【正文】 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。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。 LED 數(shù)碼管有共陽(yáng)、共陰之分。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)。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。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。 ALARM 表示音效效應(yīng)控制信號(hào)。 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(kāi)始的控制信號(hào)，高電平有效時(shí)開(kāi)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。 U3:KWQ PORT MAP (CLK,DATA_TMP,COOK_TMP,LOAD_TMP,RESET_TMP,control,ALARM)。 U1:KZQ PORT MAP (RESET,SET_T,START,TEST,CLK,DONE,COOK_TMP,TEST_TMP,CLK_TMP,DONE_TMP,ALARM)。 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。 ELSE ALARM=0。 END IF。 IF (CLK39。 ELSE temp=0。 … hourout = e。e:=e+1。m:=m+1。EVENT AND CLK=1) THEN s:=s+1。 e:=0。 IF (d=0) THEN s:=0。 VARIABLE d : BIT。 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。 ELSE enout=0。 根據(jù)上述分析，編寫(xiě)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。 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。 具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到數(shù)據(jù)的采集、時(shí)鐘定時(shí)和溫度控制。=x 2273。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 。 如果測(cè)到的電壓為 x V 時(shí)，則可由 ( )247。 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。 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。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)。 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)。 ELSE CQI=CQI39。139。 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。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)。 END PROCESS。 LOAD_CLK WHEN OTHERS= NULL。 LOAD_TEST =1 WHEN 010 = DATA2=DONE。 LD_CLK。 TEMP:=LD_TEST amp。 VARIABLE TEMP:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)。 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。 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。 生成 的控制模塊 相應(yīng)的電路符 號(hào)，如圖 所示： R ESE TSET _TST AR TTESTC LKD O N EC O O KLD _T ESTLD _C LKLD _D O N EALA R MKZ Qins t4 圖 KZQ 電路符號(hào) . 數(shù)據(jù)裝載 數(shù)據(jù)裝載器 ZZQ，它本質(zhì)上就是一個(gè)三選一的數(shù)據(jù)選擇器。139。 ELSE NEXT_STATE=TIMER。 LD_DONE=39。139。 基于 FPGA 的微波爐控制器設(shè)計(jì) END IF。 COOK=39。039。139。139。 THEN NEXT_STATE=SET_CLOCK。 ELSIF SET_T=39。 LD_TEST=39。139。039。139。039。139。039。139。039。039。039。039。 END IF。139。 ELSIF CLK39。139。 S E T _ T / C O O KO T H E R W I S E/ A L L O U T P U T = 0 圖 控制模塊狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖 圖中，當(dāng) RESET 信號(hào) 有效時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位清零；輸入 /輸出對(duì)應(yīng)時(shí)間溫度設(shè)置、顯示譯碼測(cè)試、完成信號(hào)顯示和減法計(jì)數(shù)定時(shí)四種狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。 D O N E amp。如圖 所示： 時(shí) 間 、 溫 度設(shè) 置 狀 態(tài)S E T _ C L O C K顯 示 譯 碼測(cè) 試 狀 態(tài)L A M P _ T E S T完 成 信 息顯 示 狀 態(tài)D O N E _ M S G減 法 計(jì) 數(shù)定 時(shí) 狀 態(tài)T I M E R初 始 狀 態(tài)I D L EX / L D _ T E S TT E S T / L D _ T E S TS E T _ T amp。 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。烹飪計(jì)時(shí)子模塊，其功能是對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，提供烹調(diào)完成時(shí)的狀態(tài)信號(hào) 。其中，狀態(tài)控制轉(zhuǎn)換子模塊，其功能是控制微波爐工作過(guò)程中的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，并發(fā)出相關(guān)控制信號(hào) 。 西南石油大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 生成 相應(yīng)的電路符號(hào) ， 如圖 所示： C LKKE Y _I N [3. .0]OU T _C LKOU T _D AT A[ 15. .0]k ey boar dins t 圖 輸 入 模塊電路符號(hào)圖 . 控制模塊設(shè)計(jì) 控制模塊是整個(gè)微波爐控制器系 統(tǒng)的核心，完成許多復(fù)雜的控制和數(shù)據(jù)處理任務(wù)，它通過(guò)輸入模塊提供的按鍵輸入實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息裝載處理， 控制 顯示模塊顯示 相應(yīng)的 信息。 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 01110111= K_VALUE=15。 WHEN 01111101= K_VALUE=13。 WHEN 10110111= K_VALUE=11。 WHEN 10111101= K_VALUE=9。 WHEN 11010111= K_VALUE=7。 WHEN 11011101= K_VALUE=5。 WHEN 11100111= K_VALUE=3。 WHEN 11101101= K_VALUE=1。139。 讀入的編碼與掃描結(jié)果拼接 IF SC_CLK39。 程序設(shè)計(jì)如下： key_decode : PROCESS(SC_CLK) BEGIN Z=KEY_DRV amp。 END BLOCK COUNTER。 鍵掃信號(hào) END PROCESS。 C_DEBOUNCING=Q(7)。)THEN Q=Q+1。EVENT AND CLK=39。 因此，鍵盤(pán)掃描的頻率取 100KHz，消抖時(shí)鐘頻率取200KHz。設(shè)鍵盤(pán)掃描的間隔是 T，則去抖的時(shí)間就是 N * T。按照這個(gè)想法，只需設(shè)置一個(gè)倒數(shù)計(jì)數(shù)器，當(dāng)每次讀到的非空掃描碼與上一次的相同，就將計(jì)數(shù)器加 1；而當(dāng)一旦讀到不同的掃描碼或空碼則立即將計(jì)數(shù)器清 0。在讀取鍵盤(pán)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 ”。 表 nm 行列矩陣對(duì)應(yīng)關(guān)系表 KEY_DRV3 ~ KEY_DRV0 KEY_IN3 ~ KEY_IN0 對(duì)應(yīng)的按鍵 1110 1110 1 1101 2 1011 3 0111 4 1101 1110 5 1101 6 1011 7 0111 8 1011 1110 9 1101 0 1011 A 0111 B 0111 1110 C 1101 D 1011 E 0111 F 鍵盤(pán)掃描電路是用來(lái)產(chǎn)生掃描信號(hào) KEY_DRV[3..0]，其變化為周期性的有規(guī)律的變化 (1110 1101 101