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1、精品资料推荐目录第1章 概述31.1 VHDL介绍31.2 Quartus 开发平台31.3选题背景41.4选题的技术现状4第2章 微波炉控制器的设计要求52.1基本要求52.2发挥部分52.3方案设想5第3章 系统硬件的设计73.1系统硬件的组成原理图73.2电源电路73.3 有源晶体83.4数码管83.5LED93.6按键使用93.7报警电路103.8 8X8 点阵103.9 8路拨码开关输入11第4章 系统软件设计114.1 分频程序设计114.2数码管显示设计程序设计124.3报警提示设计程序设计164.4门是否关紧程序设计164.5 开关按键处理程序设计17第5章管脚分配及显示结果1
2、85.1管脚分配图185.2 管脚分配表195.3硬件显示结果195.4用户使用方法20第6章 总结21参考文献22附录一 电路原理图23附录二 微波炉控制器系统程序清单26摘要随着社会的发展与科学的进步微波炉在人们的生活中使用非常普遍。微波炉内部的电子元件有不多，本设计只设计其中的核心部分控制器，该控制器具有系统复位、状态控制、时间设定、火力档位、烹饪计时、温度控制、显示译码和音响效应等功能，基于CPLD 芯片实现。本设计完成微波炉控制器的设计与分析。以VHDL语言为开发工具，Quartus作为程序运行平台。通过设计和实验，对开发的程序进行调试运行和波形仿真测试验证，初步实现了设计目标。运用
3、硬件描述语言VHDL，大大降低了硬件数字系统设计，使得程序设计直观简洁，设计效率高。 关键词 微波炉、控制器、VHDL Quartus 仿真第1章 概述本文所设计的电子钟系统是运行在Quartus环境下的一个小型的数字系统。我采用了自顶向下的设计方法，应用功能强大的硬件描述语言VHDL完成系统的设计仿真。下面就本设计所用到的技术作一下简单的介绍。1.1 VHDL介绍VHDL是Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language的缩写，是在ADA语言的基础上发展起来的硬件描述语言。VHDL诞生于1983年，1987年12
4、月，VHDL被接纳为标准硬件描述语言，即IEEE1076标准。经过不断更改和改善，1993年，VHDL重新修订并增加了一些功能，即IEEE 1076-93标准。目前在电子工程领域，作为IEEE的工业标准硬件描述语言，VHDL已成为事实上的通用硬件描述语言。电路设计的描述层次可分为系统级、算法级、寄存器传输级、门级和晶体管级，VHDL的建模范围可以从最抽象的系统级一直到门级，从多个层次对电路进行模拟仿真。它除了具有硬件特征的语句外，其语言形式和描述风格以及句法和一般的计算机高级语言相当类似，然而它又有同软件语言完全不同的性质。以下是一个VHDL的实例：这个程序是一个简单的2选1多路选择器的VHD
5、L完整描述。它体现出了VHDL程序的一般结构：使用库（Use）定义区实体（Entity）定义区结构（Architecture）定义区。其中Use定义区描述的是这个程序使用的定义库，类似于C语言的头文件包括；Entity 定义区描述的电子的外部结构，就是指元件的输入和输出接口，它用以定义一个芯片的管脚状态；Architecture定义区里面是这个程序的关键部分，包括算法，功能，硬件的行为等都是在Architecture区里面描述的。一个完整的VHDL程序是对一个功能元件从外部和内部两个方面来进行描述，由于元件本身具有层次性，因此它既可以作为完成某一功能的逻辑电路单元而独立存在，也可以作为一个部件
6、，和其他功能元件一起构成更复杂的功能元件或数字系统，因此其单元的概念很清晰，可以灵活地应用于自顶向下的数字系统设计流程。1.2 Quartus 开发平台Quartus II是Altera公司的第四代可编程逻辑器件集成开发环境，提供从设计输入到器件编程的全部功能。Quartus II可以产生并识别EDIF网表文件、VHDL网表文件，为其他 EDA 工具提供了方便的接口；可以在Quartus II集成环境中自动运行其他 EDA 工具。Quartus II 软件的开发流程可概括为以下几步：设计输入、设计编译、设计时序分析、设计仿真和器件编程，具有FPGA和CPLD芯片设计的所有阶段的解决方案。（1）
7、设计输入 Quartus II软件在File菜单中提供“New Project Wizard.”向导，引导设计者完成项目的创建。当设计者需要向项目中添加新的VHDL文件时，可以通过“New”选项选择添加。（2）设计编译 Quartus II编译器完成的功能有：检查设计错误、对逻辑进行综合、提取定时信息、在指定的Altera系列器件中进行适配分割，产生的输出文件将用于设计仿真、定时分析及器件编程。（3）设计定时分析 单击Project菜单下的“Timing Settings.”选项，可以方便地完成时间参数的设定。Quartus II软件的时序分析功能在编译过程结束之后自动运行，并在编译报告的Ti
