基于Verilog HDL的FPGA程序智能洗衣机.docx

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基于VerilogHDL的FPGA程序智能洗衣机

华中科技大学

电子线路课程设计

题目：

智能洗衣机

院系：

控制科学与工程系

班级：

自动化100X班

姓名：

联系方式：

fanjunchao1991@

指导老师：

目录

一题目分析。

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1

二系统流程图.。

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三主要模块介绍.。

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四各按键功能.。

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五仿真波形.。

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7

六实验总结。

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七附录。

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9

一：

题目分析

本次课程设计要求以VerilogHDL硬件描述语言为基础，以DE2开发板为工具，编写智能洗衣机的模拟程序。

首先，我在熟悉题目要求的前提下，将题目要求划分为以下几个小的项目，每个项目尽量用单独的模块实现其功能：

1洗衣过程的转换：

控制洗衣过程在每个过程对应的状态机之间转换，用control.v模块实现。

2洗衣时间的显示：

通过直接调用上学期编写的24小时智能时钟程序的计时模块，并用总时间减去已用时间得到剩余时间，用led_show.v实现。

本程序的特色：

①led灯表示水位：

通过一定的算法，实现用led灯的亮灭表示水位。

Led依次点亮表示注水过程，相反，表示排水和甩干过程。

②1602LCD液晶屏：

用LCD显示所有操作步骤和过程，包括选择模式，当前洗衣模式和状态，洗衣完毕等。

这些过程都是用LCD液晶屏具体显示。

③按键使用和去抖：

因为要使用按键进行模式的选择，所以我用软件去抖的方式实现按键按动时的去抖。

④暂停键模拟断电保护：

设计了一个暂停键，模拟真实情况中的断电保护。

当暂停时模拟现实中的断电；暂停结束模拟现实中的重新上电，程序从断点继续运行。

二：

系统流程图

MODE1ORMODE2ORMODE3:

NO

YES

Y

N

MODE4

N

Y

MODE5

流程图说明：

第一个为总的控制系统的流程图，后面三个为总流程图中，每种模式的详细流程图。

三：

主要模块介绍

modulemy_start：

顶层模块，调用下层模块。

moduleHZ_1：

分频模块，通过10分频和5分频将50Mhz分频成为1hz。

modulecontrol：

控制模块，控制洗衣模式状态机的转换。

moduleled_show：

倒计时模块，通过减去已用时间，得到剩余时间。

moduleput_bottom：

软件去抖模块，通过软件去抖，检测按键按动情况。

modulelcd_show：

1602液晶屏显示模块，包括驱动和需要显示的字符。

Modulewater_station：

用led灯显示当前水位。

四：

各按键功能

SW_0:

电源键，‘0’时表示poweroff（未开电源），‘1’表示洗衣机已经开机，处于工作状态，优先级最高。

SW_1:

暂停键，‘0’时表示正常工作，‘1’时表示暂停工作，处于待机状态。

Key_2:

确定键，按下表示模式选择确定，进入洗衣工作状态。

Key_1:

模式选择键，洗衣机共有5种工作模式，用此键进行选择模式。

液晶屏:

显示洗衣机工作状态。

数码管:

显示洗衣机当前工作模式剩余时间和整个工作状态剩余时间。

Hex7，hex6:

表示当前状态剩余分钟。

Hex5，hex4：

表示剩余时间（秒）。

Hex1，hex0：

表示整个状态剩余时间。

Led：

表示洗衣机水位状态，水位越高，led灯亮的越多。

五：

仿真波形

说明：

bot_1为模式选择按键，bot_2为确认按键，当57us按动确认键后，进入所选择的的mode1。

wsh_sty为当前洗衣状态，0代表注水，1代表洗衣（为了缩短仿真时间，我将洗衣时间改成一分钟），2代表排水，3代表甩干，4代表漂洗。

可以看到，洗衣过程如下：

0-1-2-3---0-4-2-3---0-4-2-3---washover。

符合要求，下载到开发板上以后也验证成功，mode2和mode3是类似状态，不再累述。

说明：

这是mode4的仿真图，wsh_sty中0代表注水，2代表排水，3代表甩干，4代表漂洗。

可以看到，洗衣方式为0-4-2-3--0-4-2-3--washover，符合题目要求。

实验总结

在去年多功能时钟的基础上，今年的课程设计让我学会了很多的新知识，也少走了很多弯路。

①模块化设计的思想：

本次课程设计使用了很多去年设计多功能时钟的模块，编写可移植模块，对程序编写有莫大的好处。

②学习到很多小的注意事项：

以前编写程序，从来不管warning，但是本次课设，本着严格要求的态度，我把所有warning都详细baidu和修改了一遍，最终将两百多个warning减少到了15个。

