基于EDA的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李詩(shī)奇

摘 要：EDA 技術(shù)融合了大規(guī)模集成電路技術(shù)，F(xiàn)PGA/CPLD 編程下載和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)，利用 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)可以大大的降低其設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期。本文主要采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，介紹了使用 VHDL 語(yǔ)言輸入法，設(shè)計(jì)全自動(dòng)洗衣機(jī)控制器的原理，以及每個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)，并且利用 Quartus II 9.0 軟件進(jìn)行時(shí)序仿真，并下載到GW48系列EDA實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)箱進(jìn)行硬件驗(yàn)證，用以實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的洗滌模式選擇，洗滌時(shí)間控制，開(kāi)蓋等中斷操作功能。

關(guān)鍵詞：EDA；洗衣機(jī)控制器；Quartus II 9.0；VHDL

洗衣機(jī)是人們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的一種家電，已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的家用電器。在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用也十分廣泛。但是傳統(tǒng)的基于繼電器的控制，已經(jīng)不能滿足人們對(duì)洗衣機(jī)的自動(dòng)化程度的要求了。洗衣機(jī)需要更好地滿足人們的需求，必須借助于自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越多的人投身于研究洗衣機(jī)，探索各種新的技術(shù)。

一、概述

EDA這個(gè)以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)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_(kāi)發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過(guò)有關(guān)的開(kāi)發(fā)軟件，自動(dòng)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(jiǎn)、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(duì)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)在現(xiàn)代生活中也越發(fā)的重要。

二、研究?jī)?nèi)容

本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)洗衣機(jī)整個(gè)過(guò)程的控制，主要研究?jī)?nèi)容如下：（1）上電復(fù)位后的初始化，初始化的洗滌模式是強(qiáng)洗模式，定時(shí)間為36分鐘；（2）啟/?？刂?，每按一次啟/停鍵，狀態(tài)轉(zhuǎn)換一次；（3）控制器正/反向輸出信號(hào)，工作控制過(guò)程如圖1所示；（4）洗滌定時(shí)精確度0.1，選擇的洗衣模式同，正反轉(zhuǎn)時(shí)間和停止時(shí)間不同；（5）洗衣機(jī)定時(shí)和模式選擇，詳細(xì)轉(zhuǎn)換順序在狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)這章介紹。此洗衣機(jī)控制器共有9種工作狀態(tài)。當(dāng)打開(kāi)電源，將產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖，使系統(tǒng)設(shè)置進(jìn)入初始狀態(tài)，即標(biāo)準(zhǔn)洗滌模式和定時(shí)洗28分鐘，此時(shí)洗衣機(jī)處于暫停模式。當(dāng)啟動(dòng)啟/停（start）鍵，洗衣機(jī)控制器開(kāi)始工作，如果未改變洗滌模式和定時(shí)模式的話，控制器仍處于默認(rèn)狀態(tài)，如果想要改變洗滌模式或定時(shí)模式，可分別通過(guò)按鍵COUNT-N（上升沿有效），COUNT-N（上升沿有效）改變，每按一次狀態(tài)改變一次，COUNT-N 改變的順序是：36分鐘>28分鐘>20分鐘，COUNT-N改變的順序是：強(qiáng)洗>標(biāo)準(zhǔn)>弱洗。當(dāng)按下強(qiáng)開(kāi)蓋鍵COOK（高電平有效），不管此時(shí)出于何種洗滌模式，何種定時(shí)模式都將暫停，直到COOK鍵再次按下，繼續(xù)之前的洗滌。另外，當(dāng)洗滌時(shí)間到，系統(tǒng)又將恢復(fù)初始狀態(tài)，且洗衣機(jī)處于暫停狀態(tài)，等待下次洗衣。

