微波爐控制器的設計與分析

微波爐控制器的設計與分析第一頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.1系統(tǒng)設計要求現(xiàn)需設計一個微波爐控制器WBLKZQ，其外部接口如圖5.1所示。通過該控制器再配以4個七段數(shù)碼二極管完成微波爐的定時及信息顯示。第二頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.1微波爐控制器外部接口符號圖第三頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.1中的各信號的功能及要求如下：

CLK是秒時鐘脈沖輸入，它接收每秒一個時鐘脈沖的節(jié)拍信號。RESET為復位信號，高電平有效，用于芯片的復位功能。TEST為測試信號，高電平有效，用于測試4個七段數(shù)碼二極管工作是否正常。第四頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.2系統(tǒng)設計方案

5.2.1微波爐控制器的總體設計方案

根據(jù)該微波爐控制器的功能設計要求，本系統(tǒng)可由以下4個模塊組成：①狀態(tài)控制器KZQ；②數(shù)據(jù)裝載器ZZQ；③烹調計時器JSQ；④顯示譯碼器YMQ47。其內部組成原理圖如圖5.2所示。第五頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.2微波爐控制器WBLKZQ的內部組成原理圖第六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

(1)狀態(tài)控制器KZQ的功能是控制微波爐工作過程中的狀態(tài)轉換，并發(fā)出有關控制信息；輸入信號為CLK、TEST、START、SET_T、RESET和DONE，輸出信號為LD_DONE、LD_CLK、LD_8888和COOK信號。

(2)數(shù)據(jù)裝載器ZZQ的功能是根據(jù)KZQ發(fā)出的控制信號選擇定時時間、測試數(shù)據(jù)或烹調完成信息的裝入。第七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

(3)計時器JSQ的功能是負責烹調過程中的時間遞減計數(shù)，并提供烹調完成時的狀態(tài)信號供KZQ產(chǎn)生烹調完成信號。

(4)顯示譯碼器YMQ47的功能就是負責將各種顯示信息的BCD轉換成七段數(shù)碼管顯示的驅動信息編碼。需要譯碼的信息有：數(shù)字0～9，字母d、o、n、E。第八頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.2.2狀態(tài)控制器KZQ的設計狀態(tài)控制器KZQ的功能是控制微波爐工作過程中的狀態(tài)轉換，并發(fā)出有關控制信息，因此我們可用一個狀態(tài)機來實現(xiàn)它。經(jīng)過對微波爐工作過程中的狀態(tài)轉換條件及輸出信號進行分析，我們可得到其狀態(tài)轉換圖如圖5.3所示，其輸入、輸出端口如圖5.4所示。第九頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.3KZQ的狀態(tài)轉換圖第十頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.4KZQ的輸入、輸出端口圖第十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.2.3數(shù)據(jù)裝載器ZZQ的設計

ZZQ的輸入、輸出端口如圖5.5所示，根據(jù)其應完成的邏輯功能，它本質上就是一個三選一數(shù)據(jù)選擇器。本設計采用一個進程來完成，但由于三個被選擇的數(shù)據(jù)只有一個來自輸入端口，因此另兩個被選擇的數(shù)據(jù)則通過在進程的說明部分定義兩個常數(shù)來產(chǎn)生。

第十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.5ZZQ的輸入、輸出端口圖第十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日PROCESS(DATA1，LD_8888，LD_CLK，LD_DONE)ISVARIABLETEMP:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);BEGINLOAD<=LD_8888ORLD_DONEORLD_CLK;第十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日TEMP:=LD_8888&LD_DONE&LD_CLK;CASETEMPISWHEN"100"=>DATA2<=ALL_8; --LOAD_8888=1WHEN"010"=>DATA2<=DONE; --LOAD_DONE=1WHEN"001"=>DATA2<=DATA1; --LOAD_CLK=1WHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;第十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.2.4烹調計時器JSQ的設計烹調計時器JSQ為減數(shù)計數(shù)器，其最大計時時間為59:59。因此我們可用兩個減計數(shù)十進制計數(shù)器DCNT10和兩個減計數(shù)六進制計數(shù)器DCNT6級聯(lián)構成。JSQ的內部組成原理如圖5.6所示。第十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日圖5.6JSQ的內部組成原理圖第十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.2.5顯示譯碼器YMQ47的設計本顯示譯碼器YMQ47不但要對數(shù)字0～9進行顯示譯碼，還要對字母d、o、n、E進行顯示譯碼，其譯碼對照表如表5.1所示。第十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日表5.1YMQ47的譯碼對照表第十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.3主要VHDL源程序5.3.1狀態(tài)控制器KZQ的VHDL源程序--KZQ.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITYKZQISPORT(RESET，SET_T，START，TEST，CLK，DONE:INSTD_LOGIC;第二十頁，共五十六頁，2022年，8月28日