通过修改warning，可以发现并改正很多不良习惯。

我的200多个警告里面大部分是因为无意识的疏忽造成的。

比如，time_flag<=time_flag+1;其中time_flag为11位寄存器型变量，编译时提示的警告为‘1’没有标明位数，被默认设置成为32位，所以改成11'b1即可消除警告，这种重复性错误占有很大比例。

再比如，case语句没有养成加defaulet的习惯，我认为虽然运行时似乎对程序没有影响，但是遇到干扰或者时序混乱等情况时可能会出现问题。

还有比如，写代码时，在模块名后面的输入输出变量声明时多写了一个逗号等。

这些都提醒自己在写代码时不能投机取巧，尽管不会产生错误，但却可能造成以后写Verilog时习惯性疏忽。

但是也有一些警告需要我上网查找才能知道是什么意思，比如quartus软件里可以自己设定时钟频率，比如为输入输出引脚分配电容等。

3体的构思和准备：

我在写代码之前，构思了洗衣机的操作流程和可能遇到的问题，解决方案等。

将准备工作做充足以后，写代码就会很快，遇到的错误也更少。

附录：

（完整代码）

modulemy_start（

inputkey_0,key_1,

inputcp_50,

inputbot_1,bot_2,

outputLCD_EN,

outputLCD_RS,

outputLCD_RW,

outputLCD_ON,

outputLCD_BLON,

output[7:

0]LCD_DATA,

output[6:

0]led_min0,led_min1,led_sec0,led_sec1,min_all1,min_all2,

output[0:

14]led_wt

）;

reg[2:

0]mode;

initialmode=3'b000;

wire[2:

0]wsh_sty;

wire[2:

0]mode_slt;

wirecp_1,mode_change,bot_2t;

HZ_1h_1（cp_50,1,cp_1）;

controlcon_1（key_1,mode,cp_1,cp_50,wsh_sty,mode_change,led_min0,led_min1,led_sec0,led_sec1,min_all1,min_all2,led_wt）;

always@（posedgecp_50）

begin

if（（key_0==1）&&（mode==3'b000））mode<=3'b110;

elseif（key_0==0）mode<=3'b000;

if（mode_change==1）mode<=3'b111;

if（（mode==3'b110）&&（bot_2t==0））mode<=mode_slt;

end

put_bottomput_1（cp_50,bot_1,bot_2,mode,bot_2t,mode_slt）;

lcd_showlcd（

.CLOCK_50（cp_50）,

.RST_N

（1）,

.mode（mode）,

.mode_slt（mode_slt）,

.wsh_sty（wsh_sty）,

.LCD_DATA（LCD_DATA）,

.LCD_EN（LCD_EN）,

.LCD_RS（LCD_RS）,

.LCD_RW（LCD_RW）,

.LCD_ON（LCD_ON）,

.LCD_BLON（LCD_BLON）

）;

Endmodule

moduleput_bottom（cp_50,bot_1,bot_2,mode,bot_2t,mode_slt）;//去抖时间20ms，检测时间20um,没有按是1

inputcp_50,bot_1,bot_2;

input[2:

0]mode;

outputbot_2t;

output[2:

0]mode_slt;

regbot_1f,bot_1t,bot_2f,bot_2t;

reg[2:

0]mode_slt;

reg[10:

0]flag_1,flag_2;

initial

begin

bot_1f<=1;

bot_2f<=1;

bot_1t<=1;

bot_2t<=1;

mode_slt<=3'b001;

end

wire[3:

0]q_0,q_1,q_2;

wireQ_0,Q_1,cp_u;

counter_10u1（1,cp_50,q_0[3:

0],Q_0）;

counter_10u2（1,Q_0,q_1[3:

0],Q_1）;

counter_10u3（1,Q_1,q_2[3:

0],cp_u）;//20微秒

always@（posedgecp_u）

begin

if（bot_1f==bot_1）

flag_1<=flag_1+11'b1;

else

begin

flag_1<=0;

bot_1f<=bot_1;

end

if（flag_1>11'd2000）

begin

flag_1<=0;

bot_1t<=bot_1f;

end

if（bot_2f==bot_2）

flag_2<=flag_2+11'b1;

else

begin

flag_2<=0;

bot_2f<=bot_2;

end

if（flag_2>11'd2000）

begin

flag_2<=0;

bot_2t<=bot_2f;

end

end

always@（posedgebot_1t）

begin

if（（mode==3'b110）&&（mode_slt<3'b101））

mode_slt<=mode_slt+3'b001;

elseif（（mode==3'b110）&&（mode_slt>3'b100））

mode_slt<=3'b001;

end

endmodule

modulewater_station（key_1,led_sec0,cp_1,wsh_sty,mode,time_flag,led_wt）;

input[2:

0]wsh_sty,mode;

input[10:

0]time_flag;

inputcp_1,key_1;

input[7:

0]led_sec0;

output[0:

14]led_wt;

reg[0:

14]led_wt;

always@（posedgecp_1）

begin

if（（~（key_1==0））&&（mode!

