【正文】 ELSE NEXT_STATE=TIMER。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 通過(guò)上述分析，該模塊的主要程序可實(shí)現(xiàn)如下： PROCESS(DATA1,LD_TEST,LD_CLK,LD_DONE) IS CONSTANT ALLS:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):=1000100010001000。 LOAD_TEST =1 WHEN 010 = DATA2=DONE。 因此，根據(jù)減法計(jì)數(shù)器隨計(jì)數(shù)脈沖的不斷輸入而遞減計(jì)數(shù)，在具體設(shè)計(jì)該十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器和六進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器過(guò)程中，可以當(dāng)計(jì)數(shù)值減到 0 時(shí)，其計(jì) 數(shù)器的數(shù)值自動(dòng)轉(zhuǎn)為定時(shí)設(shè)定時(shí)間，在十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可表達(dá)為： IF CQI=0000 THEN CQI=1001。由六進(jìn)制計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成的計(jì)時(shí)器內(nèi)部組成原理圖如圖 所示： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 圖 JSQ 的內(nèi)部組成原理圖 這里，計(jì)時(shí)器相應(yīng)的頂層文件電路符號(hào)如圖 所示： 圖 JSQ 電路符號(hào) 其中，輸入信號(hào) LOAD 為高電平時(shí)完成信號(hào)的載入； COOK 信號(hào)為高電平時(shí)，在每個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿進(jìn)行減法計(jì)數(shù)。溫度傳感器 AD590的輸出經(jīng)過(guò)放大器后，將電壓引入 ADC0809 的 Vin (+) 管腳 ， 由 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 。 根據(jù)上述分析，編寫該溫度控制器的 VHDL 程序，其主要程序如下： 數(shù)據(jù)采集部分 PROCESS (CLK,DATA) BEGIN IF (CLK39。 IF (d=0) THEN s:=0。e:=e+1。 END IF。 U3:KWQ PORT MAP (CLK,DATA_TMP,COOK_TMP,LOAD_TMP,RESET_TMP,control,ALARM)。具體設(shè)計(jì)時(shí)，采用 4 位 LED 數(shù)碼管顯示加熱倒計(jì)時(shí)， 3 位 LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值， 1 位 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前火力檔位。若用它驅(qū)動(dòng)共陰 LED 數(shù)碼管，則輸出應(yīng)為高有效，即輸出為高 (1)時(shí)，相應(yīng)顯示段發(fā)光。使用時(shí)，公共陰極接地， 7 個(gè)陽(yáng)極 a~g 由相應(yīng)的 BCD 七段譯碼。由于數(shù)碼管顯示信息較少，一些信息用數(shù)碼管顯示不夠直觀，因此本系統(tǒng)在采用數(shù)碼管顯示的同時(shí)，還用發(fā)光二極管作為輔助顯示。 U1:KZQ PORT MAP (RESET,SET_T,START,TEST,CLK,DONE,COOK_TMP,TEST_TMP,CLK_TMP,DONE_TMP,ALARM)。 IF (CLK39。m:=m+1。 VARIABLE d : BIT。 以下是該設(shè)計(jì)的流程圖，如圖 所示： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 圖 溫度控制部分流程圖 數(shù)據(jù)采集主要完成溫度的處理，實(shí)現(xiàn) T=(x)247。 如果測(cè)到的電壓為 x V 時(shí)，則可由 ( )247。 設(shè)計(jì)完兩個(gè)計(jì)數(shù)器之后，在計(jì)時(shí)器電路模塊，對(duì)該十進(jìn)制和六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路模塊進(jìn)行定義并元件例化，生成相應(yīng)的元件符號(hào)。