智能洗衣機控制器設(shè)計 Verilog編程

1、 智能洗衣機控制器設(shè)計報告 鑫鑫出品 2010-3-18目錄一.設(shè)計背景2二功能簡介基本功能 2擴展功能 3三模塊設(shè)計及端口設(shè)置主模塊main 3工作模式設(shè)定模塊mode 4進水量設(shè)定模塊Water_t 4無供水信號產(chǎn)生模塊waterless 5危險信號產(chǎn)生模塊Unsafe 5洗衣過程控制模塊wash 6報警模塊alart 7LED燈狀態(tài)模塊LEDs 7模塊級連線圖 8四電路工作原理 9以s的值為主要狀態(tài)標(biāo)志的基本工作流程圖 10五Verilog源程序及注釋11六小結(jié)18一.設(shè)計背景。 如今,帶有微型控制芯片的家用電器迅速普及。通過用戶簡單的設(shè)定,這些智能家電能自動完成家務(wù),并向用戶及時提供反

2、饋信息。這極大地方便了人們的生活。 智能洗衣機是智能家電的代表。用戶只需按幾個鍵,智能洗衣機就能自動完成注水、洗衣、排水、甩干等一系列工作,并在發(fā)生事故時給予用戶報警并作出正確反應(yīng),極大減輕用戶的洗衣負擔(dān),同時保障用戶安全?；谝陨瞎δ芤?本人進行了智能洗衣機控制器的設(shè)計,并作出此設(shè)計報告。二功能簡介。 基本功能：a.可選5種洗衣模式,列舉如下 1強力洗衣模式：工作程序為, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣為30分鐘； 2普通洗衣模式：工作程序為, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣為2

3、0分鐘； 3強力洗衣模式：工作程序為, 注水-洗衣-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 其中洗衣為10分鐘； 4漂洗模式：工作程序為, 注水-漂洗-排水-甩干 -注水-漂洗-排水-甩干。 5甩干模式：工作程序為,甩干。 以上五種模式中，進水時間為1-3分鐘,漂洗為5分鐘,排水2分鐘,甩干3分鐘。 b.顯示洗衣完成所需時間。 c.用不同LED燈顯示洗衣機當(dāng)前的工作狀態(tài)（注水、洗衣、排水、甩干）。d.完成洗衣任務(wù)時蜂鳴3聲提示。 擴展功能：a. 進水量可調(diào)。根據(jù)衣物的多少,進水時間有1分鐘、2分鐘、3分鐘三個檔位,并用一個數(shù)碼管顯示所設(shè)時間。b. 進水時無水報警。蜂鳴

4、器發(fā)出2秒的報警聲,并中止洗衣工作。供水正常后恢復(fù)工作。c. 甩干時洗衣機蓋被打開則報警。2秒報警聲,同時中止甩干操作。重新蓋上蓋子后恢復(fù)工作。d. 有按鍵音。e. 設(shè)有 暫停/繼續(xù) 鍵?？呻S時按下暫停洗衣機的工作。再次按下則繼續(xù)工作。f. 用兩個LED燈標(biāo)志給電機的控制信號。在洗衣或漂洗時交替閃亮,象征電機順時針/逆時針轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)換。g. 用數(shù)碼管顯示當(dāng)前工作狀態(tài)（注水、洗衣、排水、甩干）所剩時間。三模塊設(shè)計及端口設(shè)置。 為完成預(yù)定功能,設(shè)置1個主模塊,7個子模塊；使用2個時鐘信號端口,6個按鍵,6個數(shù)碼管和7個LED。 主模塊main：調(diào)用其他模塊，共同完成預(yù)定功能。輸入端口：CP_1k,C

5、P：分別為1kHz和1Hz方波,分別用于 產(chǎn)生蜂鳴信號 和 系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換及計時的時鐘信號； Start,Pause：開始 鍵和 暫停/繼續(xù) 鍵； Set,Speed：功能設(shè)定,分別用來設(shè)定 工作模式 和 進水量； Open,No_water:警報信號,用來模擬打開洗衣機蓋和供水中斷事件的發(fā)生。輸出端口： m3:0,v3:0:數(shù)碼管顯示信號,分別指示工作模式和進水量；Timer7:0,Timer_a7:0：數(shù)碼管顯示信號,分別表示當(dāng)前過程剩余時間 和 完成所有工作剩余時間。 LED_s,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d和 LED_l,LED_r：LED驅(qū)動信號,分別指示 正在工

