一種基于VHDL的洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)

2.3 控制模塊設(shè)計(jì)

控制模塊是洗衣機(jī)控制器的核心模塊，它根據(jù)按鍵選擇模塊輸入的各種控制信息和計(jì)時(shí)模塊輸入的計(jì)時(shí)信息控制洗衣4種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和電機(jī)轉(zhuǎn)速，并輸出當(dāng)前洗衣狀態(tài)、電機(jī)轉(zhuǎn)速，以及剩余時(shí)間。

洗衣四種狀態(tài)的轉(zhuǎn)換可以方便對(duì)由狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。狀態(tài)機(jī)是一種輸出由當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前輸入決定的時(shí)序電路，它通?？梢杂脿顟B(tài)轉(zhuǎn)換圖表示。使用VHDL設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)不必知道電路的具體實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需在邏輯上加以描述，因此采用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)控制模塊是一種非常方便的方法。

狀態(tài)機(jī)的用VHDL實(shí)現(xiàn)有通用格式，它包含兩個(gè)個(gè)進(jìn)程：狀態(tài)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程Change_State和狀態(tài)機(jī)輸出進(jìn)程Output_Process。其中狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程由狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖決定，洗衣機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖2所示，S0、S1、S2、S3、S4分別為進(jìn)水、洗滌、漂洗、脫水以及結(jié)束狀態(tài)，n0、n1、n2、n3分別表示由按鍵選擇模塊輸出的進(jìn)水、洗滌、漂洗與脫水時(shí)間，num為計(jì)數(shù)模塊輸出的洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間，reset為洗衣機(jī)啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)洗衣機(jī)啟動(dòng)時(shí)，即reset按鍵撥動(dòng)，進(jìn)入S0狀態(tài)，開始進(jìn)水;當(dāng)洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間num=n0時(shí)，進(jìn)水完成，狀態(tài)轉(zhuǎn)為S1，開始洗滌;當(dāng)洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間num=n0+n1時(shí)，洗滌完成，狀態(tài)轉(zhuǎn)為S2，開始漂洗;當(dāng)洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間num=n0+n1+n2時(shí)，漂洗完成，狀態(tài)轉(zhuǎn)為S3，開始脫水;當(dāng)洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間num=n0+n1+n2+n3時(shí)，脫水完成，狀態(tài)轉(zhuǎn)為結(jié)束狀態(tài)S4，洗衣停止。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程的VHDL代碼如下：

當(dāng)reset=1時(shí)，啟動(dòng)進(jìn)程，當(dāng)前狀態(tài)state置S0。每當(dāng)掃描時(shí)鐘scan_clk為上升沿時(shí)，啟動(dòng)進(jìn)程，根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)state和洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間num，按照狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖決定新的當(dāng)前狀態(tài)。

輸出進(jìn)程通過輸出4種洗衣狀態(tài)信號(hào)控制4個(gè)LED燈當(dāng)明滅來顯示當(dāng)前洗衣狀態(tài)。輸出進(jìn)程通過輸出進(jìn)水信號(hào)控制進(jìn)水。當(dāng)洗衣為進(jìn)水狀態(tài)時(shí)，若暫停信號(hào)為0，則輸出進(jìn)水信號(hào)為1，開始進(jìn)水;若暫停信號(hào)為1，輸出進(jìn)水信號(hào)為0，暫停進(jìn)水。而當(dāng)洗衣為其他狀態(tài)時(shí)，輸出進(jìn)水信號(hào)始終為0，停止進(jìn)水。輸出進(jìn)程通過輸出電機(jī)控制信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)行。根據(jù)洗滌電機(jī)的邏輯控制過程，當(dāng)洗衣狀態(tài)為進(jìn)水時(shí)，輸出電機(jī)控制信號(hào)為零電平，表示電機(jī)暫停;當(dāng)洗衣狀態(tài)為洗滌和漂洗時(shí)，輸出電機(jī)控制信號(hào)為頻率為洗滌轉(zhuǎn)速(默認(rèn)60轉(zhuǎn)/分鐘，即1Hz)的方波持續(xù)5秒(默認(rèn)時(shí)輸出1 Hz的方波5個(gè))，然后高電平持續(xù)1秒(控制電機(jī)極性轉(zhuǎn)向);洗衣狀態(tài)為脫水時(shí)，輸出電機(jī)控制信號(hào)為頻率為脫水轉(zhuǎn)速(600轉(zhuǎn)/分鐘，即10 Hz)的方波持續(xù)5秒(默認(rèn)狀態(tài)下，輸出10 Hz的方波50個(gè))，然后零電平持續(xù)1秒(控制電機(jī)暫停)。輸出進(jìn)程根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和洗衣機(jī)運(yùn)行時(shí)間輸出當(dāng)前狀態(tài)剩余時(shí)間到顯示模塊。例如，當(dāng)洗衣為洗滌狀態(tài)時(shí)，輸出剩余時(shí)間為n0+n1-num。

2.4 顯示模塊設(shè)計(jì)

本模塊用于在7段數(shù)碼管上顯示當(dāng)前狀態(tài)剩余時(shí)間，其輸入為控制模塊輸出的當(dāng)前狀態(tài)剩余時(shí)間和掃描時(shí)鐘。首先，將輸入的剩余時(shí)間由秒轉(zhuǎn)換為分鐘(四舍五入);然后進(jìn)行分位，分為個(gè)位ge和十位shi(顯然剩余時(shí)間不超過100分鐘，最多2位);最后通過動(dòng)態(tài)掃描在2個(gè)共陰極的七段數(shù)碼上交替顯示個(gè)位數(shù)字和十位數(shù)字。當(dāng)交替頻率高于28 Hz時(shí)，由于人眼的視覺殘留效果，這2位數(shù)字看上去是同時(shí)顯示在2個(gè)七段數(shù)碼管上。動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)程的VHDL代碼如下：

3 結(jié)束語

我們?cè)赒uartusⅡ軟件開發(fā)平臺(tái)上，基于模塊化的設(shè)計(jì)思想，使用VHDL語言完成洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)、編譯和仿真，并下載到FPGA硬件實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行測試。仿真波形和測試結(jié)果表明該洗衣機(jī)能正確實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)功能，該設(shè)計(jì)方案切實(shí)可行。