其中，兩個(gè)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)器用于分、秒的個(gè)位減法計(jì)數(shù)，兩個(gè)六進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)器用于分、秒的十位減法計(jì)數(shù)。 LD_CLK。 由于 ZZQ 裝入測(cè)試的數(shù)據(jù)可以用 8 個(gè) 8 作為顯示驅(qū)動(dòng)信息數(shù)據(jù)，因此，將該用于顯示的常數(shù) ALLS 分解成 8 個(gè) “8”，其中 4 個(gè) “8”作為時(shí)間顯示驅(qū)動(dòng)信息， 3 個(gè) “8”作為溫度顯示驅(qū)動(dòng)信息， 1 個(gè) “8”作為火力檔位顯示驅(qū)動(dòng)信息，分別經(jīng)過(guò)八個(gè)譯碼器譯碼后顯示驅(qū)動(dòng)信息編碼。 LD_DONE=39。039。 ELSIF SET_T=39。139。139。039。139。 音效控制子模塊，其功能是控制微波爐工作時(shí)的音效提示，這里直接外接一個(gè)蜂鳴器實(shí)現(xiàn)該功能。 默認(rèn)情況為 K_VALUE 保持原來(lái)狀態(tài)，相當(dāng)于實(shí)現(xiàn)鎖存器 END CASE。 WHEN 10111101= K_VALUE=9。 WHEN 11101101= K_VALUE=1。 END BLOCK COUNTER。EVENT AND CLK=39。在讀取鍵盤狀態(tài)時(shí)必須避開(kāi)這個(gè)不穩(wěn)定期，以免造成誤判，這樣一個(gè)做法叫做 “去抖 ”。 生成的電路符號(hào)如下，圖 所示 ： C LK C LK_ SC ANC LK_ D EBclk _genins t 圖 時(shí)序產(chǎn)生電路符號(hào) 按鍵掃描電路 所謂行列式鍵盤掃描，即用帶有 I/O 口的線組成行列式結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 交點(diǎn)上。由于鍵盤按鍵是一種機(jī)械開(kāi)關(guān)，所以設(shè)計(jì)其控制電路時(shí)，需要涉及到鍵盤掃描、鍵盤譯碼，光靠矩 陣鍵盤是無(wú)法完成按鍵輸入工作的。 . 系統(tǒng)的 工作流程 微波爐控制器系統(tǒng)的工作流程 為 ：上電后，系統(tǒng)首先處于一種復(fù)位狀態(tài)，其各電路模塊均處于初始狀態(tài)。 . 控制模塊 控制部分作為整個(gè)微波爐控制器系統(tǒng)的核心，它采用 FPGA 芯片作為主控核心，完成許多復(fù)雜的控制和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。該燈亮?xí)r，表示烹飪完成； ? 意外報(bào)警：提示意外情況發(fā)生。當(dāng)按下該鍵時(shí)，進(jìn)入調(diào)整 1Min/100℃ /High 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 10Sec/10℃ /Middle 1Sec/1℃ /Low 按鍵狀態(tài)。由于在時(shí)間設(shè)置和溫 度設(shè)定時(shí)，四個(gè)按鍵初始值均為 0，因此需要借助 ▲/+1 ▼/1 兩個(gè)按鍵共同實(shí)現(xiàn)時(shí)間、溫度的設(shè)定操作。可以在整個(gè)流程中只使用這些界面中的一個(gè)，也可以在設(shè)計(jì)流程的不同階段使用不同的界面。這些技術(shù)包括： Quartus II 芯片編輯器； 在 LogicLock(tm)區(qū)域中實(shí)現(xiàn)布局布線鎖定的能力； 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 使用漸進(jìn)式編譯，僅實(shí)現(xiàn)對(duì)部分改動(dòng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。 最易使用的設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù) Quartus II 軟件采用按鍵式設(shè)計(jì)流程，滿足了大部分設(shè)計(jì)的時(shí)序要求。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計(jì)或者使用以前設(shè)計(jì)中的基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 存檔模塊，將這些模塊存放在庫(kù)中，就可以在以 后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)用。 VHDL 語(yǔ)言的強(qiáng)大描述能力還體現(xiàn)在它具有豐富的數(shù)據(jù)類型。