VerilogHDL家用空調(diào)溫度控制器設(shè)計(jì)講課稿

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。VerilogHDL家用空調(diào)溫度控制器設(shè)計(jì)-數(shù)字系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目：家用空調(diào)溫度控制器班級(jí)：電技081姓名：翟建峰學(xué)號(hào)：3080422031日期：2010-12-31一設(shè)計(jì)題目的要求：家用空調(diào)溫度控制器的功能為：1、室內(nèi)溫度可由按鍵設(shè)置，溫度的設(shè)置范圍為20度至39度。2、有加熱和制冷兩種工作模式。當(dāng)空調(diào)工作在加熱模式時(shí)，如果室溫低于設(shè)定溫度，空調(diào)加熱，反之，不加熱；當(dāng)空調(diào)工作于制冷模式時(shí)，如果室溫高于設(shè)定溫度，空調(diào)制冷，反之空調(diào)不制冷。3、對(duì)室內(nèi)溫度用兩位數(shù)碼管進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。二設(shè)計(jì)方案及其工

2、作原理：總的設(shè)計(jì)框圖如下：本電路由控制核心cpu、按鍵、4位鎖存器、數(shù)碼管7位譯碼器電路組成。cpu：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收；室溫和設(shè)定溫度的比較；工作模式選擇；顯示數(shù)據(jù)的輸出；加熱制冷信號(hào)的控制；報(bào)警信號(hào)的輸出等。按鍵：負(fù)責(zé)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溫度，設(shè)置溫度的升高與降低。鎖存器：將cpu輸出的顯示信號(hào)鎖存，防止干擾，將信號(hào)送給譯碼器。譯碼器：將BCD碼譯成數(shù)碼管顯示用的高低電平。工作原理在reset信號(hào)作用下，設(shè)定溫度寄存器賦初值，初值為26度，通過(guò)add（溫度升）和down（溫度減）來(lái)步進(jìn)調(diào)整設(shè)定溫度（步進(jìn)為一）。按鍵（key）模塊通過(guò)seta和setb輸出端口將設(shè)定溫度傳給cpu。cpu接收到設(shè)定溫度后將其與

3、由溫度傳感器傳來(lái)的室溫xy比較，將比較結(jié)果標(biāo)志存在寄存器（flag）中。讀取用戶(hù)工作模式（mod=1時(shí)為加熱，mod=0時(shí)為制冷）。在加熱模式狀態(tài)下，根據(jù)flag的值給出加熱控制寄存器heat賦值；在制冷模式狀態(tài)下，根據(jù)flag的值給制冷狀態(tài)寄存器cool賦值。cpu還將設(shè)置溫度與設(shè)置溫度范圍比較，將比較結(jié)果標(biāo)志存在報(bào)警寄存器flag_high（超上界寄存器）和flag_low（超下界寄存器）。cpu還將室溫和設(shè)定溫度分別存放在室溫寄存器和設(shè)定溫度寄存器中。最后，cpu將寄存器的值通過(guò)各端口輸出。各鎖存器將數(shù)據(jù)鎖存后在時(shí)鐘信號(hào)的作用下將鎖存信號(hào)輸出給譯碼器，譯碼器再把BCD碼轉(zhuǎn)換成數(shù)碼管顯示的

4、高低電平，數(shù)碼管顯示出室溫和設(shè)置溫度。Led燈接到有效信號(hào)后點(diǎn)亮，指示設(shè)定溫度是否越界（led_settoohigh表示設(shè)置溫度過(guò)高；led_settoolow表示設(shè)置溫度過(guò)低）。三各單元電路設(shè)計(jì)：1、cpu設(shè)計(jì)cpu框圖如下：disp_outx：室溫十位輸出顯示disp_outy：室溫個(gè)位輸出顯示disp_outa：設(shè)置十位輸出顯示disp_outb：設(shè)置個(gè)位輸出顯示cool：制冷輸出信號(hào)heat：加熱輸出信號(hào)led_settoohigh：設(shè)定溫度超越上限報(bào)警led_settoolow：設(shè)定溫度超越下限報(bào)警x：室溫十位輸入y：室溫個(gè)位輸入a：設(shè)定溫度十位輸入b：設(shè)定溫度個(gè)位輸入mod：用戶(hù)加