6、作、進水、出水、洗衣、甩干 和 電機的順時針、逆時針旋轉(zhuǎn) 狀態(tài)。a:蜂鳴信號。用于 報警、提示 有鍵按下 和 洗衣完成。工作模式設(shè)定模塊mode:設(shè)定工作模式。 輸入端口： Set：設(shè)定工作模式模式的按鍵； 輸出端口： m3:0:所設(shè)定的模式,BCD碼,可取1到5的整數(shù)； 進水量設(shè)定模塊Water_t:設(shè)定進水量。輸入端口： Speed：設(shè)定進水量,按鍵；輸出端口： V3:0：所設(shè)定的進水時間,BCD碼,可取取1到3的整數(shù)；無供水信號產(chǎn)生模塊waterless：產(chǎn)生無水報警信號。輸入端口：No_water:供水中斷/恢復(fù)信號,按鍵；輸出端口： water_out:供水情況指示量,值為1表示無供

7、水,0表示供水正常； 危險信號產(chǎn)生模塊Unsafe：產(chǎn)生危險報警信號。輸入端口：Open:洗衣機蓋開/合信號,按鍵；輸出端口： danger:洗衣機蓋狀態(tài)指示量,值為1表示打開,0表示關(guān)閉； 洗衣過程控制模塊wash：控制洗衣過程的轉(zhuǎn)換。輸入端口： CP：1Hz時鐘信號,來自時鐘信號發(fā)生器；Start：開始工作命令信號,按鍵；m：工作模式,來自模塊mode；v：進水時間,來自模塊Water_t；water_out：供水情況,來自模塊waterless；danger：危險狀態(tài),來自模塊Unsafe；tp：暫停/繼續(xù)的命令信號；輸出端口： p：運行/暫停工作狀態(tài)量,1表示正在運行,0表示暫停； f

8、inish：工作結(jié)束狀態(tài)量,由0變?yōu)?表示工作結(jié)束；timer7:0：當(dāng)前工作過程剩余時間,向上傳給main中的Timer；timer_a7:0：完成全部工作剩余時間,傳給main中的Timer_a；s2:0：工作狀態(tài)指示量,從0到5分別指示 進水、洗衣、出水、甩干 和 完成信號有效；c2:0:取1到4,表示當(dāng)前工作是第幾輪； 報警模塊alart：產(chǎn)生報警蜂鳴信號。輸入端口： CP_1k：1kHz方波信號,用于產(chǎn)生蜂鳴信號,來自信號發(fā)生器；CP：1Hz方波信號,用于產(chǎn)生間斷的蜂鳴信號,來自信號發(fā)生器；Start,Set,Pause ,Speed:按鍵音有效信號。另外Pause還用于突發(fā)情況時人

9、為控制暫停/繼續(xù)的控制鍵；No_water,water_out,Open,danger：控制報警音開始/結(jié)束的信號,來自模塊waterless和Unsafe；finish：完成工作后提示音有效信號,來自模塊wash；輸入端口： a：報警音驅(qū)動信號 tp：暫停/繼續(xù)信號。tp=1時暫停,tp=0時繼續(xù)。LED燈狀態(tài)模塊LEDs：控制LED的亮滅。輸入端口：s,c:洗衣機的工作狀態(tài)指示量,用作那個燈亮的判斷條件,來自模塊wash；p:運行/暫停狀態(tài)標(biāo)志量,用于暫停時的閃亮效果,來自模塊alart；CP：1Hz方波信號, 造成閃亮效果,來自信號發(fā)生器。輸出端口：LED指示燈驅(qū)動信號。LED_wi：進

10、水； LED_wo：出水； LED_w：洗衣； LED_d：甩干； LED_s：正在運行； LED_l：電機順時針轉(zhuǎn)； LED_r：逆時針轉(zhuǎn)。用Leonardo綜合出的模塊級連線圖如下：以上子模塊端口具體用途在電工作原理中涉及。四電路工作原理。 下面按電路的使用過程對電路工作原理進行描述。1. 按下Set鍵,在Set上升沿作用下,mode模塊被調(diào)用,執(zhí)行的操作是工作模式m增加1。其狀態(tài)變化如下：m=1m=2m=3m=4m=5 設(shè)定好工作模式后,按Speed鍵設(shè)定進水時間,water_t模塊被調(diào)用,執(zhí)行的操作是進水時間v增加1。其變化原理與m類似,只是變化范圍是1-3分鐘。 2.設(shè)定完畢,按St