8、ming Analyses文件夹中显示。（4）设计仿真 Quartus II软件允许设计者使用基于文本的向量文件（.vec）作为仿真器的激励，也可以在Quartus II软件的波形编辑器中产生向量波形文件（.vwf）作为仿真器的激励。（5）器件编程 设计者可以将配置数据通过MasterBlaster或ByteBlasterMV通信电缆下载到器件当中，通过被动串行（Passive Serial）配置模式或JTAG模式对器件进行配置编程，还可以在JTAG模式下给多个器件进行编程。1.3选题背景随着生活水平的不断提高, 人们对家用电器的功能和质量的要求越来越高。而现有市售的微波炉其主要弊端为: 不能
9、按既有程序进行烹调, 需要使用者根据食物的类型、数量、温度等因素去设定微波炉的工作时间, 若设定的工作时间过长, 含水分较多的食物可能会产生过热碳化的现象, 若时间过短则达不到预期的烹调效果。 不仅在节能方面未做过多考虑，使用者还需要经常翻看使用说明书才能完成操作过程。针对这些问题, 笔者认为有必要研制一种操作简单且烹调效果好的微波炉，根据一些家常菜按固定程序烹调的现象，可采取分时、分档火力加热，节时又节能。1.4选题的技术现状应用CPLD 芯片和硬件描述语言（VHDL）设计该微波炉控制器系统，该系统用VHDL 编程实现各底层模块的功能，顶层设计用图形输入完成。设计依据如下：1）技术可行性：采
10、用EDA作为开发方法，VHDL语言为开发工具，通过设计和实验，对开发的程序进行调试运行和波形仿真测试验证，实现设计目标；2）经济可行性：合理利用实验室已有软件、实验箱、开发板，对该微波炉控制器设计进行开发、调试运行、仿真测试，以及结果验证等；3）以现有网络资源为依据，以辅导老师的指导为参考，根据已学知识，综合该控制器设计要求，具体细化设计；第2章 微波炉控制器的设计要求2.1基本要求（1） 制定一个在不同功能时火力的控制时序表。具有三档微波加热功能,分别表示微波炉工作状态为烹调、烘烤、解冻，试验使用LED模拟。（2） 实现工作步骤：复位待机检测显示电路设置输出功能和定时器初值启动定时和工作开始
11、结束烹调、音响提示。（3） 在上电或手动按复位键时，控制器输出的微波功率控制信号为0，微波加热处于待机状态，时间显示电路显示为00.00。（4） 具有4位时间预置电路，按键启动时间设置，最大预设数为99分99秒。（5） 设定初值后，按开启键，一方面按选择的挡位启动相应的微波加热；另一方面使计时电路以秒为单位作倒计时。当计时到时间为0则断开微波加热器，并给出声音提示，即扬声器输出23s的双音频提示音。（6） 若在待机状态时按测试键，则4位数码管交替显示全亮和全灭两种状态，以检测数码管各发光段的好坏。2.2发挥部分（7） 微波炉火力档位的增加。（8） 输出显示方面的扩展。（9） 实现智能控制、信息
12、控制。2.3方案设想根据该微波炉的功能设计要求，和慎重的思考后，我的方案确定为以EPM240芯片为核心的基础上结合外围电路，再加上软件上的设计，从而实现可编程逻辑微波炉控制设计。在EPM240的学习板上，我运用了板上的时钟电路、数码管显示电路、按键控制电路、电源电路、点阵显示电路、报警提示电路。在程序编程方面采用了分频器、计数器、点阵显示、调节控制、显示译码器、彩灯控制、门是否关紧。系统预计操作流程如下图2.3 系统流程图其相应的键盘控制布局如下所示：图2.4 系统控制键布局图第3章 系统硬件的设计3.1系统硬件的组成原理图数码管显示电路键盘控制电路Max EMP240T100C5电源电路下载
13、电路50M时钟振荡电路LED电路提示报警电路点阵显示电路 3.2 电源电路电源可以采用 USB 上电，也可以外接5V DC 电源。外接5V DC电源时请注意正负极性.内正外负。 3.3 有源晶体 采用有源晶体频率为 50M Hz 给 CPLD 的 I/O12（CLKIN）提供时钟。 我们在使用时钟的时候要分配对应的脚。3.4数码管本设计采用共阴极动态显示驱动。因为CPLD的I/O驱动能力比较强，所以可以直接驱动数码管，但为了保护I/O口在一个回路之中串接100欧姆的限流电阻。为了灵活使用I/O口，采用了插针方式，硬件上并没有直接连接上去。3.5LED 注意：在 LED 发光二极管的时候，要把二
14、极管的 J10 用跳冒短接起来，J10 是 LED 发光二极管的电源跳线设置.如果你不用 LED 发光二极管也可以把 J10 的跳冒取下来，当然也可以不用取。 3.6按键使用注意：板子上面的几个独立按键都可以作为程序的复位脚，CPLD 和其他的 51 单片机或者 ARM 或者 DSP 不一样的。可编程 CPLD 器件每一个可编程的 I/O 口都可以作为复位脚。而其他的 MPU 就是一个固定的脚，这个大家要分清楚。 3.7报警电路BELL当 I/O15 为低电平时 BELL发出嘟嘟的声音。3.8 8X8 点阵 为了让用户在选择档位调节火候大小的时候能更加明显显示，我也设计一个8*8 共阴极的点阵
15、显示，通过程序不断进行扫描，使得行高列低。从而实现要显示的符号。具体电路如图3-9-1。3.9 8路拨码开关输入通过拨码开关可做相应的输入等实验，拨码开关和按键的用途差不多，只不过拨码开关可以固定电平，而按键一松手又回到以前的状态了。 第4章 系统软件设计4.1 分频程序设计 在接口电路中，时钟信号的作用至关重要，一般CPLD的外部时钟信号可达到几十MHZ，但是由于一些接口电路的特性所致，这样高频率的时钟不适合电路工作，所以应该引入时钟分频电路产生适合接口的工作频率。时钟发生器的输入是全局时钟clk，是从50MHZ的晶振得到的信号。为了产生合适的扫描时钟、计数时钟和闪烁时钟，所以要让50MHZ信号变成clk1为50000hz和 clk2为1hz。 具体程序如
