电子课程设计报告.docx
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电子课程设计报告
1选题背景1
1.1指导思想1
1.2方案论证1
1.3基本设计任务1
2电路设计3
2.1总体方框图3
2.2工作原理3
3各主要电路及部件工作原理3
3.1要求和指标3
3.2原理和流程图4
4电路分模块设计5
4.1分频器5
4.1.1分频器的设计。
5
4.1.20.1HZ的脉冲输出。
5
4.2正反转6
4.2.1控制正反转的原理图6
4.2.2底层设计结果6
4.3蜂鸣器设计7
4.3.1控制蜂鸣器的电路7
4.3.2其底层设计结果7
4.4数码显示设计7
4.4.1控制数码显示的电路8
4.4.2其底层设计8
图4-79
4.5顶层设计布局9
4.6引脚锁定如下所示9
5元件清单10
6设计结果10
6.1置数功能演示10
6.2计时结束11
6.3复位功能11
7总结与结论12
8改进意见12
1选题背景
在我们的日常生活中,总免不了和各种各样的家用电器打交道,从而使得我们的生活更加的舒适方便。
而说到洗衣机,我们总能想到其中的数字倒计时时间显示控制各种部件的状态,使得整个洗衣机系统可以正常运转。
由此可见,洗衣机其中的定时控制器在其中起到了至关重要的作用,所以设计一个性能优良的定时控制器核心部件就显得尤为重要。
1.1指导思想
以EDA技术的基本理论为指导,通过可加可减计数器74LS192来实现其中的主要时间倒计时功能,在通过其中的在不同时间下的各引脚不同的电平状态来控制洗衣机的正反暂停状态,并且通过相应的组合元件来控制电路的开关,再利用分频器电路来实现1HZ的方波,通过计数器输出从而为电路提供脉冲信号,而时间的显示可以通过DE0板子上的数码管来显示。
1.2方案论证
首先在拿到这个方案的时候,我认为这个设计的核心就是关于定时电路的设计,在设定的时间里能实现倒计时,那么采用什么元器件设计电路主体是比较稳定理想的呢?
在任务书中老师提供了161、192、138等元件,我通过相关资料了解了其功能,果然,其中的192是十进制加减计数器,由它就可以设计成满足要求的倒计时计数器。
在设计了倒计时计数器的主体电路之后,我就可以通过其不同引脚上的功能来延伸出外部控制电路,以达到实现洗衣机正转、反转、暂停和最终的停止等一系列功能。
1.3基本设计任务
设计并制作一个洗衣机定时控制器,定时器工作模式如图1形所示。
图1洗衣机控制器工作模式
图1—1
具体要求如下:
(1)洗涤时间在0~99分钟内由用户自行设定,单位为每分钟;
(2)用两位数码管对洗涤过程作计时显示(以分钟为单位),直到时间到而停机;
(3)当定时时间到时,在洗衣机停止工作的同时发出音频信号提醒用户注意。
提示:
可用三个发光二极管表示洗衣机工作状态。
2电路设计
2.1总体方框图
洗涤时间显示
↑↑
1HZ脉冲产生→秒脉冲计数器→分脉冲计数器←洗涤时间
↑↓
控制开关工作时间译码器→LED显示工作状态
图2-1总体方框图
2.2工作原理
首先,从秒脉冲出来的信号,经过一个十进制计数器后进入秒计数器进行秒计数,这时用户置入洗涤时间,并按开始按钮,洗衣机开始工作。
利用秒计时器十位上的数值变换表示出电机的运转状态,同时利用译码器和门电路设计出适合的电路使LED工作达到设计要求;当用户设定的洗涤时间结束后,电路报警。
3各主要电路及部件工作原理
3.1要求和指标
用EDA方法去设计并完成特定功能的电子电路的仿真、调试,本设计为基于VHDL的EDA设计——洗衣机控制器的设计,同时要掌握常用仿真开发软件,比如:
QuartusII和MaxplusII等EDA常用软件(本次试用使用的软件为QuartusII9.0)。
基本要求:
可选择工作模式;可设定工作时间;具有报警功能等。
设计指标:
控制洗衣机作如下运转:
定时启动正转20秒暂停10秒反转20秒暂停10秒定时未到回到“正转20秒暂停10秒……”,定时到则停止;若定时到,则停机发出音响警报信号(用一个LED灯来模拟);用两个数码管显示洗涤的预置时间(分钟数),按倒计时方式对洗涤过程作计时显示,直到时间到停机;洗涤过程由“开始”信号开始;三只LED灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。
原理:
洗衣机控制器的设计主要是定时器的设计,由一片FPGA和外围电路构成了电器控制部分。
FPGA接收按键的控制命令,控制洗衣机的工作状态。
对FPGA芯片的编程采用模块化的VHDL进行设计,设计分为三层实现,顶层实现整个芯片的功能。
顶层和中间层多数是由VHDL的元件例化语句实现。
