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基于 FPGA 的洗衣机控制电路设计
1、背景:
FPGA 是英文 Field Programmable Gate Array 的缩写,即现场可编程门阵列,它是在 PAL、
GAL、EPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。作为专用集成电路(ASIC)领域中的
一种半定制电路,该产品既解决了定制电路的不足,又克服了原有类型的可编程器件门电路
数有限的缺点。由于 FPGA 产品具有上市时间短、设计成本低、便于升级与重复使用的特
点,目前被广泛应用在通信、航天、航空、导航、遥感、遥测、程控交换机等军、民用领域。
FPGA 通常包含三类可编程资源:可编程逻辑功能块、可编程 I/O 块和可编程互连。可
编程逻辑功能块是实现用户功能的基本单元,它们通常排列成一个阵列,散布于整个芯片;
可编程 I/O 单元实现芯片上逻辑与外部封装脚的接口,围绕着阵列于芯片四周;可编程内部
互连包括各种长度的线段和编程连接开关,它们将各个可编程逻辑块或 I/O 块连接起来,构
成特定功能的电路。不同厂家生产的 FPGA 在可编程逻辑块的规模,内部互连线的结构和采
用的可编程元件上存在较大的差异。目前,在市场上比较常用的是 Xilinx 和 Altera 公司的
FPGA 器件。由于 FPGA 能够减少电子系统的开发风险和开发成本(NRE),同时有效的缩短
上市时间(time to market),并且通过在系统编程、远程在线重构等技术降低了维护和升级成
本,因此在通信、控制、数据计算等领域得到了广泛的应用。
FPGA 的发展推动了先进制造工艺和封装工艺的出现,通过全定制的电路和版图设计方
法所进行的设计优化,使 FPGA 在逻辑密度、性能、功能和功耗方面得到大幅改善,成本显
著下降。
随着 FPGA 在功能、密度、速度上的不断提升与成本的降低,用户需求与协议标准的变
化,FPGA 芯片由于其便利的可升级性,不但被用来制作原型机,而且还被大量地应用到网
络、消费电子、科研、航天及国防的许多最终产品中,成为一系列电子系统的核心。
2、目的
通过本次课程设计初步掌握 FPGA 的基本用法和数字电路设计基本方法。学会使用
Altera 公司的 MAX Plus II 软件进行数字电路设计,为以后深入学习 FPGA 数字电路设计打
下基础。
3、功能描述
设计一个电子定时器,控制洗衣机作如下运转:定时启动 正转 20 秒 暂停 10 秒 反
转 20 秒 暂停 10 秒 定时未到回到“正转 20 秒 暂停 10 秒 ,定时到则停止;
若定时到,则停机发出音响信号;
用两个数码管显示洗涤的预置时间(分钟数),按倒计时方式对洗涤过程作计时显示,直到
时间到停机;洗涤过程由“开始”信号开始;
三只 LED 灯表示“正转”、“反转”、“暂停”三个状态。
4、设计总体介绍
本文的洗衣机控制电路设计如图 1 所示,主要由分频模块、主控制模块、进制转换模块、
输出转换模块组成。其中分频模块的功能是将输入的高频信号分频输出三种脉冲信号,以供
主控制模块和输出转换模块使用。主控制模块实现洗衣机的运行控制,能够让洗衣机实现正
转、反转、暂停、置数和报警功能。进制转换模块能够将输入的 8 位二进制信号转换成 8 位
BCD 码,输出到输出转换模块中。输出转换模块的功能是将输入的 BCD 码转换成对应的数
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