洗衣机洗涤控制电路设计姓名：学号：专业：集成电路工程2010年11月17日洗衣机洗涤控制电路设计一、洗衣机洗涤控制电路的性能要求1．强洗、标准、轻柔三种洗涤模式强洗周期水流控制：正向电机接通5秒后，停2秒；再反向电机接通5秒，停2秒；然后又正向电机接通5秒。

如此循环控制电机，直到洗涤定时结束。

标准洗周期水流控制：其过程与强洗周期水流控制相同，不同的是正向接通时间为3.5秒，停止时间为1.5秒，反向接通时间为3.5秒。

轻柔洗周期水流控制：正向接通时间为2.5秒，停止时间为1.5秒，反向接通时间为2.5秒。

2．三种洗涤定时洗衣机洗涤定时可有三种选择：5分钟、10分钟、15分钟。

3．上电复位后的初始设定初始设定为标准模式，定时时间为15分钟。

如需修改可按模式选择按键和定时选择按键。

每按一次按键转换一次，可多次进行循环选择。

当某一次洗涤过程结束后，自动返回初始状态，等待下一次洗涤过程开始。

4．启/停控制洗涤过程由启/停键控制。

每按一次启/停键，状态转换一次。

5．洗涤定时精度洗涤定时误差要求不大于0.1秒。

为简化设计洗衣机洗涤控制电路，只要求输出正向和反向的电机控制信号。

二、洗衣机洗涤控制电路的结构根据上述对洗衣机洗涤控制电路的性能要求，可以画出如图1所示的结构框图。

该控制器由四大部分组成：主分频器、主控制器、洗涤定时器和水流控制器。

图1 洗衣机洗涤控制电路的结构框图1．主分频器主分频器用来产生1秒和0.1秒的时钟供主控制器使用。

因DE2开发板上只有27MHz和50MHz时钟，故本设计为简单起见采用开发板自带的50MHz晶振，50000000分频后得到1HZ的时钟和5000000分频后得到10Hz的时钟。

图2 主分频器的结构2．主控制器主控制器的输入信号和输出信号如图1所示，分别叙述如下。

(1) 输入信号:reset：上电复位；start_stop：启/停按键输入；mode_sel：洗涤模式选择按键输入；系统时钟输入(sysclk)：50MHz主时钟；time_sel：洗涤定时选择按键输入；timer_down：定时到输入。

(2) 输出信号：s5min_out：5分钟定时控制；s10min_out：10分钟定时控制；s15min_out：15分钟定时控制；start_out：启/停控制；qiang_out：强水流控制；biao_out：标准水流控制；qing_out：轻柔水流控制。

3．洗涤定时器洗涤定时器的功能是根据主控制器送来的有关控制信号，实现5分钟、10分钟和15分钟的洗涤时间控制。

其输入和输出信号分别如下。

(1) 输入信号：s5min_in s10min_ins15min_in start_inzanting sysclk(clk_01)(2) 输出信号：jieshu ：定时结束；timer_on_out：定时有效；timer_down_out：定时到；hex7，hex6，hex5，hex4，hex3，hex2，hex1，hex0 ：倒计时数码管显示。

4．水流控制器水流控制器根据主控制器输出的强、标准、轻柔控制信号产生不同的水流控制周期，去控制洗衣机电机的工作，其输入和输出信号分别如下。

(1) 输入信号：qing_in biao_inqiang_in sysclk(clk_02)timer_down timer_on(2) 输出信号：3个led灯显示电机的正转、停止和反转。

三、洗衣机洗涤控制电路的描述1．主控制器算法状态机图描述根据主控制器的工作要求，洗衣机洗涤时的工作状态共有以下9种：标准——15分钟标准——10分钟 标准——5分钟 轻柔——15分钟轻柔——10分钟 轻柔——5分钟强洗——15分钟强洗——10分钟 强洗——5分钟1）模式选择控制状态机图：（b ）图3 主控制器算法状态机图(a) 模式选择控制状态机图；(b) 定时选择控制状态机图复位后进入标准洗涤模式，并输出set_biao 标准模式状态信号。

接着判断定时结束timer_down 是否有效。

如果有效，则表明洗涤结束，set_biao 置“0”s_15 min/set_15 mintimer_down是否有效？Y set_15 min←0timer_selNNs_10 min/set_10 mintimer_down是否有效？Y timer_sel是否有效？NN Yset_10 min←0s_5 min/set_5 mintimer_down是否有效？Y timer_sel是否有效？NN Yset_5 min←0Y回到标准模式状态；如果无效，则判别模式选择按键是否按下。