COOK，LD_8888，LD_CLK，LD_DONE:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYKZQ;ARCHITECTUREARTOFKZQISTYPESTATE_TYPEIS(IDLE，LAMP_TEST，SET_CLOCK，TIMER，DONE_MSG);SIGNALNXT_STATE，CURR_STATE:STATE_TYPE;BEGINPROCESS(CLK，RESET)ISBEGINIFRESET='1'THEN第二十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日

CURR_STATE<=IDLE;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENCURR_STATE<=NXT_STATE;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK，CURR_STATE，SET_T，START，TEST，DONE)ISBEGINNXT_STATE<=IDLE;--DEFAULTNEXTSTATEISIDLE;第二十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

LD_8888<='0';LD_DONE<='0';LD_CLK<='0';COOK<='0';CASECURR_STATEISWHENLAMP_TEST=>LD_8888<='1';COOK<='0';WHENSET_CLOCK=>LD_CLK<='1';COOK<='0';WHENDONE_MSG=>LD_DONE<='1';COOK<='0';WHENIDLE=>IF(TEST='1')THENNXT_STATE<=LAMP_TEST;第二十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

LD_8888<='1';ELSIFSET_T='1'THENNXT_STATE<=SET_CLOCK;LD_CLK<='1';ELSIF((START='1')AND(DONE='0'))THENNXT_STATE<=TIMER;COOK<='1';ENDIF;WHENTIMER=>IFDONE='1'THENNXT_STATE<=DONE_MSG;LD_DONE<='1';第二十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

ELSENXT_STATE<=TIMER;COOK<='1';ENDIF;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREART;第二十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.3.2數(shù)據(jù)裝載器ZZQ的VHDL源程序--ZZQ.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITYZZQISPORT(DATA1:INSTD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);LD_8888:INSTD_LOGIC;LD_CLK:INSTD_LOGIC;LD_DONE:INSTD_LOGIC;第二十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日

DATA2:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);LOAD:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYZZQ;ARCHITECTUREARTOFZZQISBEGINPROCESS(DATA1，LD_8888，LD_CLK，LD_DONE)IS第二十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日VARIABLETEMP:STD_LOGIC_VECTOR(2DOWNTO0);BEGINLOAD<=LD_8888ORLD_DONEORLD_CLK;TEMP:=LD_8888&LD_DONE&LD_CLK;CASETEMPISWHEN"100"=>DATA2<=ALL_8; --LOAD_8888=1WHEN"010"=>DATA2<=DONE; --LOAD_DONE第二十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日WHEN"001"=>DATA2<=DATA1; --LOAD_CLKWHENOTHERS=>NULL;ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREART;第二十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.3.3烹調計時器JSQ的VHDL源程序--DCNT10.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYDCNT10ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;LOAD:INSTD_LOGIC;ENA:INSTD_LOGIC;DATAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CQ:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CARRY_OUT:OUTSTD_LOGIC);第三十頁，共五十六頁，2022年，8月28日ENDENTITYDCNT10;ARCHITECTUREARTOFDCNT10ISSIGNALCQI:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK，LOAD，ENA)ISBEGINIFLOAD='1'THENCQI<=DATAIN;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THEN第三十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日IFENA='1'THENIFCQI="0000"THENCQI<="1001";ELSECQI<=CQI-'1';ENDIF;ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;PROCESS(CLK，CQI)ISBEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCQI="0000"THENCARRY_OUT<='1';第三十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日

ELSECARRY_OUT<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;CQ<=CQI;ENDARCHITECTUREART;