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是 VHDL 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。廠商也可能會(huì)提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。它是作為專用集成電路（ ASIC）領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的 EDA 技術(shù)，利用 VHDL 設(shè)計(jì)語(yǔ)言，設(shè)計(jì)一種新型的微波爐控制器。針對(duì)這些問(wèn)題，筆者認(rèn)為有必要研制一種操作簡(jiǎn)單且烹調(diào)效果好的微波爐，根據(jù)一些家常菜按固定程序烹調(diào)的現(xiàn)象，可采取分時(shí)、分檔火力加熱，節(jié)時(shí)又節(jié)能。作為現(xiàn)代的烹飪工具，微波爐的控制器體現(xiàn)著它的重要性能指標(biāo)。論文 主要闡述 模塊化設(shè)計(jì) 的 思想和狀態(tài)圖 的 描述方法 ，以及他們 在硬件描述語(yǔ)言中的應(yīng)用，并展示了其在 Quartus II 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)下的仿真結(jié)果 。輸入模塊 實(shí)現(xiàn) 按鍵掃描和鍵盤譯碼 、 控制模塊包括狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)裝載、烹飪計(jì)時(shí)、溫度控制、音效提示 等 等 、 顯示模塊涉及到顯示譯碼和指示燈的閃爍。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)復(fù)位、時(shí)間設(shè)定、烹飪計(jì)時(shí)、溫度控制和音效提示等功能， 在 FPGA 上 實(shí)現(xiàn)。 ? 可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)最高溫度值，系統(tǒng)最高的烹調(diào)溫度為 999℃；開(kāi)始烹調(diào)后，能夠顯示系統(tǒng)當(dāng)前溫度值。 本系統(tǒng)控制部分以 FPGA 芯片為核心，通過(guò)功能按鍵設(shè)置和手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入，完成不同功能時(shí)自動(dòng)以預(yù)置方案或者自定義方案加熱。在大多數(shù)的 FPGA 里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（ Flip－ flop）或者其他更加完整的記憶塊。 1987 年底， VHDL 被 IEEE 和美國(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言。同時(shí) , 它還具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能。 (4) VHDL 語(yǔ)言的設(shè)計(jì)描述與器件無(wú)關(guān) 采用 VHDL 語(yǔ)言描述硬件電路時(shí)，設(shè)計(jì)人員并不需要首 先考慮選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)的器件。它集合了 Altera 的全部 CPLD/FPGA 器件的硬件開(kāi)發(fā)功能，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)、綜合、仿真、約束等功能，還具有在線測(cè)試功能。時(shí)序優(yōu)化顧問(wèn)工具在 Quartus II 軟件內(nèi)給設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)虛擬的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師。HardCopy Stratix 結(jié)構(gòu)化 ASIC 提供了比 Stratix FPGA 平均高 50%的性能，進(jìn)步一步加強(qiáng)了 Stratix III 器件系列 65nm 性能的領(lǐng)先性。 采用 Cyclone II芯片 EP2C35F672C8 作為 控制芯片， 16 個(gè)按鍵 組成 的 4*4 矩陣鍵盤， 每個(gè)按鍵代表的功能如圖 所示， 8 個(gè) LED 作為 8 個(gè)狀態(tài)提示指示燈 ， 4 位 LED 數(shù)碼管顯示加熱倒計(jì)時(shí)， 3 位 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值， 1 位 LED 數(shù)碼管顯示當(dāng)前火力檔位。 