中间层由运行模式选择、、定时器、显示控制、水位控制、正反转控制、启停控制等模块组成,它们分别调用底层模块。
用LED显示正转20秒,暂停10秒,反转20秒,暂停10秒,60秒为一周期。
总之洗衣机控制器设计的关键是计数器和定时器的设计。
3.2原理和流程图
图3—1
洗衣机控制器电路由五部分组成:
1、预置时间和编码电路:
定时洗涤时间。
2、减法计数器:
计时。
3、时序控制电路:
控制洗涤过程的正转、暂停和反转。
4、译码器:
译出Q1Q2=00时,为暂停,Q1Q2=10时,为正转,Q1Q2=01时为反转。
5、数码管显示:
显示电路显示时间。
4电路分模块设计
4.1分频器
4.1.1分频器的设计。
设计50000000分频,输出1Hz的脉冲代码如下。
modulefp_even(clk,fp_out);
inputclk;
outputfp_out;
regfp_out;
reg[25:
0]Qtmp;
parameterN=50000000;//1Hz
always@(posedgeclk)
if(Qtmp Qtmp<=Qtmp+1'b1; else begin Qtmp<=1'b0; fp_out<=~fp_out; end Endmodule 4.1.20.1HZ的脉冲输出。 由于此代码设计为1HZ的脉冲输出,因此加一个十进制计数器才可以输出0.1HZ的脉冲。 图4—1 4.2正反转 4.2.1控制正反转的原理图 为达到控制正反转的效果,从计数器引出第三位进行译码处理使得60到40秒处正转,40到30秒处暂停,30秒到10秒处反转,10秒到0秒处暂停。 这样循环往复,达到控制目的。 图4—2 4.2.2底层设计结果 图4-3 4.3蜂鸣器设计 4.3.1控制蜂鸣器的电路 由计数器输出全为0的信号,由或门和与非门合成控制信号来控制脉冲信号的输入。 图4-4 4.3.2其底层设计结果 图4-5 4.4数码显示设计 4.4.1控制数码显示的电路 图4-6 4.4.2其底层设计 图4-7 4.5顶层设计布局 顶层设计将各部分底层设计搭在一起,实现整体功能。 图4-8 4.6引脚锁定如下所示 clearkeyInputPIN_H71B1_N0 CLKInputPIN_G216B6_N1 fengmingqiOutputPIN_B11B1_N0 GAOutputPIN_E117B7_N1 GBOutputPIN_F117B7_N1 GCOutputPIN_H127B7_N1 GDOutputPIN_H137B7_N1 GEOutputPIN_G127B7_N1 geweikeyInputPIN_H21B1_N1 GFOutputPIN_F127B7_N1 GGOutputPIN_F137B7_N1 greenOutputPIN_J31B1_N1 redOutputPIN_J21B1_N1 SAOutputPIN_A137B7_N1 SBOutputPIN_B137B7_N1 SCOutputPIN_C137B7_N1 SDOutputPIN_A147B7_N1 SEOutputPIN_B147B7_N1 SFOutputPIN_E147B7_N1 SGOutputPIN_A157B7_N1 shiweikeyInputPIN_G31B1_N0 yellowOutputPIN_J11B1_N1 < 5元件清单 74192,74138,74161,74248以及一些基本的逻辑门电路。 6设计结果 6.1置数功能演示 图6-1 6.2计时结束 显示器归零,蜂鸣器为最左边是的灯模拟,右边的灯处于停止档位。 图6-1 6.3复位功能 拨动复位开关,蜂鸣器发出响声,显示灯处于暂停档位。 图6-2 7总结与结论 本次电子设计我选的是数字逻辑电路设计,整个电路设计的核心是计数器,以及如何用计数时间到的反馈信号来控制洗衣机停止工作,并且蜂鸣器发出响声。 整个逻辑设计的过程的难点在于如何进行逻辑抽象。 然后利用EDA技术,顶层设计的思想,从最基本的逻辑器件出发,一层层封装,最后可以集成于一个小小的芯片上。 8改进意见 可以设计一个秒计数器在DE0板子上记录正转、暂停、反转的时间。 参考文献 【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006 【2】潘松、陈龙、黄继业.EDA技术与VerilogHDL.清华大学出版社.2014 【3】杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004
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