【正文】 行為方式。 （三）結(jié)構(gòu)級描述 將設(shè)計看成多個功能塊的相互連接，并且主要通過功能塊的組件例化來表示。數(shù)據(jù)流描述主要是指非結(jié)構(gòu)化的并行語句描述；是建立在用并行信號賦值語句描述基礎(chǔ)上的。行為級描述主要指順序語句描述，即通常是指含有進程的非結(jié)構(gòu)化的邏輯描述。在 VHDL結(jié)構(gòu)體中這種不同的描述方式或者說建模方法，通?？蓺w納為行為（ Behavioral）級描述、數(shù)據(jù)流（ Dataflow）級描述和結(jié)構(gòu)（ Structural）級描述。例如系統(tǒng)級的、板級的、 芯片級的或者模塊級的設(shè)計。 四、 VHDL 的描述風(fēng)格 設(shè)計實體的邏輯功能由 VHDL 的結(jié)構(gòu)體具體描述。 VHDL 程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)如下： 庫、程序包 實體 Entity 結(jié)構(gòu)體 Architecture、 進程 process、 組件 ponent 等 配置 Configuration 表 1 VHDL 程序設(shè)計的基本結(jié)構(gòu) 一個實體可以對應(yīng)一個或者多個結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體可以包含相連的多個進程 process 或者組建 ponent 等其他并行結(jié)構(gòu)。 外部的實體名或連接由實體聲明 Entity 來描述。當(dāng)定義了一個設(shè)計的實體之后，其他實體可以利用該實體，也可以開發(fā)一個實體庫。它在語法上與現(xiàn)代編程語言相似，但包含了許多與硬件有特殊關(guān)系的結(jié)構(gòu)。 （ 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）； 6 （ 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(biāo)器件）。所以，即使在遠(yuǎn)離門級的高層次（即使設(shè)計尚 未完成時），設(shè)計者就能夠?qū)φ麄€工程設(shè)計的結(jié)構(gòu)和功能的可行性進行查驗，并做出決策。 （五）靈活性 VHDL 最初是作為一種仿真標(biāo)準(zhǔn)格式出現(xiàn)的，有著豐富的仿真語句和庫函數(shù)。程序設(shè)計的硬件目標(biāo)器件有廣闊的選擇范圍，可以是各系列的 CPLD、 FPGA 及各種門陣列器件。 （三）獨立性 VHDL 的硬件描述與具體的工藝技術(shù)和硬件結(jié)構(gòu)無關(guān)。它可以從一個仿真工具移植到另一個仿真工具，從一個綜合工具移植到另一個綜合工具，從一個工作平臺移植到另一個工作平臺。VHDL 是一種設(shè)計、仿真和綜合的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。它可以用明確的代碼描述復(fù)雜的控制邏輯設(shè)計。 一、 VHDL 的特點 應(yīng)用 VHDL 進行系統(tǒng)設(shè)計，有以下幾方面的特點。 1995 年 VerilogHDL 也成為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)。 1993 年該標(biāo)準(zhǔn)增修為 IEEE1164 標(biāo)準(zhǔn)。此后，硬件描述語言向標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展， 1987 年成為 IEEE Standard 1076，稱為 VHDL 語言。與 SDL（ Software Description Language）相似，經(jīng)歷了從機器碼（晶體管和焊接）、匯編（網(wǎng)表）、到高級語言（ HDL）的過程。 HDL是用形式化的方法描述數(shù)字電路和設(shè)計數(shù)字邏輯系統(tǒng)的語言。本章在 VHDL 的特性之后，從這兩個角度簡要介紹VHDL 的語法基礎(chǔ)。本篇介紹 VHDL 的語法基礎(chǔ)、用 VHDL 進行系統(tǒng)設(shè)計 的 基本方法、以及 VHDL 的設(shè)計實例等。多種技術(shù)的融合，系統(tǒng)的功能復(fù)合化程度越來越高；對系統(tǒng)設(shè)計方法學(xué)和工具的要求更高；系統(tǒng)設(shè)計日趨軟件硬化、硬件軟化，并使兩者得到了有機的融合，形成了更為強大的 ESDA（ Electronic System Design Automation ）。 第二章 電子設(shè)計自動化概述 第一節(jié) VHDL 簡介 隨著 VLSI、 EDA（ Electronic Design Automation ） 工具的迅速發(fā)展，用戶系統(tǒng)的設(shè)計從單純的 ASIC（ Application Specific Integrated Circuit） 設(shè)計向著系統(tǒng)單片化 SOC（ System On a Chip） 設(shè)計的方向發(fā)展。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(fù)雜性能不夠靈活。微波爐由 2450MHz 的超高頻來加熱食物。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。這個數(shù)字甚至超過了彩電和洗衣機的普及程度。 經(jīng)過 60 年的發(fā)展，微波爐已經(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。 1998 年后，外資品牌中以韓國品牌 LG、三星表現(xiàn)較為突出，逐漸跨入第 第 3名，微波爐第一品牌為格蘭仕。 洋品牌在早期的微 波爐市場份額，幾乎占據(jù)了絕大部分的市場。 二、 國內(nèi)產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)在，中國已成為全球最大的微波爐生產(chǎn)基地，據(jù)估計，中國微波爐年產(chǎn)量已達(dá) 2021 萬臺左右，從 2021 年中國市場的需求量來看，約在 700 萬臺左右。早期微波爐尺碼龐大，重量超過 300 公斤和高度超過 米，所以主要在大型餐廳和食物市場使用。 關(guān)鍵詞：ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ；微波爐控制器；仿真 第一章 緒 論 第一節(jié) 課題背景介紹 一、 產(chǎn)品背景介紹 Percy 在 1946 年構(gòu)想出微波爐的概念，在 1950 年取得專利。 