人民武装学院Verilog HDL课程设计洗衣机控制器的设计学生姓名: 周云学号: PB102027115专业: 电子信息科学与技术年级: 2010 级指导老师: 周骅老师时间: 2011年12月22日目录引言...................................................................................................................... - 3 -一、设计内容...................................................................................................... - 4 -1.设计内容.................................................................................................... - 4 -2.功能............................................................................................................ - 4 -二、洗衣机控制器的工作原理.......................................................................... - 6 -1. 洗衣机的工作状态.................................................................................. - 6 -2. 全自动洗衣过程...................................................................................... - 7 -3.单独执行某个洗衣程序............................................................................ - 8 -三、洗衣机的状态转换图.................................................................................. - 9 -1.洗衣机的状态转换图................................................................................ - 9 -2. 设计思路.................................................................................................. - 9 -四、设计程序.................................................................................................... - 11 -1.全自动洗衣机主程序.............................................................................. - 11 -2.全自动洗衣机测试程序.......................................................................... - 15 -五、步骤及仿真图............................................................................................ - 17 -1.在代码提示框架中完成核心子模块wash_ctrl.v的设计 ................... - 17 -2.对核心子模块wash_ctrl.v 进行时序仿真 ........................................... - 17 -六、功能图........................................................................................................ - 20 -1.设计顶层图形文件，编译.................................................................... - 20 -2.功能引脚锁定.......................................................................................... - 20 - 心得体会............................................................................................................ - 22 -引言随着高密度现场可编程逻辑器件的广泛应用，当前数字系统正朝着速度快、容量大、体积小、重量轻的方向发展的时候，越来越多的工程人员采用硬件描述语言HDL (hardware description language)来进行项目的开发。
目前最通用的HDL 有VHDL 与Verilog 两种，它们具有IEEE国际标准，语法严谨，是今后数字电路与系统设计的必然趋势，它的优点在于具有行为级描述方式，可对设计进行准确描述，易于设计修改，缩短开发周期。
基于VHDL开发系统有多种上，是其中之一，他的功能强大，在开发有限状态机FSM(finite state machine)时序电路时，我们不需要要再用传统的电路输入的方法，通过设计寄存器组来实现各个状态之间的转换，我们可充分利用硬件描述语言的抽象建模能力，用CAD 工具直接绘制状态转移图，具体的逻辑简化可和电路设计可同计算机自动完成，从而提高了设计的效率，并且条理更清晰，修改方便等。
一、设计内容1.设计内容设计一个智能洗衣机控制器，能够实现进水、洗涤、漂洗、甩干等一系列过程全自动控制.2.功能洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，全自动式洗衣机因使用方便得到大家的青睐，全自动即进水、洗涤、漂洗、摔干等一系列过程自动完成，控制器通常设有几种洗涤程序，对不同的衣物可供用户选择。
洗衣机的工作流程由进水、洗衣、排水、脱水4个过程组成。
在半自动洗衣机中，这4个过程分别用相应的按钮开关来控制。
全自动洗衣机中，这4个过程可做到全自动依次运行，直至洗衣结束。
全自洗衣机的洗衣桶（外桶）和脱水桶（内桶）是以同一心安放的，内桶可以旋转，作为脱水用。
内桶的周围有许多小孔，使内桶和外桶的水流相通，洗衣机的进水和排水分别由进水电磁阀和排水电磁阀来执行。
进水时通过控制系统将进水电磁阀打开，经进水管将水注入到外桶。
排水时，通过控制系统将排水电磁阀打开，将水由外桶排到机外。
洗涤正转、反转由洗涤电动机驱动波盘的正、反转来实现，此时脱水桶并不旋转。
脱水时，控制系统将离合器合上，由洗涤电动机带动内桶正转进行甩干。
高、中、低水位控制开关分别用来检测高、中、低水位。
启动按钮用来启动洗衣机工作，停止按钮用来实现手动停止进水、排水、脱水及报警。
排水按钮用来实现手动排水。
普通洗衣机的工作流程示意图当按下复位按钮时，洗衣机上电，控制电路复位到初始状态（默认水位为“中”；使用）者可根据衣服的多少，按下水位控制按钮，改变水位设置，以控制上水时加水的多少；当按下启动/暂停按钮时，洗衣机开始洗衣的第一个操作：进水阀门打开，开始上水，并根据水位设置（高、中、低、少）历时不同的时间timeadd（8s、7s、6s、5s）；然后进水阀门关闭，电机开始运转，开始洗衣过程，并历时9s；然后电机停止运转，排水阀门打开，开始排水，并根据水位设置（高、中、低、少）历时不同的时间timedrain（7s、6s、5s、4s）；然后排水阀门关闭，进水阀门打开，开始第二次上水，并历时timeadd……当甩干结束后，整个洗衣过程完成，扬声器发出持续15 秒的急促的“嘀嘀”音，提示用户洗衣结束。
正常运行状态下全自动洗衣机工作过程：空闲（idle）→第一次加水（water1）7s→洗衣（wash）9s→第一次排水（drain1）6s→第二次加水（water2）7s→漂洗（rinse）9s→第二次排水（drain2）6s→甩干（dry）5s→蜂鸣15s 。
洗衣机整个工作过程可分为9 个状态，运用有限状态机的设计思想来实现。
二、洗衣机控制器的工作原理有限状态机（FSM，Finite State Machine）是一种重要的时序逻辑电路单元，尤其适合于设计数字系统的控制模块。
状态机可以认为是组合逻辑和寄存器逻辑的特殊组合，它一般包括两个部分：组合逻辑部分和寄存器部分。
组合逻辑部分又包括次态逻辑和输出逻辑，分别用于状态译码和产生输出信号；寄存器部分用于存储状态。
状态机的次态是现态及输入信号的函数，输出信号根据状态机的现态或输入信号而定。
根据输出信号产生方法的不同，状态机可分为两类：摩尔（Moore）型状态机和米里（Mealy）型状态机。
对于Moore 型状态机，其输出只为状态机当前状态的函数，而与输入无关。
而对于Mealy 型状态机，其输出不仅与状态机当前状态有关，而且与输入有关。
实用的状态机一般都设计为同步时序电路，它在时钟信号的触发下，完成各状态之间的转移，并产生相应的输出。
采用Verilog HDL 语言实现基于状态机的控制电路设计，就是在时钟信号的触发下，完成两项任务：（1）用case 或if-else 语句描述出状态的转移，（2）描述状态机的输出信号（通常是控制信号）。
1. 洗衣机的工作状态洗衣机有9 个工作状态分别为：空闲（idle）、第一次加水（water1）、洗衣（wash）、第一次排水（drain1）、第二次加水（water2）、漂洗（rinse）、第二次排水（drain2）、甩干（dry）、蜂鸣（beep）。
2. 全自动洗衣过程在洗衣机上电后（默认水位为“中”，通过水位控制按钮设置好合适的）水位，然后按下start_pause启动/暂停按钮，使洗衣机全自动完成整个洗衣过程，此洗衣机控制器状态转移图如下图所示：洗衣机控制器状态转移图分析上图：一旦按下rst 按钮，则电路复位到初始状态，控制信号m=0，w=0，d=0。