11、art鍵,洗衣過程開始,這時是wash模塊被調(diào)用,wash模塊中,由狀態(tài)變量c記錄洗衣的輪數(shù)（以進水到甩干為一輪）,狀態(tài)變量s代表當(dāng)前的工作方式,即s=0為進水,s=1為洗衣,s=2為排水,s=3為甩干,s=4時進行完成提示音信號的延時,其狀態(tài)轉(zhuǎn)變流程如下：s=0s=1s=2=3s=3s=4=5其中,ok=1是上一任務(wù)完成的標(biāo)志,模式1,2,3中,c初值為4。輪回3次后c=1,s由3變?yōu)?,finish置1有效,完成提示音響（由module alart實現(xiàn)）,同時延時計時器啟動,計時完畢后,finish=0,提示音停。s=4狀態(tài)的工作完成后,ok=0,s保持,直到下次啟動（Start）再初始化

12、。以s的值為主要狀態(tài)標(biāo)志的基本工作流程圖： 3.報警功能,主要由alart模塊實現(xiàn)。按No_water鍵,供水中斷信號water_out=1有效。如果這時正在進水,則置c_e=1使報警音延時計時器開始計時,同時c_t=1使報警信號有效,開始發(fā)出報警音。延時器計時完畢,c_e、c_t復(fù)位,報警音關(guān)閉,報警結(jié)束。但進水工作仍處于中斷狀態(tài)。只有再此按下No_water鍵,表示供水恢復(fù),則繼續(xù)進水。 甩干過程中由Open鍵觸發(fā)的洗衣機蓋被打開的報警原理同上。 工作結(jié)束后的提示音由輸入的finish信號控制。finish會有3個CP有效,和CP相與后,產(chǎn)生三聲提示音。 暫停功能也有alart模塊參與,按

13、Pause鍵后,tp變化,會導(dǎo)致暫停有效信號取反,實現(xiàn)暫停/繼續(xù)的功能。 4.LED等指示狀態(tài)共用到7個LED來代表系統(tǒng)的工作狀態(tài)。其驅(qū)動信號有效與否由系統(tǒng)目前的工作狀態(tài)來判斷。其具體代表的狀態(tài)和實現(xiàn)方法已在端口介紹和源程序注釋中說明,不另贅述。五Verilog源程序及注釋。1.主模塊main：module main(CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Open,No_water,Timer,Timer_a,m,v,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a); input CP_1k,CP,Start,Pause,Se

14、t,Speed,Open,No_water; /輸入端口聲明,其中CP_1k、CP為時鐘信號，其他為按鍵；/*輸出端口聲明*/ output LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a; /LED及蜂鳴信號 output3:0m; /工作模式 output3:0v; /進水時間 output7:0Timer,Timer_a; /剩余時間 wire3:0 m; wire2:0 s,c; wire water_out,danger,finish,p,a,tp; mode U1(Set,m3:0); /調(diào)用模式選擇模塊 Water_t U2(Speed

15、,v3:0); /調(diào)用進水時間設(shè)定模塊 wash U3(CP,Start,m3:0,v3:0,water_out,danger,tp,p,finish,Timer7:0,Timer_a7:0,s2:0,c2:0); /調(diào)用洗衣過程控制模塊 waterless U4(No_water,water_out); /調(diào)用供水情況感應(yīng)模塊 Unsafe U5(Open,danger); /調(diào)用洗衣機蓋狀態(tài)模塊 alart U6(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Open,danger,finish,s2:0,a,tp); /調(diào)用報警信號產(chǎn)

16、生模塊 LEDs U7(s2:0,p,c2:0,CP,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r); /調(diào)用LED驅(qū)動模塊Endmodule2.模式選擇模塊mode：module mode(Set,m); input Set; /設(shè)定鍵Set為輸入 output3:0 m; /模式選擇結(jié)果m為輸出 reg3:0m;/*Set上升沿觸發(fā)下,m由1到5循環(huán)變化*/ always(posedge Set)begin if(m3:0=4b0101|m=0)m3:0=4b0001; else m3:0=m3:0+4b0001; endendmodule3.進水