5、熱制冷模式選擇clk:時(shí)鐘脈沖flag：室溫和設(shè)置溫度比較標(biāo)志位寄存器flag_high：設(shè)置溫度超越上界標(biāo)志位寄存器flag_low：設(shè)置溫度超越下界標(biāo)志位寄存器2、按鍵（key）設(shè)計(jì)按鍵（key）框圖如下：seta輸出溫度設(shè)定十位setb輸出溫度設(shè)定個(gè)位add設(shè)定溫度加一down設(shè)定溫度減一clk時(shí)鐘信號(hào)reset復(fù)位信號(hào)（用于寄存器賦初值）3、鎖存器設(shè)計(jì)鎖存器框圖如下：data：鎖存數(shù)據(jù)輸入qout：鎖存數(shù)據(jù)輸出clk：時(shí)鐘信號(hào)4、譯碼器設(shè)計(jì)譯碼器框圖如下：D4：譯碼器BCD碼輸入信號(hào)a,b,c,d,e,f,g：譯碼器輸出信號(hào)（輸入給數(shù)碼管）四模擬仿真驗(yàn)證及結(jié)果分析：因整體仿真驗(yàn)證結(jié)果不

6、易說(shuō)明效果，故將各模塊仿真結(jié)果予以分析。1、cpu仿真結(jié)果cpu仿真結(jié)果如圖：分析：前兩個(gè)周期，用戶(hù)模式為加熱模式（mod=1）室溫設(shè)定溫度，制冷（cool=1）；第79周期設(shè)置溫度39度，超越上界報(bào)警（led_settoohigh=1）。2、鍵盤(pán)仿真結(jié)果鍵盤(pán)仿真結(jié)果如圖：分析：前2周期，reset=1，設(shè)置溫度被設(shè)為26度，第510周期，add=1，設(shè)置溫度每周期遞增一；第1220周期down=1，設(shè)置溫度每周期遞減一，2127周期，沒(méi)有增加和減少信號(hào)，溫度穩(wěn)定在24度。3、鎖存器仿真結(jié)果鎖存器仿真結(jié)果如圖：分析：如圖，在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿將data中數(shù)據(jù)從qout輸出。4、譯碼器仿真結(jié)果譯碼

7、器仿真結(jié)果如圖：分析：D4輸入8時(shí)，abcdefg為：1111111，D4輸入為7時(shí)，abcdefg為：1110000，符合數(shù)碼管顯示規(guī)則。下圖為整個(gè)頂層結(jié)果仿真圖（部分），僅供參考：五總結(jié)體會(huì)：在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題；但也學(xué)習(xí)到了很多平時(shí)上課不曾接觸到的東西、不懂的知識(shí)。了解到了具體的大工程是如何生成的、進(jìn)一步掌握并熟悉了verilogHDL語(yǔ)言，同時(shí)也學(xué)會(huì)了同學(xué)之間相互的團(tuán)結(jié)和協(xié)作。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我懂得一個(gè)工程，必須先要有一個(gè)總體的方案，心中要明確設(shè)計(jì)的目的，如何才能達(dá)到這個(gè)目的；然后劃分模塊，將復(fù)雜抽象的問(wèn)題具體簡(jiǎn)單化；接著逐個(gè)設(shè)計(jì)每個(gè)模塊，調(diào)試，分析，再調(diào)試，直到

8、完成各個(gè)模塊的要求為止；最終，將各個(gè)模塊整合起來(lái)，完成整體模塊，完成工程設(shè)計(jì)?？芍^受益匪淺。附錄：程序源代碼/*溫度控制cpu*/disp_outx室溫十位輸出顯示/disp_outy室溫個(gè)位輸出顯示/disp_outa設(shè)置十位輸出顯示/disp_outb設(shè)置個(gè)位輸出顯示/cool制冷輸出信號(hào)/heat加熱輸出信號(hào)/led_settoohigh設(shè)定溫度超越上限報(bào)警/led_settoolow設(shè)定溫度超越下限報(bào)警/x室溫十位輸入/y室溫個(gè)位輸入/a設(shè)定溫度十位輸入/b設(shè)定溫度個(gè)位輸入/mod用戶(hù)加熱制冷模式選擇/clk時(shí)鐘脈沖/flag室溫和設(shè)置溫度比較標(biāo)志位寄存器/flag_high設(shè)置溫度超

