【正文】 浙江科技學院嵌入式系統(tǒng)（EDA技術(shù)）課程設(shè)計報告書課題名稱：基于MAX II系列CPLD的微波爐控制器芯片設(shè)計院、系 ： 自動化與電氣工程學院 專業(yè)班級： 建筑電氣智能化 目 錄第一章 緒論 1第二章 設(shè)計目的 2第三章 設(shè)計要求 3 微波爐的功能要求 3 3第四章 設(shè)計思想 4 4 4第五章 設(shè)計內(nèi)容 5 6 8 9 11 20設(shè)計總結(jié) 23感 言 24參考文獻 25I第1章 緒論隨著人們生活水平的提高和信息化的發(fā)展，家用電器層出不窮，各種功能也越來越完善，其中微波爐是現(xiàn)代家庭的必備產(chǎn)品已經(jīng)成為人們?nèi)沼蒙钪械谋夭豢缮俚膹N房電器，大大降低了家庭婦女的工作量和工作強度，它的質(zhì)量和性能的高低,將會極大的影響人們的生活水平和質(zhì)量。為此，設(shè)計一個高質(zhì)量的微波爐控制系統(tǒng)是非常有必要的。微波爐開始進入越來越多的家庭，他給人們的生活帶來了極大的方便。微波爐由2450MHz的超高頻來加熱食物。他省時、省電、方便和衛(wèi)生，作為現(xiàn)代的烹飪工具，微波爐的控制器體現(xiàn)著他的重要性能指標。目前大部分微波爐控制器采用單片機進行設(shè)計，帶南路比較復雜性能不夠靈活。本文采用先進的EDA技術(shù)，利用QuartusII工作平臺和VHDL設(shè)計語言，設(shè)計了一種新型的微波爐控制器芯片，該芯片具有系統(tǒng)復位、時間設(shè)定和烹飪計時的功能，用一片F(xiàn)PGA芯片實現(xiàn)，所以能設(shè)計出一款方便安全操作的微波爐是非常有必要的。第2章 設(shè)計目的該設(shè)計用ＶＨＤＬ語言在ＭＡＸ＋ＰＬＵＳⅡ軟件平臺上通過編譯、模擬、仿真，完成了微波爐控制功能，實現(xiàn)了微波爐的測試、時間設(shè)置、烹調(diào)計時、完成提示等設(shè)計，并對時鐘分頻作了一定的探討。此設(shè)計采用了現(xiàn)場可編程邏輯器件ＦＰＧＡ的 ＡＳＩＣ設(shè)計，由控制模塊、裝載模塊、計時模塊和顯示模塊四大模塊組成，而且它可以將所有器件集成在一塊芯片上，體積大大減小，且外圍電路很簡單，易于實現(xiàn)。第3章 設(shè)計要求 微波爐的功能要求要求設(shè)計一個基于MAXII系列的可調(diào)式數(shù)字鬧鐘，器件型號為EPM240T100C5，功能要求如下：上電后，系統(tǒng)自動復位：數(shù)碼管顯示全零，功率選擇小火檔，顯示“1”，三擋加熱輸出均為低電平； 可以進行烹調(diào)時間的分、秒設(shè)置，并使用數(shù)碼管顯示時間信息，設(shè)要求最長的烹調(diào)時間為59分59秒；可以選擇加熱功率，分三檔：高火、中火、小火，分別顯示“3”，“2”，“1”；按“開始”按鍵進入烹調(diào)狀態(tài)，根據(jù)功率選擇輸出加熱控制信號，時間顯示數(shù)碼管按每秒減1的倒計時方式顯示剩余烹調(diào)時間；烹調(diào)定時結(jié)束后，輸出通知信號，系統(tǒng)回到復位狀態(tài)。采用VHDL的系統(tǒng)設(shè)計，一般有以下6個步驟：（1）要求的功能模塊劃分； （2）VHDL的設(shè)計描述（設(shè)計輸入）； （3）代碼仿真模擬（前仿真）； （4）計綜合、優(yōu)化和布局布線； （5）布局布線后的仿真模擬（后仿真）； （6）設(shè)計的實現(xiàn)（下載到目標器件）。 第4章 設(shè)計思想 上電后，系統(tǒng)處于復位狀態(tài)。工作時首先進行烹調(diào)時間設(shè)置，并使用數(shù)碼管顯示時間信息，設(shè)要求最長的烹調(diào)時間為59分59秒，時間設(shè)置完畢后系統(tǒng)自動回到初始狀態(tài)；按開始烹調(diào)按鍵進入烹調(diào)狀態(tài)，時間顯示數(shù)碼管按每秒減1的倒計時方式顯示剩余烹調(diào)時間；烹調(diào)結(jié)束后，系統(tǒng)回到復位狀態(tài)。 （1） 計時電路的設(shè)計：芯片內(nèi)部產(chǎn)生和外部提供。本例中由外部時鐘電路以BCD碼的形式提供。 （2） 時間設(shè)置出錯及工作過程的取消等情況的處理：設(shè)置一個復位按鍵。 （3）數(shù)碼管狀態(tài)的檢測：設(shè)置數(shù)碼管檢測按鍵，按動該按鍵后，數(shù)碼管能夠顯示“8888”的信息。 （4） 時間顯示電路：采用4位7段顯示數(shù)碼管顯示,并由芯片直接驅(qū)動。 （5） 微波管的驅(qū)動：設(shè)置一個輸出驅(qū)動控制烹調(diào)狀態(tài)的繼電器即可。第5章 設(shè)計內(nèi)容微波爐控制器的功能設(shè)計要求，本系統(tǒng)可由一下4個模塊組成：①狀態(tài)控制器KZQ；②數(shù)據(jù)裝載器ZZQ；③烹調(diào)計時器JSQ；④顯示譯碼器YMQ47；狀態(tài)控制電路，其功能是控制微波爐工作過程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并發(fā)出相關(guān)控制信號；數(shù)據(jù)裝載電路，其功能是根據(jù)控制信號選擇定時時間，測試數(shù)據(jù)或計時完成信息的載入；計時器電路，其功能是對時鐘進行減法計數(shù)，提供烹調(diào)完成時的狀態(tài)信號。譯碼器，就是負責將各種顯示信息的BCD轉(zhuǎn)換成七段數(shù)碼管顯示的驅(qū)動信息編碼。微波爐控制器的系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中，CLK為時鐘輸入信號，時鐘上升沿敏感；RESET為復位信號，高電平有效時系統(tǒng)復位清零；TEST為數(shù)碼顯示管測試信號，高電平有效系統(tǒng)顯示8888；SET_T高電平有效時允許設(shè)置烹飪時間；KEY為定時時間輸入信號，用于設(shè)置烹飪時間的長短，其高到低分別表示時間分、秒的十位、個位；START為烹調(diào)開始信號，高電平有效時開始烹調(diào)；輸出信號COOK指示微波爐狀態(tài)，高電平時表示烹調(diào)進行時；SEC0 、SECMIN0、MIN1分別表示秒個位、秒十位、分個位、分十位。圖1 微波爐控制器的系統(tǒng)框圖接通電源初始狀態(tài)時間設(shè)置顯示8888烹調(diào)完成SET_TTEST?START?時間到？NYNYNYNY圖2 工作流程圖首先，對系統(tǒng)進行復位清零，使其各電路模塊均處于初始狀態(tài)；當烹飪時間設(shè)置信號SET_T有效時，讀入時間信號KEY[3..0]的取值，此時系統(tǒng)顯示設(shè)置的時間信息，再按下SET_T確定設(shè)置時間完成。按下開始鍵START,系統(tǒng)進入烹調(diào)狀態(tài)，COOK信號變?yōu)楦唠娖?，時鐘計數(shù)器開始減法計數(shù)，MINMIN0、SECSEC0顯示剩余烹調(diào)時間。烹調(diào)結(jié)束，系統(tǒng)恢復初始狀態(tài)。當系統(tǒng)處于復位清零狀態(tài)時，按下顯像管測試按鈕TEST，將對顯像管是否正常工作進行測試，正常工作時，顯像管輸出全8。狀態(tài)控制器的功能根據(jù)輸入信號和自身當時所處的狀態(tài)完成狀態(tài)的轉(zhuǎn)換和輸出相應(yīng)的控制信號，其模塊框圖如圖3所示。其中，輸出信號LD_DONE指示數(shù)據(jù)裝載電路載入的烹調(diào)結(jié)束的狀態(tài)信息的顯示的驅(qū)動信息數(shù)據(jù)；LD_CLK顯示數(shù)據(jù)裝載電路的設(shè)置的時間數(shù)據(jù)；LD_TEST指示數(shù)據(jù)裝載電路載入的用于測試的數(shù)據(jù)，以顯示驅(qū)動信息數(shù)據(jù)；COOK指示烹飪的狀態(tài)，并提示計時器進行減法計算；KEY為定時時間輸入信號，用于設(shè)置烹飪時間的長短，其高到低分別表示時間分、秒的十位、個位。當LD_DONE有效時，輸出烹調(diào)結(jié)束數(shù)據(jù)。當LD_CLK有效時，輸出烹調(diào)的設(shè)置時間數(shù)據(jù)。當LD_TEST有效時，輸出數(shù)碼管測試數(shù)據(jù)－－包括6個輸入信號和4個輸出信號。圖3 狀態(tài)控制電路模塊框圖根據(jù)微波爐工作流程的描述，分析狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件及輸出信號，可以得