=3'b000））

begin

if（（wsh_sty==3'b001）||（wsh_sty==3'b100））

led_wt<=0;

else

led_wt<=led_wt;

end

else

case（mode）

3'b001,

3'b010,

3'b011,

3'b100:

begin

case（wsh_sty）

3'b000:

if（time_flag[1:

0]==2'b00）led_wt<=（led_wt<<1）+1'b1;

3'b001:

led_wt<=~led_wt;

3'b010:

begin

if（time_flag==0）led_wt<=15'h7fff;

if（（led_sec0==8'b1001_1001）||（led_sec0==8'b1001_0000））led_wt<=（led_wt>>1）;

end

3'b011:

if（time_flag[4:

0]==3'b00000）led_wt<=（led_wt>>1）;

3'b100:

begin

if（time_flag==0）

begin

led_wt<=15'h7fff;

end

else

led_wt<=~led_wt;

end

default:

led_wt<=15'b0;

endcase

end

3'b101:

begin

if（time_flag==0）

led_wt<=15'h00ff;

elseif（time_flag[2:

0]==3'b000）led_wt<=（led_wt>>1）;

end

default:

led_wt<=15'b0;

endcase

end

endmodule

modulecontrol（key_1,mode,cp_1,cp_50,wsh_sty[2:

0],mode_change,led_min0,led_min1,led_sec0,led_sec1,min_all1,min_all2,led_wt）;

input[2:

0]mode;

inputcp_1,cp_50,key_1;

output[2:

0]wsh_sty;

outputmode_change;

output[7:

0]led_min0,led_min1,led_sec0,led_sec1,min_all1,min_all2;

output[14:

0]led_wt;

//wire[2:

0]mode;

reg[2:

0]wsh_sty;

reg[1:

0]dry_flag;

reg[10:

0]time_flag;

regmode_change,wsh_flag;

wireseccp;

initial

begin

wsh_sty<=3'b000;

wsh_flag<=1'b0;

dry_flag<=2'b00;

end

led_showled_1（key_1,time_flag,mode,wsh_sty,cp_50,cp_1,led_min0,led_min1,led_sec0,led_sec1,min_all1,min_all2,seccp）;

water_station（key_1,led_sec0,cp_1,wsh_sty,mode,time_flag,led_wt）;

always@（posedgeseccp）

begin

if（（~（key_1==0））&&（mode!

=3'b000））

begin

wsh_sty<=wsh_sty;

wsh_flag<=wsh_flag;

dry_flag<=dry_flag;

time_flag<=time_flag;

mode_change<=mode_change;

end

else

case（mode）

3'b000:

begin

wsh_sty<=3'b000;

wsh_flag<=1'b0;

dry_flag<=2'b00;

time_flag=0;

end//断电状态将洗衣方式清零

3'b001,

3'b010,

3'b011:

begin

case（wsh_sty）

3'b000:

//注水

begin

if（（time_flag>=11'd60）&&（wsh_flag==0））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b001;//转到洗衣模式

end

elseif（（time_flag>=11'd60）&&（wsh_flag==1））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b100;//转到漂洗模式

end

else

time_flag<=time_flag+1'b1;

end

3'b001:

//洗衣

begin

wsh_flag<=1;

if（（time_flag>=11'd1800）&&（mode==3'b001））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b010;//转到排水模式

end

elseif（（time_flag>=11'd1200）&&（mode==3'b010））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b010;//转到排水模式

end

elseif（（time_flag>=11'd600）&&（mode==3'b011））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b010;//转到排水模式

end

else

time_flag<=time_flag+1'b1;

end

3'b010:

//排水

begin

if（time_flag>=11'd60）

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b011;//转到甩干模式

end

else

time_flag<=time_flag+1'b1;

end

3'b011:

//甩干

begin

if（（time_flag>=11'd60）&&（dry_flag>=2'b10））

begin

time_flag=0;

dry_flag<=0;

wsh_sty<=3'b000;

wsh_flag<=1'b0;

mode_change<=1;//高电平时向外部表示已经洗完，请求改变模式

end

elseif（（time_flag>=11'd60）&&（dry_flag<2'b10））

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b000;//转到注水模式

dry_flag<=dry_flag+1'b1;

end

else

time_flag<=time_flag+1'b1;

end

3'b100:

//漂洗

begin

if（time_flag>=11'd300）

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b010;//转到甩干模式

end

else

time_flag<=time_flag+1'b1;

end

default:

wsh_sty<=3'b000;

endcase

end

3'b100:

begin

case（wsh_sty）

3'b000:

//注水

begin

if（time_flag>=11'd60）

begin

time_flag=0;

wsh_sty<=3'b100;//转到漂洗模式

end

else