智能洗衣机控制器设计 Verilog编程

智能洗衣机控制器设计报告

鑫鑫出品

2010-3-18

目录

一.设计背景 (2)

二．功能简介

基本功能 (2)

扩展功能 (3)

三．模块设计及端口设置

主模块main (3)

工作模式设定模块mode (4)

进水量设定模块Water_t (4)

无供水信号产生模块waterless (5)

危险信号产生模块Unsafe (5)

洗衣过程控制模块wash (6)

报警模块alart (7)

LED灯状态模块LEDs (7)

模块级连线图 (8)

四．电路工作原理 (9)

以s的值为主要状态标志的基本工作流程图 (10)

五．Verilog源程序及注释 (11)

六．小结 (18)

一.设计背景。

如今,带有微型控制芯片的家用电器迅速普及。通过用户简单的设定,这些智能家电能自动完成家务,并向用户及时提供反馈信息。这极大地方便了人们的生活。

智能洗衣机是智能家电的代表。用户只需按几个键,智能洗衣机就能自动完成注水、洗衣、排水、甩干等一系列工作,并在发生事故时给予用户报警并作出正确反应,极大减轻用户的洗衣负担,同时保障用户安全。基于以上功能要求,本人进行了智能洗衣机控制器的设计,并作出此设计报告。

二．功能简介。

基本功能：

a.可选5种洗衣模式,列举如下

1>强力洗衣模式：工作程序为,注水->洗衣->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干。

其中洗衣为30分钟；

2>普通洗衣模式：工作程序为,注水->洗衣->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干。

其中洗衣为20分钟；

3>强力洗衣模式：工作程序为,注水->洗衣->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干。

其中洗衣为10分钟；

4>漂洗模式：工作程序为,注水->漂洗->排水->甩干

->注水->漂洗->排水->甩干。

5>甩干模式：工作程序为,甩干。

以上五种模式中，进水时间为1-3分钟,漂洗为5分钟,

排水2分钟,甩干3分钟。

b.显示洗衣完成所需时间。

c.用不同LED灯显示洗衣机当前的工作状态（注水、洗衣、排水、

甩干）。

d.完成洗衣任务时蜂鸣3声提示。

扩展功能：

a.进水量可调。根据衣物的多少,进水时间有1分钟、2分钟、3

分钟三个档位,并用一个数码管显示所设时间。

b.进水时无水报警。蜂鸣器发出2秒的报警声,并中止洗衣工作。

供水正常后恢复工作。

c.甩干时洗衣机盖被打开则报警。2秒报警声,同时中止甩干操

作。重新盖上盖子后恢复工作。

d.有按键音。

e.设有暂停/继续键。可随时按下暂停洗衣机的工作。再次按

下则继续工作。

f.用两个LED灯标志给电机的控制信号。在洗衣或漂洗时交替

闪亮,象征电机顺时针/逆时针转动的转换。

g.用数码管显示当前工作状态（注水、洗衣、排水、甩干）所

剩时间。

三．模块设计及端口设置。

为完成预定功能,设置1个主模块,7个子模块；使用2个时钟信号端口,6个按键,6个数码管和7个LED。

主模块main：调用其他模块，共同完成预定功能。

输入端口：

CP_1k,CP：分别为1kHz和1Hz方波,分别用于产生蜂鸣信号和系统状态转换及计时的时钟信号；

Start,Pause：开始键和暂停/继续键；

Set,Speed：功能设定,分别用来设定工作模式和进水量；

Open,No_water:警报信号,用来模拟打开洗衣机盖和供水中断

事件的发生。

输出端口：

m[3:0],v[3:0]:数码管显示信号,分别指示工作模式和进水量；

Timer[7:0],Timer_a[7:0]：数码管显示信号,分别表示当前过程

剩余时间和完成所有工作剩余时间。

LED_s,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d和LED_l,LED_r：LED驱动信号,分别指示正在工作、进水、出水、洗衣、甩干和电机的顺时针、逆时针旋转状态。