1 0 M i n1 M i n/ 1 0 0 ℃/ H i g h1 0 S e c/ 1 0 ℃/ M i d d l e1 S e c/ 1 ℃/ L o w▲ / + 1▼ / 1烹 調(diào)復(fù) 位R E S E T暫 停 取 消C a n c e l測(cè) 試T E S T火 力 設(shè) 定P o w e r溫 度 設(shè) 定T e m p e r at u r e時(shí) 間 設(shè) 置S E T _ T烘 烤 解 凍開(kāi) 始 確 認(rèn)S T A R TF P G A控 制芯 片工作狀態(tài)暫停測(cè)試烹調(diào)烘烤解凍意外報(bào)警完成提示顯 示 時(shí) 間 顯 示 溫 度火 力指 示 系統(tǒng) 外觀布局 暫停 /取消 ： 用于暫停食物烹飪過(guò) 程或者取消食物烹飪前的參數(shù)設(shè)置過(guò)程。 烹調(diào) ：快速設(shè)定當(dāng)前烹飪時(shí)間和火力到適合烹調(diào)的值?？刂撇糠质潜鞠到y(tǒng)的核心，它接收用戶的輸入，完成相應(yīng)的控制邏輯功能，并將當(dāng)前的工作狀態(tài)等 信息送到顯示部分。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) . 顯示模塊 顯示部分采用七段數(shù)碼管和發(fā)光二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)工作時(shí)，首先通過(guò)鍵盤輸入數(shù)據(jù)，比如，按 烹調(diào) 、 烘烤 、解凍 鍵選擇系統(tǒng)預(yù)置方案，或者按時(shí)間設(shè)置鍵設(shè)置時(shí)間，按溫度設(shè)定鍵設(shè)置溫度，按火力選擇鍵選擇火力，結(jié)合 10Min 、 1Min/100℃ /High 、 10Sec/10℃ /Middle 、1Sec/1℃ /Low 按鍵進(jìn)行自定義方案設(shè)置，設(shè)置結(jié)束以后，表示數(shù)據(jù)裝載完成，按START 鍵后系統(tǒng)進(jìn)入烹調(diào)狀態(tài)。 時(shí)序產(chǎn)生電路 本時(shí)序產(chǎn)生電路中使用了三種不同頻率的工作脈沖波形：系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖、掃描鍵盤時(shí)鐘、鍵盤消抖動(dòng)時(shí)鐘。其方法是依次給行線送低電平，檢查列線的輸入。如果計(jì)數(shù)器的值達(dá)到某預(yù)定值 N 時(shí)，則表示連續(xù) N 次讀到同一掃描碼，于是可認(rèn)為已經(jīng)讀到了有效的按鍵。 END IF。 KEY_IN。 WHEN 11011110= K_VALUE=4。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) WHEN 01111110= K_VALUE=12。 控制模塊采用 FPGA 芯片作為主控芯片，其涉及到數(shù)據(jù)的裝載、狀態(tài)控制轉(zhuǎn)換、烹飪計(jì)時(shí)、溫度控制、火力控制、音效提示等。 T E S T/ L D _ C L KX / L D _ C L KL D _ D O N E / C O O KR E S E TX / L D _ D O N ED O N E / L D _ D O N ES T A R T amp。EVENT AND CLK=39。 LD_CLK=39。 時(shí)間溫度設(shè)置狀態(tài)： WHEN SET_CLOCK= LD_CLK=39。 在初始狀態(tài)，如果按下 “TEST”鍵，下一狀態(tài)即為顯示測(cè)試狀態(tài)，如果按下“SET_T”鍵，下一狀態(tài)即為時(shí)間設(shè)置狀態(tài)，如果按下 “START”鍵，即烹調(diào)開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，此時(shí)下一狀態(tài)為減法計(jì)數(shù)定時(shí)狀態(tài)，該過(guò)程用程序代碼實(shí)現(xiàn)如下： WHEN IDLE= IF(TEST=39。 LD_CLK=39。139。 COOK=39。 CONSTANT DONE:STD_LOGIC_VECTOR(15 DOWNTO 0):=1010101111001101。 LOAD_DONE WHEN 001 = DATA2=DATA1。 ELSE CQI=CQI39。輸出信號(hào) DONE 表示烹調(diào)時(shí)間到； ALARM表示音響效應(yīng)； SEC_L[3..0]、 SEC_H[3..0]、 MIN_L[3..0]、 MIN_H[3..0]顯示所剩時(shí)間，和測(cè)試狀態(tài)信息、烹調(diào)完畢狀態(tài)信息等。 ADC0809 是 8 位 模數(shù) 轉(zhuǎn)換器，測(cè)量精度為 V，當(dāng) ADC0809 的轉(zhuǎn)換值為 x 時(shí)，所測(cè)溫