如果未按下，则仍处于标准状态；如果已按下，则进入轻柔状态。

通过类同的操作和判别，该状态机图可在标准、轻柔、强洗三种模式下循环选择和工作，并送出相应的状态信号。

2) 定时选择控制状态机图定时选择控制状态机图如图3(b)所示。

其结构与模式选择控制状态机图一致，所不同的仅仅是状态名、状态输出信号及引起状态转换的按键信号。

图中的3个状态分别为s_5 min、s_10 min、s_15 min。

3个状态输出信号分别为set_5min、set_10min、set_15min。

按键输入信号为timer_sel。

3) 启/停控制算法状态机图描述主控制器还要产生启/停控制信号，启/停控制算法状态机图如图4所示。

图4 启停/控制算法状态机图上图中只有2种状态：停止状态和启动状态。

系统复位时进入停止状态s_stop，当start_stop按键按下时，则状态转移至启动状态s_start，并送出启动控制信号start (start='1')。

再按一下start_stop键，状态又能回停止状态，start 控制信号置“0”，暂停洗涤工作。

再按一次start_stop按键，系统又回到启动状态。

这样，根据需要可人为地暂停或启动洗衣机工作。

2．洗涤定时器描述系统复位后定时器进入停止状态。

在停止状态下不断判别启动信号start 是否为“1”。

如果为“1”，表明启动键已按下，定时器开始工作，timer_on 标志置“1”，否则仍留在停止状态。

在定时器开始工作状态时，系统工作在15分钟定时下，数码管从15分钟开始倒计时，此时也要先判别启动信号是否仍为“1”。

前面已经提到，启/停按键是一个乒乓按键，按一次启/停按键使start输出状态转换一次。

如果复位后按一下启/停按键，使start=“1”，则定时器开始进行定时计数。

如果再按一次启/停按键就会使start=“0”，定时器就处于暂时停止状态，定时计数值将被保留。

如再按一次启/停键，洗涤定时器继续启动，在原有计时值上进行倒计时。

如果在倒计时状态下发现start=“0”，定时器就在暂停状态，同时timer_on 置“0”，定时器停止倒计数。

定时器在暂停时，继续判别start信号。

如果start=“0”，则仍留在暂停状态；如果start=“1”表明定时器再启动，timer_on=“1”，定时器继续进行倒计时。

定时器在倒计时下，如果start=“1”，接着就判别定时器的倒计数是否倒为零，如果未倒为零值时，仍停留在倒计时状态；如果倒为零值，则停止计时，Timer_on=“0”，timer_down=“1”， jieshu=“0”，状态转移至停止状态。

3．水流控制器描述水流控制器电路有3种状态：停止状态、电机正转状态和电机反转状态。

系统复位后进入停止状态，接着判断洗涤定时器是否启动(timer_on='1')。

如果未启动，则仍停留在停止状态；如果已启动，则判别当前是处在哪一模式状态下。

根据模式状态设置不同，进行相应的电机正转停止和反转时间控制。

四、设计原理与方案（一）顶层文件设计方案本系统总共分分频器、控制器、定时器和水流控制器四大部分，其顶层结果图如图五所示。

图五顶层结构图其中，分频器模块为其他模块提供合适的脉冲信号。

控制器模块接收外部控制信号并且产生相对应的控制其他模块的信号。

计时器（倒计时）模块负责洗衣时间的倒计时并且根据倒计时的时间控制电机（三个LED灯）的运转以及将倒计时结束的信号返回给控制器，在此模块中还会在数码管上显示相应的时间倒计时。

水流控制模块是根据控制器的模式选择和时间选择以及计时模块的定时有效和定时到信号来控制电机（三个LED灯）的运转。

（二）分频器设计方案分频器一输入两输出，输入为50MHZ的原脉冲信号，输出clk_01为1HZ 的脉冲信号（给计数器模块），输出clk_02为10HZ的脉冲信号（给水流控制模块）。

（三）控制器设计方案控制器输入信号有：时间脉冲，四个按键和从计数器模块反馈回来的定时到信号。

输出信号有：5分钟输出，10分钟输出，15分钟输出，计数器模块的启/停信号，标准模式输出，强洗模式输出，轻柔模式输出。

其中，时间脉冲是由DE2板子上自带的50MHZ给出。

四个按键分别是：key[0]是系统的启/停按键，没按动一下，系统会在启动和停止之间转换；key[1]是模式选择按键，每次按动下，模式会在标准、强洗、轻柔三种模式下转换；key[2]是时间选择按键，每次按动一下，时间会在5分钟、10分钟和15分钟三种时间下转换；key[3]是复位按键，当key[3]=1(没有按下去)时，洗衣机正常工作，当key[3]=1(按下去)时，洗衣机回到标准模式和15分钟定时模块。