a:蜂鸣信号。用于报警、提示有键按下和洗衣完成。

工作模式设定模块mode:设定工作模式。

输入端口：

Set：设定工作模式模式的按键；

输出端口：

m[3:0]:所设定的模式,BCD码,可取1到5的整数；

进水量设定模块Water_t:设定进水量。

输入端口：

Speed：设定进水量,按键；

输出端口：

V[3:0]：所设定的进水时间,BCD码,可取取1到3的整数；

无供水信号产生模块waterless：产生无水报警信号。

输入端口：

No_water:供水中断/恢复信号,按键；

输出端口：

water_out:供水情况指示量,值为1表示无供水,0表示

供水正常；

危险信号产生模块Unsafe：产生危险报警信号。

输入端口：

Open:洗衣机盖开/合信号,按键；

输出端口：

danger:洗衣机盖状态指示量,值为1表示打开,0表示关闭；

洗衣过程控制模块wash：控制洗衣过程的转换。

输入端口：

CP：1Hz时钟信号,来自时钟信号发生器；

Start：开始工作命令信号,按键；

m：工作模式,来自模块mode；

v：进水时间,来自模块Water_t；

water_out：供水情况,来自模块waterless；

danger：危险状态,来自模块Unsafe；

tp：暂停/继续的命令信号；

输出端口：

p：运行/暂停工作状态量,1表示正在运行,0表示暂停；

finish：工作结束状态量,由0变为1表示工作结束；

timer[7:0]：当前工作过程剩余时间,向上传给main中的Timer；

timer_a[7:0]：完成全部工作剩余时间,传给main中的Timer_a；

s[2:0]：工作状态指示量,从0到5分别指示进水、洗衣、出水、

甩干和完成信号有效；

c[2:0]:取1到4,表示当前工作是第几轮；

报警模块alart：产生报警蜂鸣信号。

输入端口：

CP_1k：1kHz方波信号,用于产生蜂鸣信号,来自信号发生器；

CP：1Hz方波信号,用于产生间断的蜂鸣信号,来自信号发生器；

Start,Set,Pause,Speed:按键音有效信号。另外Pause还用于突

发情况时人为控制暂停/继续的控制键；

No_water,water_out,Open,danger：控制报警音开始/结束的信号,来

自模块waterless和Unsafe；

finish：完成工作后提示音有效信号,来自模块wash；

输入端口：

a：报警音驱动信号

tp：暂停/继续信号。tp=1时暂停,tp=0时继续。

LED灯状态模块LEDs：控制LED的亮灭。

输入端口：

s,c:洗衣机的工作状态指示量,用作那个灯亮的判断条件,来自模块

wash；

p:运行/暂停状态标志量,用于暂停时的闪亮效果,来自模块alart；

CP：1Hz方波信号, 造成闪亮效果,来自信号发生器。

输出端口：LED指示灯驱动信号。

LED_wi：进水；LED_wo：出水；LED_w：洗衣；LED_d：甩干；LED_s：正在运行；LED_l：电机顺时针转；LED_r：逆时针转。

用Leonardo综合出的模块级连线图如下：

以上子模块端口具体用途在电工作原理中涉及。

四．电路工作原理。

下面按电路的使用过程对电路工作原理进行描述。

1.按下Set键,在Set上升沿作用下,mode模块被调用,执行的操作

是工作模式m增加1。其状态变化如下：

m=1 m=2 m=3 m=4 m=5 设定好工作模式后,按Speed键设定进水时间,water_t模块被调

用,执行的操作是进水时间v增加1。其变化原理与m类似,只是变化范围是1-3分钟。

2.设定完毕,按Start键,洗衣过程开始,这时是wash模块被调用,wash模块中,由状态变量c记录洗衣的轮数（以进水到甩干为一轮）,状态变量s代表当前的工作方式,即s=0为进水,s=1为洗衣,s=2为排水,s=3为甩干,s=4时进行完成提示音信号的延时,其状态转变流程如下：

其中,ok=1是上一任务完成的标志,模式1,2,3中,c初值为4。轮回3次后c=1,s由3变为4,finish置1有效,完成提示音响（由module alart 实现）,同时延时计时器启动,计时完毕后,finish=0,提示音停。s=4状态的工作完成后,ok=0,s保持,直到下次启动（Start）再初始化。

以s的值为主要状态标志的基本工作流程图：

3.报警功能,主要由alart模块实现。按No_water键,供水中断信号water_out=1有效。如果这时正在进水,则置c_e=1使报警音延时计时器开始计时,同时c_t=1使报警信号有效,开始发出报警音。延时器计时完毕,c_e、c_t复位,报警音关闭,报警结束。但进水工作仍处于中断状态。只有再此按下No_water键,表示供水恢复,则继续进水。

