【導(dǎo)讀】系統(tǒng)使用VHDL編程實(shí)現(xiàn)各底層模塊的功能，頂層的設(shè)計(jì)采用圖形輸入完成。應(yīng)用，并展示了其在QuartusII開發(fā)系統(tǒng)下的仿真結(jié)果。加熱，既能節(jié)約時(shí)間又能節(jié)約能源。主要有以下幾個(gè)模塊：輸入模塊、控制模塊和顯。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。性，基本實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的要求。

　　

【正文】 完成 VHDL 源程序的輸入，編譯、運(yùn)行，生成相應(yīng)的電路符號(hào)，如下圖 所示： D AT A1[ 15. .0]LD _T ES TLD _C LKLD _D ON ED AT A2[ 15. .0]LOADALA R MZZQins t5 圖 ZZQ 電路符號(hào) . 烹飪計(jì)時(shí) 烹飪計(jì)時(shí)器 JSQ 為減計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器，其最大計(jì)時(shí)時(shí)間為 59:59，因此可用兩個(gè)減計(jì)數(shù)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 DCNT10 和兩個(gè)減計(jì)數(shù)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器 DCNT6 級(jí)聯(lián)構(gòu)成。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)。 由所學(xué)知識(shí)可知，計(jì)數(shù)的功能是累計(jì)輸入脈沖的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能的數(shù)字電基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 路即計(jì)數(shù)器，被計(jì)數(shù)的脈沖可以是周期性脈沖，也可以是非周期性脈沖，通常加在計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖輸入端，作為計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖。 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)過程中，可表達(dá)為： IF CQI=0000 THEN CQI=1001。 ELSE CQI=CQI39。139。 同理，六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)表達(dá)式為： IF CQI=0000 THEN CQI=0101。 ELSE CQI=CQI39。139。 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)。如圖 和 所示： 圖 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路符號(hào) 圖 六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路符號(hào) 然后將兩計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。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)。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。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) . 溫度控制 溫度控制子模塊，主要涉及到溫度的測(cè)定和控制。本設(shè)計(jì)采用模擬溫度傳感器AD590 和模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的檢測(cè) 。 AD590 用于模擬微波爐內(nèi)食品的溫度， AD590 溫度傳感器的感測(cè)能力是溫度每升高 1K 就增加 1μA的電量，該電流流入 10kΩ 電阻后，將產(chǎn)生 10mV()的電壓。而 0℃ (等于 273K)時(shí)，輸出電流 273 μA，經(jīng) I／ V 轉(zhuǎn)換后，將產(chǎn)生 V 的電壓。 如果測(cè)到的電壓為 x V 時(shí)，則可由 ( )247。 得到要測(cè)量的溫度。溫度傳感器 AD590的輸出經(jīng)過放大器后，將電壓引入 ADC0809 的 Vin (+) 管腳 ， 由 ADC0809 進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換 。 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)溫度為 ： T=(x )247。=x 2273。 ADC0809 將當(dāng)前溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 后送入 FPGA 控制芯片，控制芯片對(duì)由鍵盤輸入的加熱最高溫度給定值進(jìn)行比較，即通過直接比較設(shè)定值和測(cè)得值的 BCD 編碼 ，當(dāng)爐內(nèi)溫度高于給定溫度時(shí)，立即停止加熱，并輸出控制信號(hào)提示報(bào)警燈亮，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。 