9、越上界標(biāo)志位寄存器/flag_low設(shè)置溫度超越下界標(biāo)志位寄存器modulecpu(disp_outx,disp_outy,disp_outa,disp_outb,cool,heat,led_settoohigh,led_settoolow,x,y,a,b,mod,clk);output3:0disp_outx,disp_outy,disp_outa,disp_outb;outputcool,heat,led_settoohigh,led_settoolow;input3:0 x,y,a,b;inputmod,clk;reg3:0disp_outx,disp_outy,disp_outa,di

10、sp_outb;reg1:0flag;regflag_high,flag_low,cool,heat,led_settoohigh,led_settoolow;always(posedgeclk)beginbegin/*設(shè)定溫度上下界標(biāo)志位判斷*/if(a=4)beginflag_high=1;flag_low=0;/flag_high=1設(shè)定溫度超出上界endelseif(aa)flag=2b01;/flag=01室溫高于設(shè)定溫度elseif(xb)flag=2b01;elseif(yb)flag=2b10;elseflag=2b11;/flag=11室溫等于設(shè)定溫度endendbegin/

11、*制冷、加熱輸出寄存器賦值*/if(mod)begin/mod=1加熱模式下if(flag=2b01)|(flag=2b11)beginheat=0;/停止加熱cool=0;endelseif(flag=2b10)begin/加熱heat=1;cool=0;endendelse/mod=0制冷模式下beginif(flag=2b10)|(flag=2b11)begincool=0;/停止制冷heat=0;endelseif(flag=2b01)begincool=1;/制冷heat=0;endendendbegin/*顯示、報(bào)警輸出寄存器賦值*/if(!flag_high&!flag_low)

12、/室溫和設(shè)定溫度顯示寄存器賦值begindisp_outx=x;disp_outy=y;disp_outa=a;disp_outb=b;led_settoohigh=0;/led_settoohigh=0led_settoolow=0設(shè)定溫度在正常范圍led_settoolow=0;endelseif(flag_high&!flag_low)/設(shè)定溫度超越上界報(bào)警寄存器賦值beginled_settoohigh=1;/led_settoohigh=1設(shè)定溫度超越上界led_settoolow=0;endelseif(!flag_high&flag_low)/設(shè)定溫度超越下界報(bào)警寄存器賦值beg

13、inled_settoohigh=0;led_settoolow=1;/led_settoolow=1設(shè)定溫度超越下界endendendendmodule/*按鍵輸入設(shè)定溫度*/seta輸出溫度設(shè)定十位/setb輸出溫度設(shè)定個(gè)位/add設(shè)定溫度加一/down設(shè)定溫度減一/clk時(shí)鐘信號(hào)/reset復(fù)位信號(hào)（用于寄存器賦初值）modulekey(seta,setb,add,down,clk,reset);output3:0seta,setb;inputadd,down,clk,reset;reg3:0seta,setb;always(posedgeclkorposedgereset)begini

14、f(reset)/*寄存器賦初值*/beginseta=2;setb=6;endif(add)/*寄存器加一*/beginif(setb=9)beginsetb=0;seta=seta+1;endelsesetb=setb+1;endelseif(down)/*寄存器減一*/beginif(setb=0)beginsetb=9;seta=seta-1;endelsesetb=setb-1;endendendmodule/*4位鎖存器*/qout輸出信號(hào)/data輸入信號(hào)/clk時(shí)鐘信號(hào)modulesuocunqi(qout,data,clk);output3:0qout;input3:0dat

15、a;inputclk;reg3:0qout;always(clkordata)beginif(clk)qout=data;/在時(shí)鐘信號(hào)作用下輸出信號(hào)endendmodule/*7位數(shù)碼管譯碼器*/a,b,c,d,e,f,g,數(shù)據(jù)輸出/D4輸出數(shù)據(jù)moduleyimaqi(a,b,c,d,e,f,g,D4);outputa,b,c,d,e,f,g;input3:0D4;rega,b,c,d,e,f,g;always(D4)begincase(D4)4d0:a,b,c,d,e,f,g=7b1111110;4d1:a,b,c,d,e,f,g=7b0110000;4d2:a,b,c,d,e,f,g=7b1101101;4d3:a,b,c,