17、時間設(shè)定模塊water_t：module Water_t(Speed,v); input Speed; /設(shè)定鍵Speed為輸入 output3:0v; /進水時間v為輸出 reg3:0 v;/*Speed上升沿觸發(fā)下,v由1到3循環(huán)變化*/ always(posedge Speed)begin if(v3:0=4b0011|v=0)v3:0=4b0001; else v=v+4b0001; end endmodule4.洗衣過程控制模塊wash：module wash(CP,Start,m,v,water_out,danger,tp,p,finish,timer,timer_a,s,c);

18、input CP,Start,tp,water_out,danger; /輸入時鐘信號及控制鍵 input 3:0m,v; /輸入設(shè)定的工作模式和進水時間 output7:0 timer,timer_a; /輸出剩余時間 output2:0 s,c; /輸出工作進程標(biāo)志量 output finish,p; /輸出完成信號及暫停有效信號 reg2:0 s,c; reg7:0timer,timer_a; reg ok,d; reg finish,p; always(posedge CP or posedge Start or posedge tp)begin/*按下Start鍵,根據(jù)所選模式給各變

19、量賦初值*/ if(Start=1)begin case(m) 4b0001:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01100111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0010:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01010111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end

20、4b0011:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b100; timer_a=v+v+v+8b01000111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0100:begin s2:0=3b000;timer=v;c=3b011; timer_a=v+v+8b00100111; if(timer_a3:04b1001)begin timer_a7:0=timer_a7:0+8b00000110;end end 4b0101:begin c=3b010;s2:0=3b011;ti

21、mer=8b00000011; timer_a=8b00000100; end default c=0; endcase ok=0; finish=0; d=0; p=1; /使暫停標(biāo)志量無效 end else if(tp=1)p=0; /收到暫停信號,暫停標(biāo)志量有效 else if(CP=1) begin /時鐘信號CP觸發(fā)下,洗衣機按既定程序工作/*一個任務(wù)完成（OK=1），s加1，進入下個任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)*/ if(ok=1)begin if(s2:0=3b011&c2:03b001)begin s2:0=3b000; timer=v; ok=0; end else if(c=1)begi

22、n s2:0=3b100; finish=1; /c=1，則以洗過足夠多輪，finish信號有效,經(jīng)過s=4時的延時將在兩CP周期后復(fù)位 ok=0; timer=0; end else if(c=0)begin s2:0=s2:0; ok=0; finish=0; timer=0; end else begin s=s+3b001;ok=0;end end/*本次任務(wù)未完成（OK=0），計數(shù)器繼續(xù)計數(shù)，任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行*/ else if(ok=0)begin if(tp=0)p=1; /收到繼續(xù)信號,暫停標(biāo)志量無效/*運行時（無警報、暫停），總剩余時間計時器減計數(shù)*/ if(p=1&c1&wat

23、er_out=0&danger=0)begin if(timer_a7:0=8b00000000)timer_a7:0=0; if(timer_a3:0=0)begin timer_a3:0=4b1001;timer_a7:4=timer_a7:4-4b001;end else timer_a3:0=timer_a3:0-4b0001; end /*s=0時，供水正常、未暫停則按設(shè)定時間進水*/ if(s2:0=2b000&p=1&water_out=0)begin if(timer3:0=0)begin ok=1; /計數(shù)器計到0，本任務(wù)完成，ok置1，下個CP時令s加1，進入下一任務(wù) if

24、(c2:0=3b100)begin if(m=4b0001&c2:0=3b100)timer7:0=8b00110000; else if(m=4b0010)timer7:0=8b00100000; else if(m=4b0011)timer7:0=8b00010000; end else if(c2:0=3b011|c2:0=3b010)timer7:0=8b00000101; end else begin timer3:0=timer3:0-4b0001;ok=0;end end /*s=1時，未暫停則按設(shè)定時間洗衣*/ else if(s2:0=2b001&p=1)begin if(t

25、imer7:0=0)begin ok=1; /計數(shù)器計到0，本任務(wù)完成，ok置1下個CP時令s加1，進入下一任務(wù)timer1:0=2b10; end else if(timer3:0=0)begin timer3:0=4b1001; timer7:4=timer7:4-4b0001; ok=0; end else begin timer3:0=timer3:0-4b0001;ok=0;end end/*s=2時，未暫停則按設(shè)定時間排水*/ else if(s2:0=2b010&p=1)begin if(timer1:0=0)begin ok=1; /計數(shù)器計到0，本任務(wù)完成，ok置1，下個CP