（四）计时器（倒计时）设计方案计时器的输入信号有：时间脉冲输入，暂停信号，5分钟输入，10分钟输入，15分钟输入和启动信号。

输出信号有：定时有效信号，定时到信号，结束信号和数码管显示输出。

其中，时间脉冲信号由分频器产生的1HZ脉冲输入给出。

计时器的工作原理是：当clk出现上升沿时，将时间自减一秒，如果输入时间发生了改变，则按新输入时间倒计时，如果没有发生改变，则按原有状态时间继续倒计时直到时间为00:00为止并且返回倒计时结束信号和定时到信号。

（五）水流控制模块设计方案水流控制器的输入信号有：时间脉冲信号，标准模式输入，强洗模式输入，轻柔模式输入，定时有效信号，定时到信号。

输出信号有：3个LED灯。

水流控制模块的工作原理是：当clk出现上升沿时，在定时有效且还没有定时到的情况下，该模块根据不同的模式输入来控制3个LED的亮和灭以及亮灭的时间，如果定时到信号有效了，3个灯不再亮，直到新的定时时间开始。

五、电路设计、仿真与实现（一）顶层设计实现顶层设计实现如图五所示（前面），仿真波形如下（二）分频器的设计与实现分频器的源程序见附录，仿真波形如下（三）控制器的设计实现控制器的源程序见附录，仿真波形如下图（四）计数器模块的设计实现计数器模块的源程序见附录，仿真波形如下（五）水流控制模块的仿真实现水流控制模块的源程序见附录，仿真波形如下（六）管脚锁定系统中输入所用管脚分配如下表格所示：系统中输出所用管脚分配如下表格所示：LEDG[0] PIN_AE22 LEDG[1] PIN_AF22 LEDG[2] PIN_W19LEDG[3] PIN_V18LEDG[4] PIN_U18LEDG[5] PIN_U17LEDG[6] PIN_AA20 LEDG[7] PIN_Y18LEDG[8] PIN_Y12HEX0[0] PIN_AF10HEX0[1] PIN_AB12HEX0[2] PIN_AC12HEX0[3] PIN_AD11HEX0[4] PIN_AE11HEX0[5] PIN_V14HEX0[6] PIN_V13HEX1[0] PIN_V20HEX1[1] PIN_V21HEX1[2] PIN_W21HEX1[3] PIN_Y22HEX1[4] PIN_AA24HEX1[5] PIN_AA23HEX1[6] PIN_AB24HEX2[0] PIN_AB23HEX2[1] PIN_V22HEX2[2] PIN_AC25HEX2[3] PIN_AC26HEX2[4] PIN_AB26HEX2[6] PIN_Y24 HEX3[0] PIN_Y23 HEX3[1] PIN_AA25 HEX3[2] PIN_AA26 HEX3[3] PIN_Y26 HEX3[4] PIN_Y25 HEX3[5] PIN_U22 HEX3[6] PIN_W24 HEX4[0] PIN_U9 HEX4[1] PIN_U1 HEX4[2] PIN_U2 HEX4[3] PIN_T4 HEX4[4] PIN_R7 HEX4[5] PIN_R6 HEX4[6] PIN_T3 HEX5[0] PIN_T2 HEX5[1] PIN_P6 HEX5[2] PIN_P7 HEX5[3] PIN_T9 HEX5[4] PIN_R5 HEX5[5] PIN_R4 HEX5[6] PIN_R3 HEX6[0] PIN_R2 HEX6[1] PIN_P4 HEX6[2] PIN_P3 HEX6[3] PIN_M2 HEX6[4] PIN_M3 HEX6[5] PIN_M5 HEX6[6] PIN_M4 HEX7[0] PIN_L3 HEX7[1] PIN_L2 HEX7[2] PIN_L9 HEX7[3] PIN_L6 HEX7[4] PIN_L7 HEX7[5] PIN_P9 HEX7[6] PIN_N9 LEDR[0] PIN_AE23 LEDR[1] PIN_AF23 LEDR[2] PIN_AB21 LEDR[3] PIN_AC22 LEDR[4] PIN_AD22 LEDR[5] PIN_AD23 LEDR[6] PIN_AD21LEDR[8] PIN_AA14LEDR[9] PIN_Y13LEDR[10] PIN_AA13LEDR[11] PIN_AC14LEDR[12] PIN_AD15LEDR[13] PIN_AE15LEDR[14] PIN_AF13LEDR[15] PIN_AE13LEDR[16] PIN_AE12LEDR[17] PIN_AD12（七）操作过程timer模块为系统最终的模块图，进行编译下载。