--DCNT6.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;第三十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日ENTITYDCNT6ISPORT(CLK:INSTD_LOGIC;LOAD:INSTD_LOGIC;ENA:INSTD_LOGIC;DATAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CQ:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CARRY_OUT:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYDCNT6;ARCHITECTUREARTOFDCNT6IS第三十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日SIGNALCQI:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);BEGINPROCESS(CLK，LOAD，ENA)ISBEGINIFLOAD='1'THENCQI<=DATAIN;ELSIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFENA='1'THENIFCQI="0000"THENCQI<="0101";ELSECQI<=CQI-'1';ENDIF;ENDIF;ENDIF;第三十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日ENDPROCESS;PROCESS(CLK，CQI)ISBEGINIFCLK'EVENTANDCLK='1'THENIFCQI="0000"THENCARRY_OUT<='1';ELSECARRY_OUT<='0';ENDIF;ENDIF;ENDPROCESS;CQ<=CQI;ENDARCHITECTUREART;第三十六頁，共五十六頁，2022年，8月28日--JSQ.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITYJSQISPORT(COOK:INSTD_LOGIC;DATA3:INSTD_LOGIC_VECTOR(15DOWNTO0);LOAD:INSTD_LOGIC;第三十七頁，共五十六頁，2022年，8月28日

CLK:INSTD_LOGIC;SEC_L:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3TO0);SEC_H:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3TO0);MIN_L:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3TO0);MIN_H:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3TO0);DONE:OUTSTD_LOGIC);ENDENTITYJSQ;ARCHITECTUREARTOFJSQISCOMPONENTDCNT10ISPORT(CLK，LOAD，ENA:INSTD_LOGIC;第三十八頁，共五十六頁，2022年，8月28日DATAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CQ:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CARRY_OUT:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENTDCNT10;COMPONENTDCNT6ISPORT(CLK，LOAD，ENA:INSTD_LOGIC;DATAIN:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CQ:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);CARRY_OUT:OUTSTD_LOGIC);第三十九頁，共五十六頁，2022年，8月28日

ENDCOMPONENTDCNT6;SIGNALNEWCLK:STD_LOGIC;SIGNALS1:STD_LOGIC;SIGNALS2:STD_LOGIC;SIGNALS3:STD_LOGIC;SIGNALS4:STD_LOGIC;BEGIN第四十頁，共五十六頁，2022年，8月28日U1:DCNT10PORTMAP(CLK，LOAD，COOK，DATA3(3DOWNTO0)，SEC_L，S1);U2:DCNT6PORTMAP(S1，LOAD，COOK，DATA3(7DOWNTO4)，SEC_H，S2);U3:DCNT10PORTMAP(S2，LOAD，COOK，DATA3(11DOWNTO8)，MIN_L，S3);U4:DCNT6PORTMAP(S3，LOAD，COOK，DATA3(15DOWNTO12)，MIN_H，S4);DONE<=S1ANDS2ANDS3ANDS4;ENDARCHITECTUREART;第四十一頁，共五十六頁，2022年，8月28日5.3.4顯示譯碼器YMQ47的VHDL源程序--YMQ47.VHDLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYYMQ47ISPORT(AIN4:INSTD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0);DOUT7:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));第四十二頁，共五十六頁，2022年，8月28日ENDENTITYYMQ47;ARCHITECTUREARTOFYMQ47ISBEGINPROCESS(AIN4)BEGINCASEAIN4ISWHEN"0000"=>DOUT7<="0111111"; --顯示0的g～aWHEN"0001"=>DOUT7<="0000110"; --1WHEN"0010"=>DOUT7<="1011011"; --2WHEN"0011"=>DOUT7<="1001111"; --3WHEN"0100"=>DOUT7<="1100110"; --4第四十三頁，共五十六頁，2022年，8月28日

WHEN"0101"=>DOUT7<="1101101"; --5WHEN"0110"=>DOUT7<="1111101"; --6WHEN"0111"=>DOUT7<="0000111"; --7WHEN"1000"=>DOUT7<="1111111"; --8WHEN"1001"=>DOUT7<="1101111"; --9WHEN"1010"=>DOUT7<="1011110"; --dWHEN"1011"=>DOUT7<="1011100"; --oWHEN"1100"=>DOUT7<="1010100"; --nWHEN"1101"=>DOUT7<="1111001"; --EWHENOTHERS=>DOUT7<="0000000";ENDCASE;ENDPROCESS;ENDARCHITECTUREART;第四十四頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.3.5微波爐控制器WBLKZQ的VHDL源程序請讀者根據(jù)圖5.2微波爐控制器WBLKZQ的內部組成原理圖自行完成。第四十五頁，共五十六頁，2022年，8月28日

5.4系統(tǒng)仿真/硬件驗證

5.4.1系統(tǒng)的有關仿真狀態(tài)控制器KZQ、數(shù)據(jù)裝載器ZZQ和烹調計時器JSQ的仿真分別如圖5.7、圖5.8和