甩干过程中由Open键触发的洗衣机盖被打开的报警原理同上。

工作结束后的提示音由输入的finish信号控制。finish会有3个CP 有效,和CP相与后,产生三声提示音。

暂停功能也有alart模块参与,按Pause键后,tp变化,会导致暂停有效信号取反,实现暂停/继续的功能。

4.LED等指示状态

共用到7个LED来代表系统的工作状态。其驱动信号有效与否由系统目前的工作状态来判断。其具体代表的状态和实现方法已在端口介绍和源程序注释中说明,不另赘述。

五．Verilog源程序及注释。

1.主模块main：

module main(CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Open,No_water,Timer,Timer_a,m,v,

LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a);

input CP_1k,CP,Start,Pause,Set,Speed,Open,No_water; //输入端口声明,其中CP_1k、CP 为时钟信号，其他为按键；

/**********************输出端口声明*************************/

output LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r,a; //LED及蜂鸣信号output[3:0]m; //工作模式

output[3:0]v; //进水时间

output[7:0]Timer,Timer_a; //剩余时间

wire[3:0] m;

wire[2:0] s,c;

wire water_out,danger,finish,p,a,tp;

mode U1(Set,m[3:0]); //调用模式选择模块Water_t U2(Speed,v[3:0]); //调用进水时间设定模块wash U3(CP,Start,m[3:0],v[3:0],water_out,danger,tp,p,finish,Timer[7:0],

Timer_a[7:0],s[2:0],c[2:0]); //调用洗衣过程控制模块waterless U4(No_water,water_out); //调用供水情况感应模块Unsafe U5(Open,danger); //调用洗衣机盖状态模块alart U6(CP_1k,CP,Start,Set,Pause,Speed,No_water,water_out,Open,danger,

finish,s[2:0],a,tp); //调用报警信号产生模块LEDs U7(s[2:0],p,c[2:0],CP,LED_wi,LED_wo,LED_w,LED_d,LED_s,LED_l,LED_r);

//调用LED驱动模块Endmodule

2.模式选择模块mode：

module mode(Set,m);

input Set; //设定键Set为输入

output[3:0] m; //模式选择结果m为输出

reg[3:0]m;

/***********Set上升沿触发下,m由1到5循环变化*********/

always@(posedge Set)begin

if(m[3:0]>=4'b0101||m==0)m[3:0]=4'b0001;

else m[3:0]=m[3:0]+4'b0001;

end

endmodule

3.进水时间设定模块water_t：

module Water_t(Speed,v);

input Speed;//设定键Speed为输入

output[3:0]v; //进水时间v为输出

reg[3:0] v;

/***********Speed上升沿触发下,v由1到3循环变化*********/

always@(posedge Speed)begin

if(v[3:0]>=4'b0011||v==0)v[3:0]=4'b0001;

else v=v+4'b0001;

end

endmodule

4.洗衣过程控制模块wash：

module wash(CP,Start,m,v,water_out,danger,tp,p,finish,timer,timer_a,s,c);

input CP,Start,tp,water_out,danger; //输入时钟信号及控制键

input [3:0]m,v; //输入设定的工作模式和进水时间output[7:0] timer,timer_a; //输出剩余时间

output[2:0] s,c; //输出工作进程标志量

output finish,p; //输出完成信号及暂停有效信号

reg[2:0] s,c;

reg[7:0]timer,timer_a;

reg ok,d;

reg finish,p;

always@(posedge CP or posedge Start or posedge tp)begin

/*********按下Start键,根据所选模式给各变量赋初值*********/

if(Start==1)begin

case(m)

4'b0001:begin s[2:0]=3'b000;timer=v;c=3'b100;

timer_a=v+v+v+8'b01100111;

if(timer_a[3:0]>4'b1001)begin timer_a[7:0]=timer_a[7:0]+8'b00000110;end

end

4'b0010:begin s[2:0]=3'b000;timer=v;c=3'b100;

timer_a=v+v+v+8'b01010111;

if(timer_a[3:0]>4'b1001)begin timer_a[7:0]=timer_a[7:0]+8'b00000110;end

end