具體設(shè)計(jì)過程中，涉及到數(shù)據(jù)的采集、時(shí)鐘定時(shí)和溫度控制。數(shù)據(jù)采集主要完成溫度的處理，時(shí)鐘定時(shí)主要對(duì)溫度起定時(shí)作用，溫度控制部分的輸入信號(hào)來自數(shù)據(jù)處理和時(shí)鐘定時(shí)后的 輸出，當(dāng) 實(shí)際 輸出溫度小于預(yù)輸出溫度值時(shí)，輸出信號(hào)控制微波爐繼續(xù) 加 熱。 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。 的運(yùn)算，數(shù)據(jù)調(diào)整為對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，在 讀取 ADC0809 的數(shù)據(jù)后，先將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)左移 1 位 (相當(dāng)于乘以2)，然后減去 273，當(dāng)溫度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，使能信號(hào)和清零信號(hào)為 ?1?，此時(shí)時(shí)鐘開始計(jì)時(shí)。 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。EVENT AND CLK=1) THEN IF (tout=(cout6) AND tout=(cout+5)) THEN 設(shè)定值上下 5 度的范圍內(nèi)開始計(jì)時(shí) enout=1。 ELSE enout=0。 END IF。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 時(shí)鐘定時(shí)部分 PROCESS (CLK ,clearing , enin ) VARIABLE s , m : INTEGER RANGE 0 TO 60。 VARIABLE e : INTEGER RANGE 0 TO 24。 VARIABLE d : BIT。 BEGIN d:=clearing XOR enin。 IF (d=0) THEN s:=0。 m:=039。 e:=0。 ELSIF (CLK39。EVENT AND CLK=1) THEN s:=s+1。 IF (s=10) THEN s:=0。m:=m+1。 IF (m=10) THEN m:=0。e:=e+1。 IF (e=24) THEN e:=0。 … hourout = e。 控制部分 BEGIN IF (tin(cin+5)) THEN cin 是參數(shù)設(shè)定值 temp=1。 ELSE temp=0。 END IF。 IF (CLK39。EVENT AND CLK=1) THEN control_bcd=temp。 END IF。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） IF (hourhourin) THEN ALARM=1。 ELSE ALARM=0。 END IF。 將各部分進(jìn)行元件例化，生成相應(yīng)的電路符號(hào) ，連接成該溫度控制器的內(nèi)部原理圖，如圖 所示： C LKD AT A[ 7. . 0]enoutc learoutt out [ 7. . 0]c out [ 7. . 0]ddat ains tC LKen inc le ar inho ur ou t [ 3. . 0]c lo c kin s t 1V C CC LK IN P U TV C Cda t a[ 7. . 0] IN P U TALAR MO U T P U Tc on t ro l_ bc d[ 15 . . 0]O U T P U TV C CC OOK IN P U TV C CLOAD IN P U TC LKt in [ 7. . 0]c in [ 7. . 0]ho ur in [ 3. . 0]C O O KLOADR E S E Tc on t ro l_ bc d[ 15 . . 0]A LA R Mc c on t ro lin s t 7V C CR E S E T IN P U T 圖 溫度控制器內(nèi)部組成原理圖 其中，輸入信號(hào) CLK 為系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖， DATA 為輸入數(shù)據(jù)，輸出信號(hào) control_bcd為輸出控制信號(hào)，外接譯碼電路， ALARM 為蜂鳴提示。 . 控制模塊的實(shí)現(xiàn) 綜合上述分析，對(duì)該控制模塊進(jìn)行完整設(shè)計(jì)， 以下是該模塊頂層文件關(guān)鍵代碼。 U1:KZQ PORT MAP (RESET,SET_T,START,TEST,CLK,DONE,COOK_TMP,TEST_TMP,CLK_TMP,DONE_TMP,ALARM)。 U2:ZZQ PORT MAP (DATA1,TEST_TMP,CLK_TMP,DONE_TMP,DATA_TMP,LOAD_TMP,ALARM)。 U3:KWQ PORT MAP (CLK,DATA_TMP,COOK_TMP,LOAD_TMP,RESET_TMP,control,ALARM)。 U4:JSQ PORT MAP (COOK_TMP,LOAD_TMP,CLK,DATA_TMP,SEC_L,SEC_H,MIN_L,MIN_H,DONE,ALARM)。