25) begin t3<=0; t0<=1; i<=0; endendif(t21=1&t22=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd5) begin t0<=0; t1<=1; i<=0; endendif(t22=1&t23=0)beginLED1<=0;LED2<=0;LED3<=1;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'

24、;d25) begin t1<=0; t2<=1; i<=0; endendif(t23=1&t20=0)beginLED1<=0;LED2<=1;LED3<=0;LED4<=0;i<=i+1'b1;if(i=5'd5) begin t2<=0; t3<=1; i<=0; endendendend/alwaysendmodule洗滌倒計時的仿真結(jié)果：(四)60秒倒計時計數(shù)器的實現(xiàn)60秒倒計時計數(shù)器的源程序：module s60daojishi (clk, /1hz d0,d1,d2,d3, s60 );i

25、nput clk,d0,d1,d2,d3;output s60;reg s60;reg9:0 cout;always(posedge clk)/zhan ting begin if(d0=0)/fu wei begin cout<=0; endif(d0=1&d3=0)begin cout<=(cout=10'd6)? 0:(cout+1'b1); s60<=(cout=10'd6)? 1:0;end endendmodule60秒倒計時計數(shù)器的仿真波形:為了使仿真結(jié)果能還好地顯示出來，60S倒計時的輸出改為輸出周期為6S的頻率信號。（五）、顯

26、示器設(shè)計實現(xiàn)：顯示器的源程序：module xianshi( clk1,/1khz clk2,/1hz clk3,/1 fen zhong d0,d1,d2,d3, del,sev );input clk1,clk2,clk3,d0,d1,d2,d3;output2:0del;output6:0sev;reg4:0 fen,miao;reg5:0k1,k2;reg1:0m;reg3:0g1,g2,g3,g4;reg6:0sev,ss;reg2:0del,i;always(posedge clk1)begini<=i+'d1;g1<=k1/10;g2<=k1%10;g3

27、<=k2/10;g4<=k2%10;case(i)3'd0:m<=0;3'd1:m<=1;3'd2:m<=2;3'd3:m<=3;3'd4:m<=0;3'd5:m<=1;3'd6:m<=2;3'd7:m<=3;endcasedel<=m; case(del) 'd0:ss<=g3; 'd1:ss<=g4; 'd2:ss<=g1; 'd3:ss<=g2; endcaseendalways(ss) begin ca

28、se(ss) 0:sev='b0111111; 1:sev='b0000110; 2:sev='b1011011; 3:sev='b1001111; 4:sev='b1100110; 5:sev='b1101101; 6:sev='b1111101; 7:sev='b0000111; 8:sev='b1111111; 9:sev='b1101111; endcase endalways(posedge clk2)beginif(d0=0)beginmiao=0;endif(d0=1&&d3=0)beginmiao=miao+1'b1;k1=32'd60-miao;if(k1=0)miao=0;end/ifend/alwaysalways(posed