1 微波爐控制器的 FPGA 實現(xiàn) 2 目 錄 第一章 緒 論 ...............................................................................................................3 第一節(jié) 課題背景介紹 ..........................................................................................3 第二章 電子設(shè)計自動化概述 ....................................................................................4 第一節(jié) VHDL 簡介 ..............................................................................................4 第三章 總體設(shè)計 ........................................................................................................5 第一節(jié) 課題的主要內(nèi)容及基本要求 ..................................................................5 第二節(jié) 設(shè)計思路 ..................................................................................................5 第三節(jié) 設(shè)計方案 ..................................................................................................6 第四章 模塊分析 ........................................................................................................8 第一節(jié) 狀態(tài)控制電路模塊 ..................................................................................9 第二節(jié) 數(shù)據(jù)裝載電路模塊 ................................................................................10 第三節(jié) 計時器模塊 ............................................................................................ 11 第五章 程序設(shè)計及仿真 ..........................................................................................14 第一節(jié) 程序簡要說明 ........................................................................................12 第二節(jié) 仿真時序圖 ............................................................................................13 第六章 硬件調(diào) 試 ........................................................................................................13 總 結(jié) ..............................................................................................................................16 致 謝 ..............................................................................................................................17 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................18 附錄一 原理圖 ............................................................................................................19 附錄二 源程序 ............................................................................................................20 3 摘 要 該設(shè)計用ＶＨＤＬ語言在ＭＡＸ＋ＰＬＵＳ Ⅱ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)。微波爐的運作機制為微波在水中能產(chǎn)生摩擦熱的原理。第一部家用微波爐是在 1965 年由 Raytheon 集團生產(chǎn)。中國微波爐市場經(jīng)過前幾年的洗牌，已由前幾年的 300多家減少至目前的 100多家，其中在市場上可統(tǒng)計的僅 30多家。但初期由于微波爐市場屬于導(dǎo)入期，價格高，消費者接受的少，自 1996 年以后，惠而浦、松下等大部分都退出了中國市場，主要以出口為主。 2021 年，美的介入，迅速崛起成為行業(yè)第三，三星也逐漸退出市場。據(jù)統(tǒng)計，微波爐目前在日本、美國、西歐等發(fā)達(dá)國家地區(qū)的普及率高達(dá) 98%，在中國城鎮(zhèn)的普及率也已近 90%。 三、 產(chǎn)品發(fā)展趨勢 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，它的質(zhì)量和性能的高低 ,將會 4 極大的影響人們的生活水平和質(zhì)量。 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。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(biāo)。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(fù)位、時間設(shè)定和烹飪計時的功能，用一片 FPGA 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。同時網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，共享 IP知識產(chǎn)權(quán)的開放式系統(tǒng)設(shè)計成為新模式，芯片工藝物理設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計相分離，使用戶系統(tǒng)設(shè)計人員可直接從事芯片設(shè)計。 VHDL （ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）是 IEEE（ Institute of Electrical and Electronics Engineers）標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語言，是現(xiàn)代電子系統(tǒng)設(shè)計的首選硬件設(shè)計