-基于状态机的智能洗衣机控制器的数字系统设计

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1、VHDL数字系统设计与测试题目：基于状态机的智能洗衣机控制器的数字系统设计学院：电子工程学院学号：1302121380姓名：吕立辉1设计要求:洗衣机控制系统的核心部件是控制器。它是一闭环系统，内部结构有洗衣机状态转换时间信号产生器、状态计数器、数据选择器和状态译码器，它能自动发出顺序循环控制信号（S、R、L），并同时完成在该状态下的计时功能。另外，它还向控制对象提供一个工作过程的周期信号（T），作循环次数累计。控制对象是由4位二进制计数器和4位数值比较器构成，它对T作计数，与此同时与人工输入的预置循环数比较，随时将反应受

2、控器自身状态的信号反馈给控制器，从而实现系统的控制功能。2设计原理：2.1洗衣机控制器组成：　　　洗衣机控制电路包括控制器，控制对象，状态显示电路，计时器及报警电路。　　　控制器是系统的核心部件。它是一闭环系统，内部结构有5s和60s信号产生器，状态计数器，数据选择器和状态译码器，它能自动发出顺序控制信号（S、R、L），并同时完成在该状态下的计时功能。另外，它还向控制对象提供一个工作过程的周期信号(T)，作循环次数累计。　　　控制对象是由4位二进制计数器和4位数值比较器构成，它对T作计数，与此同时与人工输入的预置循环数比

3、较，随时将反应受控器自身转台的信号反馈给控制器，实现系统的控制功能。　　　状态显示电路是通过3个LED灯来显示洗衣机的状态：当洗衣机暂停或出现紧急情况时第二个LED灯亮，当洗衣机正转时第一个LED灯都亮，当洗衣机反转时，只有第三个LED灯亮。　　　报警控制电路的功能是当设定的循环次数减到零时提示用户。　　　LED灯和数码管显示电路：通过LED灯来显示洗衣机的各种工作状态，利用数码管来显示时间。系统的结构框图2.2洗衣机控制器的控制功能：2.2.1洗衣机的状态为待机5s→正转60s→待机5s→反转60s，并用3个LED灯和

4、7段显示器分别表示其工作状态和显示相应工作状态下的时间。2.2.2自行设定洗衣机的循环次数，这里设最大的循环次数为15次。2.2.3具有紧急情况的处理功能。当发生紧急情况时,立即转入到待机状态,紧急情况解除后继续执行后续步骤。2.2.4洗衣机设定循环次数递减到零时立即报警,以表示洗衣机设定的循环次数已经结束。2.2.5输入变量：时钟CLK，直接清零RD，暂停/连续EN，设定洗衣机的循环次数SET。2.2.6输出变量：三个工作状态S、R、L，一个过程周期T（T4），8421BCD码Q7…Q0输出及报警信号。3洗衣机控制设计

5、：3.1洗衣机控制框图：蜂鸣报警系统（根据机器运行的过程或状态给出蜂鸣或报警）供电系统（提供控制板电源）门盖状态检测（检测洗涤过程中门盖状态）供排水系统（按照一定的洗涤中期进水或排水）电机驱动系统（驱动电机按照一定的周期或节奏洗涤及脱水）负载检测系统（检测衣物重量）用户接口（获得用户输入同时反映机器状态）控制器3.2洗衣机控制系统流程图上图所示为系统控制框图，其中传感器输入信号包括进水完成信号、排水完成、混浊度检测信号3个信号；按键输入信号则包括复位键（rst）、模式选择键、水位设置键、水流设置键、手动定时的上调、下调以

6、及确认键（afm_time）、开始键7个信号，注意按键信号需经过防抖动处理才能真正有效；显示模块中用3个发光二极管分别代表洗衣机所处状态。3.3洗衣机状态转移图4设计论述系统有3个工作状态：正转，反转，暂停，由状态标志量count控制。count=0时，洗衣机正转，时间持续60s；count=1时洗衣机第一次暂停，时间持续5s；count=2时洗衣机反转，时间持续60s；count=3时洗衣机第二次暂停，时间持续5s，此时一个工作周期结束会产生控制信号T，设定的循环次数减1，若减1后循环次数为零，则洗衣机停止工作，产生报

7、警信号；若循环次数不为零则继续工作。如果系统产生复位信号，则洗衣机停止工作产生报警信号。4.1各功能模块的实现(整个控制功能的VHDL程序见附录一)。为了简化程序设计及增加可读性，本系统采取模块化的方式，使用的功能模块均以组件（component）的形式存在，并且将所有的组件都收集在同一个程序包中（package），在主程序内可以调用不同的模块组件，从而构成完整的结构。自定义的程序包中主要包括如下组件：4.1.1秒脉冲信号、扫描时钟信号（用于分时显示四合一数码管）生成组件divclk，即对时钟信号clk进行分频。4.1.

8、2消除按键抖动组件debounce。如图4中的波形所示，只有当按键push持续时间超过8个clk才被认为是有效按键，否则会被视为无效抖动；当按键信号有效时，则输出信号pushout为高电平，并延时。4.1.3模式选择组件selector。输入按键信号push，经过消除抖动组件，形成中间信号pushout，输出为led