三、設(shè)計(jì)思路

控制部分使用三個(gè)進(jìn)程來(lái)處理，進(jìn)程一控制狀態(tài)COUNT_N，進(jìn)程二控制狀態(tài)COUNT_M，進(jìn)程三START控制開(kāi)始和暫停。其中COUNT_N：當(dāng)連順出現(xiàn)一個(gè)，兩個(gè)，三個(gè)高電平時(shí)分別表示強(qiáng)洗，標(biāo)準(zhǔn)，弱洗三種狀態(tài)的洗衣過(guò)程。再者COUNT_M：當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)，兩個(gè)，三個(gè)高電平時(shí)分別表示洗滌，漂洗與甩干，甩干。其次，信號(hào)START控制洗衣機(jī)的暫停和重新啟動(dòng)。

工作部分使用了一個(gè)進(jìn)程來(lái)處理，在該進(jìn)程中主要處理強(qiáng)制開(kāi)蓋，洗衣的各個(gè)狀態(tài)?？刂贫酥校虚g變量SG是工作結(jié)束標(biāo)志信號(hào)，DT是狀態(tài)的中間變量。COOK為強(qiáng)開(kāi)洗衣機(jī)蓋子信號(hào)端，DCP輸入狀態(tài)中間信號(hào)。LOOK為時(shí)間到輸出停機(jī)，當(dāng)其輸出為高電平時(shí)所有數(shù)據(jù)為0。然后等待下次洗滌始工作，直至再次按下START鍵，又從新開(kāi)洗衣機(jī)正常工作過(guò)程。與暫停后的再次啟動(dòng)不同。ST為時(shí)間計(jì)數(shù)的中間變量。

四、驗(yàn)證結(jié)果

初步驗(yàn)證了9種情況中的強(qiáng)洗漂洗和甩干，強(qiáng)洗甩干，標(biāo)準(zhǔn)漂洗和甩干，標(biāo)準(zhǔn)甩干，弱洗漂洗和甩干，弱洗甩干這9種情況，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)箱對(duì)應(yīng)指示燈常亮且略帶閃爍，與仿真結(jié)果不相符，后經(jīng)發(fā)現(xiàn)，原來(lái)是實(shí)驗(yàn)箱所綁定時(shí)鐘信號(hào)頻率過(guò)大，時(shí)鐘周期過(guò)短，所致，后調(diào)試實(shí)驗(yàn)箱CLOCK0時(shí)鐘信號(hào)頻率，使其變小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示正常，與仿真結(jié)果一致，使用EDA模擬洗衣機(jī)控制系統(tǒng)初步功能基本實(shí)現(xiàn)。

五、總結(jié)

本設(shè)計(jì)成功實(shí)現(xiàn)了洗衣機(jī)控制系統(tǒng)強(qiáng)洗全過(guò)程、標(biāo)準(zhǔn)-甩干、弱洗-漂洗和甩干等9種基礎(chǔ)功能，以及洗衣機(jī)中斷重啟和強(qiáng)開(kāi)蓋等功能，實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中也遇到過(guò)時(shí)鐘頻率設(shè)計(jì)過(guò)快或過(guò)慢，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等相關(guān)問(wèn)題，經(jīng)過(guò)不斷對(duì)實(shí)驗(yàn)箱的測(cè)試和調(diào)試，最終成功完成了洗衣機(jī)控制系統(tǒng)在EDA實(shí)驗(yàn)箱上的模擬操作。本人們可以看出VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)的出現(xiàn)在根本上改變了以往數(shù)字電路的設(shè)計(jì)模式，是使電路設(shè)計(jì)由硬件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)檐浖O(shè)計(jì)的一次科學(xué)革命，即根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，依次劃分出各功能 模塊，進(jìn)行VHDL編程，這種自頂向下的模塊化設(shè)計(jì)方法大大的減輕電路圖設(shè)計(jì)和電路板設(shè)計(jì)的工作量和難度，減少硬件的體積，提高可靠性，并有效地增強(qiáng)了該設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)，采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者將有可能把更多的精力防到邏輯功能的設(shè)計(jì)上，大大縮短了電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)還可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行盡可能全面細(xì)致的仿真，精確地模擬電路在實(shí)際工作情況下的時(shí)延，提高了電子系統(tǒng)的可靠性，為設(shè)計(jì)的一次性成功提供了重要保證。

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