李诗奇

摘 要：EDA 技术融合了大规模集成电路技术，FPGA/CPLD 编程下载和自动检测等技术，利用 EDA 技术设计洗衣机控制系统可以大大的降低其设计成本，缩短设计周期。本文主要采用模块化的设计思想，介绍了使用 VHDL 语言输入法，设计全自动洗衣机控制器的原理，以及每个功能模块的设计，并且利用 Quartus II 9.0 软件进行时序仿真，并下载到GW48系列EDA实验开发系统箱进行硬件验证，用以实现洗衣机控制系统的洗涤模式选择，洗涤时间控制，开盖等中断操作功能。

关键词：EDA；洗衣机控制器；Quartus II 9.0；VHDL

洗衣机是人们日常生活中常见的一种家电，已经成为人们生活中不可缺少的家用电器。在工业生产中应用也十分广泛。但是传统的基于继电器的控制，已经不能满足人们对洗衣机的自动化程度的要求了。洗衣机需要更好地满足人们的需求，必须借助于自动化技术的发展越来越多的人投身于研究洗衣机，探索各种新的技术。

一、概述

EDA这个以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的可开发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件的方式设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、逻辑布局布线、逻辑仿真，直至完成对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编程下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术在现代生活中也越发的重要。

二、研究内容

本设计实现了对洗衣机整个过程的控制，主要研究内容如下：（1）上电复位后的初始化，初始化的洗涤模式是强洗模式，定时间为36分钟；（2）启/停控制，每按一次启/停键，状态转换一次；（3）控制器正/反向输出信号，工作控制过程如图1所示；（4）洗涤定时精确度0.1，选择的洗衣模式同，正反转时间和停止时间不同；（5）洗衣机定时和模式选择，详细转换顺序在状态机设计这章介绍。此洗衣机控制器共有9种工作状态。当打开电源，将产生一个复位脉冲，使系统设置进入初始状态，即标准洗涤模式和定时洗28分钟，此时洗衣机处于暂停模式。当启动启/停（start）键，洗衣机控制器开始工作，如果未改变洗涤模式和定时模式的话，控制器仍处于默认状态，如果想要改变洗涤模式或定时模式，可分别通过按键COUNT-N（上升沿有效），COUNT-N（上升沿有效）改变，每按一次状态改变一次，COUNT-N 改变的顺序是：36分钟>28分钟>20分钟，COUNT-N改变的顺序是：强洗>标准>弱洗。当按下强开盖键COOK（高电平有效），不管此时出于何种洗涤模式，何种定时模式都将暂停，直到COOK键再次按下，继续之前的洗涤。另外，当洗涤时间到，系统又将恢復初始状态，且洗衣机处于暂停状态，等待下次洗衣。

三、设计思路

控制部分使用三个进程来处理，进程一控制状态COUNT_N，进程二控制状态COUNT_M，进程三START控制开始和暂停。其中COUNT_N：当连顺出现一个，两个，三个高电平时分别表示强洗，标准，弱洗三种状态的洗衣过程。再者COUNT_M：当出现一个，两个，三个高电平时分别表示洗涤，漂洗与甩干，甩干。其次，信号START控制洗衣机的暂停和重新启动。

工作部分使用了一个进程来处理，在该进程中主要处理强制开盖，洗衣的各个状态。控制端中，中间变量SG是工作结束标志信号，DT是状态的中间变量。COOK为强开洗衣机盖子信号端，DCP输入状态中间信号。LOOK为时间到输出停机，当其输出为高电平时所有数据为0。然后等待下次洗涤始工作，直至再次按下START键，又从新开洗衣机正常工作过程。与暂停后的再次启动不同。ST为时间计数的中间变量。

四、验证结果

初步验证了9种情况中的强洗漂洗和甩干，强洗甩干，标准漂洗和甩干，标准甩干，弱洗漂洗和甩干，弱洗甩干这9种情况，发现实验箱对应指示灯常亮且略带闪烁，与仿真结果不相符，后经发现，原来是实验箱所绑定时钟信号频率过大，时钟周期过短，所致，后调试实验箱CLOCK0时钟信号频率，使其变小，实验结果显示正常，与仿真结果一致，使用EDA模拟洗衣机控制系统初步功能基本实现。

五、总结

本设计成功实现了洗衣机控制系统强洗全过程、标准-甩干、弱洗-漂洗和甩干等9种基础功能，以及洗衣机中断重启和强开盖等功能，实现了简易洗衣机控制系统的设计。在设计中也遇到过时钟频率设计过快或过慢，导致实验现象不明显等相关问题，经过不断对实验箱的测试和调试，最终成功完成了洗衣机控制系统在EDA实验箱上的模拟操作。本人们可以看出VHDL语言设计的出现在根本上改变了以往数字电路的设计模式，是使电路设计由硬件设计转变为软件设计的一次科学革命，即根据系统的功能要求，依次划分出各功能 模块，进行VHDL编程，这种自顶向下的模块化设计方法大大的减轻电路图设计和电路板设计的工作量和难度，减少硬件的体积，提高可靠性，并有效地增强了该设计的灵活性。同时，采用硬件描述语言进行设计时，设计者将有可能把更多的精力防到逻辑功能的设计上，大大缩短了电子产品的开发周期，同时还可以对设计进行尽可能全面细致的仿真，精确地模拟电路在实际工作情况下的时延，提高了电子系统的可靠性，为设计的一次性成功提供了重要保证。

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