26、時令s加1，進入下一任務(wù)timer1:0=2b11; end else begin timer1:0=timer1:0-2b01;ok=0;end end/*s=3時，洗衣機蓋關(guān)閉、未暫停則按設(shè)定時間甩干*/ else if(s2:0=3b011&c2:03b001&danger=0&p=1)begin if(timer1:0=0)begin ok=1; /計數(shù)器計到0，本任務(wù)完成，ok置1，下個CP時令s加1，進入下一任務(wù) c=c-3b001; /甩干完成，則是本輪完成，工作輪數(shù)標(biāo)志位c減1 end else begin timer1:0=timer1:0-2b01;ok=0;end end

27、/*s=4時，計時1秒,完成后在下個時鐘周期finish復(fù)位 */ else if(s2:0=3b100&c2:02b000)begin if(d=1)begin ok=1;d=0;c=c-3b001; /延時完成，ok置1，下個CP時復(fù)位finish，關(guān)掉完成提示音 end else begin d=1;ok=0;end end else begin timer=timer;p=p;timer_a=timer_a;end /暫停時，計時器保持 end end endendmodule5.供水情況感應(yīng)模塊Waterless：module waterless(No_water,water_out

28、); input No_water; /設(shè)定鍵No_water為輸入 output water_out; /設(shè)定供水狀態(tài)標(biāo)志量water_out為輸入 reg water_out; always(posedge No_water)begin /按鍵No_water,供水標(biāo)志量變化 if(water_out=0)water_out=1; /由 有水 變 無水 else water_out=0; /由 無水 變 有水 endendmodule6.洗衣機蓋開合狀態(tài)感應(yīng)模塊Unsafe：module Unsafe(Open,danger); input Open; /設(shè)定鍵Open為輸入 output

29、 danger; /設(shè)定洗衣機蓋狀態(tài)標(biāo)志量danger為輸入 reg danger; always(posedge Open)begin /按鍵Open,洗衣機蓋狀態(tài)標(biāo)志量變化 if(danger=1)danger=0; /由 合上 變 打開 else danger=1; /由 打開 變 合上 endendmodule7.報警模塊alart：module alart(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Open,danger,finish,s,a,tp); input CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,

30、No_water,water_out,Open,danger,finish; /輸入時鐘信號及報警音控制信號 input 2:0s; /輸入當(dāng)前工作狀態(tài) output a,tp; /輸出報警信號和暫停允許信號 reg c_e,c_t,tp; reg2:0 count; always(posedge Pause)begin /暫停/繼續(xù)鍵Pause上升沿觸發(fā)下, if(tp=1)tp=0; 暫停允許信號改變； else tp=tp+1; end always(posedge CP or posedge No_water or posedge Open or posedge Start)begin

31、 if(Start)c_e=0; /啟動時,延時計時器使能位c_e復(fù)位為0 else if(No_water|Open)begin if(water_out=1&s2:0=3b000)|(danger=1&s2:0=3b011)c_e=1; /發(fā)生危險事件,使能端c_e置1 else c_e=0; end else if(CP)begin /c_e=1，以CP為時鐘信號開始計時 if(count2:0=3b010)begin c_t=0;c_e=0;count2:0=0;end else if(c_e=1)begin count2:0=count2:0+3b001;c_t=1;end /計時中

32、,計時進行標(biāo)志位c_t=1 else if(c_e=0)count=0; end end assign a=(c_t|CP&finish)|(Start|Set|Pause|Speed)&CP_1k; /若警報延時計時器正在計時（c_t=1）或工作完成提示信號有效（finish=1）或有鍵按下（Start、Set、Pause、Speed）則發(fā)出相應(yīng)報警音。endmodule 8.LED驅(qū)動模塊LEDs：module LEDs(s,p,c,CP,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r); input p,CP; /輸入暫停允許信號p、時鐘信號CP input 2:0s,c; /輸入工作狀態(tài)標(biāo)志位s、c output LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r; /輸出各LED燈驅(qū)動電平 assign LED_wi=p?(s=3b000&c1):CP&(s=3b000&c0); /進水時，LED_wi燈亮；暫停時閃爍 assign LED_w=p?(s=3b001&c1):CP&(s