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 生成相應(yīng)的電路符號(hào)，如圖 所示 D AT A1[ 15. .0]R ES ETSE T _TST AR TT ES TC LKc ont ro l_b c d[ 15. .0]C OO KSE C _L[ 3. .0]SE C _H [3. .0]M IN _L[ 3. .0]M IN _H [3. .0]ALA R Mc ont ro lins t 圖 控制模塊電路符號(hào) 其中，輸入信號(hào) CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)，時(shí)鐘上升 沿敏感； TEST 為數(shù)碼顯示管測(cè)試信號(hào)，高電平有效，用于測(cè)試顯示管是否正常工作； SET_T 為烹調(diào)時(shí)間設(shè)置時(shí)間，高電平有效時(shí)允許設(shè)置烹調(diào)時(shí)間； DATA 為數(shù)據(jù)輸入信號(hào)，用于設(shè)置烹調(diào)時(shí)間的長(zhǎng)短和最高溫度值； START 為烹調(diào)開始的控制信號(hào)，高電平有效時(shí)開始烹調(diào)； RESET為復(fù)位信號(hào)，高電平有效時(shí)系統(tǒng)復(fù)位清零。 輸出信號(hào) control_bcd 為溫控信號(hào)，外接 4 個(gè)七段數(shù)碼管，動(dòng)態(tài)地顯示微波爐當(dāng)前工作狀態(tài)下的溫度，以及火力檔位； COOK 指示微波爐狀態(tài)，它外接用于控制烹調(diào)的工作狀態(tài)指示燈，高電平時(shí)表示烹調(diào)已經(jīng)開始或正在進(jìn)行， 低電平便是烹調(diào)結(jié)束或沒有進(jìn)行； SEC_L、 SEC_H、 MIN_L、 MIN_H 分別表示秒個(gè)位、秒十位、分個(gè)位、分十位，他們分別接 4 個(gè)七段數(shù)碼管，動(dòng)態(tài)地顯示完成烹調(diào)所剩的時(shí)間以及測(cè)試狀態(tài)信息 “8888”、烹調(diào)完畢的狀態(tài)信息 “DONE”。 ALARM 表示音效效應(yīng)控制信號(hào)。 以下是該控制模塊的內(nèi)部原理圖，如圖 所示： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 圖 控制模塊內(nèi)部原理圖 . 顯示模塊設(shè)計(jì) 顯示部分采用七段數(shù)碼管和發(fā)光二極管來實(shí)現(xiàn)。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。其中，用七段數(shù)碼管作為時(shí)間、溫度、火力大小顯示，用發(fā)光二極管作為狀態(tài)提示顯示。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。 8 個(gè)狀態(tài)提示指示燈分別表示：工作狀態(tài)、開門指示、測(cè)試、烹調(diào)、烘烤、解凍、意外報(bào)警、完成提示。其外觀顯示如圖 所示： 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) 圖 顯示界面外觀效果圖 其中，時(shí)間 /溫度 /火力顯示主要由 LED 數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)。分段式顯示器（ LED 數(shù)碼管）由 7 條線段圍成，只要按規(guī)律控制各發(fā)光段的亮、滅，就可以顯示各種字形或 符號(hào)。 LED 數(shù)碼管有共陽、共陰之分。圖 4 .21 是共陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖。使用時(shí)，公共陰極接地， 7 個(gè)陽極 a~g 由相應(yīng)的 BCD 七段譯碼。 圖 七段數(shù)碼管電路圖 BCD 七段譯碼器的輸入是 1 組 BCD 碼，輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動(dòng)信號(hào)（以 a~g表示），也稱 47 譯碼器。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。根據(jù)組成 0~9 這 10 個(gè)字形的要求可以列出該七段譯碼器的真值表。本顯示譯碼器不僅要對(duì)數(shù)字 0~9 進(jìn)行顯示譯碼，還要對(duì)字母 d、 o、 n、E 進(jìn)行顯示譯碼。這其譯碼 對(duì)照表如表 所示： 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 表 譯碼對(duì)照表 顯示的數(shù)字或字母 BCD 編碼 七段顯示驅(qū)動(dòng)編碼（ g~a） 0 0000 0111111 1 0001 0000110 2 0010 1011011 3 0011 1001111 4 0100 1100110 5 0101 1101101 6 0110 1111101 7 0111 0000111 8 1000 1111111 9 1001 1101111 d 1010 1011110 o 1011 1011100 n 1100 1010100 E 1101 1111001 根據(jù)該譯碼對(duì)照表對(duì)該顯示譯碼器進(jìn)行設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵代碼如下