可編程微波爐控制器的設計

2.4 計數器counter的設計
根據設計要求，counter為減數計數器，其最大計時(shí)99：59。因此可以用3個(gè)十進(jìn)制計數器和1個(gè)六進(jìn)制計數器級聯(lián)構成。計數器的工作與狀態(tài)機的狀態(tài)有關(guān)，當狀態(tài)機處在復位狀態(tài)、測試狀態(tài)、停止狀態(tài)、結束狀態(tài)、檔位狀態(tài)都屬于不工作狀態(tài)，只有在計數狀態(tài)時(shí)，才會(huì )工作。計數器如果進(jìn)入了停止狀態(tài)，會(huì )保留當前計數值，當再次按下開(kāi)始鍵時(shí)，計數器由當前值開(kāi)始計數。
4個(gè)計數器的計數使能端相連、置數使能端相連，實(shí)現同時(shí)計數和同時(shí)置數。第一個(gè)計數器的計數脈沖是從1 kHz輸入的，第二個(gè)計數器的計數脈沖clk與第一個(gè)計數器的進(jìn)位cn相連，第三個(gè)計數器的計數脈沖clk與第二個(gè)計數器的進(jìn)位相連cn，第四個(gè)計數器的計數脈沖clk與第三個(gè)計數器的進(jìn)位cn相連，設計中使用了庫中的一個(gè)4輸入與門(mén)，所有進(jìn)位輸出都連接到4輸入與門(mén)，當倒計時(shí)結束，done輸出“1”信號。
2.5 微波加熱信號鎖存器latch_cook的設計
　對于latch_cook的設計，主要用來(lái)鎖存微波信號，數據的輸入由狀態(tài)控制得到，當啟動(dòng)檔位1時(shí)，st1_en輸出信號為1、st1_en輸出信號為0、st1_en輸出信號為0，1_en與d1相連、 st2_en與d2相連、 st3_en與d3相連，也就是d1d2d3輸入端口的數據是啟動(dòng)檔位1的輸出數據“001”。同理，當啟動(dòng)檔2時(shí)，d1d2d3輸入端口的數據為“010”，啟動(dòng)檔位3時(shí)，d1d2d3輸入端口的數據為“011”，其他狀態(tài)時(shí)latch_cook模塊設計中使用了兩個(gè)進(jìn)程。第一個(gè)進(jìn)程是把輸入微波信號賦給寄存器q,當g使能信號為1時(shí)，判斷是哪個(gè)檔位微波加熱信號后，再對寄存器q進(jìn)行賦值。使能端g是從load_en取得信號值的。輸出load_en為1信號只有復位、測試、結束、檔位這幾個(gè)工作狀態(tài)。其中只有在檔位狀態(tài)時(shí)才能觸發(fā)進(jìn)程，其他都不能。第二個(gè)進(jìn)程是對微波信號的鎖存控制，eo與計數使能端相連，只有在計數時(shí)才能觸發(fā)進(jìn)程，使cook輸出信號值，否則cook輸出高阻抗信號。latch_cook的輸入、輸出端口如圖7所示。

部分關(guān)鍵程序如下：
architecture one of latch_cook is
signal q:std_logic_vector(2 downto 0);
signal s:std_logic_vector(2 downto 0);
begin
s=d1d2d3;
process(s)
begin
if g='1'then
case s is
when001=>q=001;--檔位3
when010=>q=010;--檔位2
when100=>q=100;--檔位1
when others=>null;
end case;
end if;
end process;

process(oe)
begin
if oe='1'then--輸出信號
cook=q;
else
cook=ZZZ;--呈現高阻抗
end if;
end process;
end;
2.6 顯示譯碼器LED的設計
　對于顯示電路,硬件上使用了串行連接的設計，即每個(gè)數碼管對應的引腳都接在一起，通過(guò)控制公共端控制相應數碼管的亮滅(共陰極數碼管的公共端為高電平時(shí)，LED不亮；共陽(yáng)極的公共端為低電平時(shí)，LED不亮)。
因此，在顯示模塊里有4個(gè)進(jìn)程實(shí)現設計——數碼管動(dòng)態(tài)掃描計數進(jìn)程、數碼管位動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)程、數碼管閃爍顯示進(jìn)程、譯碼信號進(jìn)程。顯示模塊工作首先是動(dòng)態(tài)掃描計數，以1 kHz的掃描頻率進(jìn)行掃描計數。掃描所得到的計數值傳遞到數碼管位動(dòng)態(tài)掃描進(jìn)程中，控制數碼管的位選信號，即顯示完第一位后，接著(zhù)顯示第二位，依此類(lèi)推，一直顯示到第5位，顯示模塊接著(zhù)繼續從第一位顯示，從而實(shí)現循環(huán)顯示。因為1 kHz的掃描頻率使6個(gè)數碼管看上去是同時(shí)顯示的，實(shí)現了計數結果和狀態(tài)信息的顯示；譯碼信號進(jìn)程則根據動(dòng)態(tài)掃描所得到的信號值，選擇相應的顯示數據，只要計數器數據輸出或狀態(tài)發(fā)生變化，則數碼管的顯示也發(fā)生相應的變化。對于數碼管閃爍顯示進(jìn)程，當ficker_seg=1時(shí)，則段信號與1 Hz頻率相與后再送到輸出端去以1 s的頻率閃爍、一亮一暗、全段滅、全段亮，否則正常輸出段信號。顯示模塊的輸入、輸出端口如圖8所示。

3 系統調試
　為了能夠準確地對所編寫(xiě)的軟件進(jìn)行調試，采用EMP240系列開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行系統調試。圖9是一個(gè)模擬操作系統界面。

系統調試的主要步驟如下：
(1) 在上電復位時(shí)，系統操作界面顯示：00000。微波加熱信號為0。正處于待機狀態(tài)。
(2)按下TEST測試鍵，5個(gè)數碼管所有段位點(diǎn)亮同時(shí)一亮一暗地交替閃爍著(zhù)。按下復位鍵，系統返回復位待機狀態(tài)。
(3) 右邊有三個(gè)檔位控制鍵，在待機狀態(tài)時(shí)，只要按下其中一個(gè)鍵，就能對時(shí)間進(jìn)行設定。而三個(gè)檔位之間可以相互轉換。按下復位鍵，系統返回復位待機狀態(tài)。
(4) 設定好時(shí)間后就可以按下開(kāi)始鍵，啟動(dòng)相應微波加熱信號，同時(shí)進(jìn)行倒計時(shí)計數，如果要停止加熱，則按下停止鍵，系統進(jìn)入停止狀態(tài)，微波加熱信號輸出為0，想要再次加熱，則按回開(kāi)始鍵。按下復位鍵，系統返回復位待機狀態(tài)。
(5) 當計時(shí)結束后，輸出done顯示提示，微波加熱信號輸出為0。按下復位鍵，系統返回復位待機狀態(tài)。
本系統以EMP240T100C5為主要控制芯片，綜合運用了Quartus II開(kāi)發(fā)工具，使用VHDL硬件描述語(yǔ)言，使得系統設計的硬件功能基本都可以通過(guò)軟件編程實(shí)現，程序經(jīng)過(guò)實(shí)驗仿真與調試，各項功能達到了預定的設計指標。這種設計方案不僅使電子系統的設計以及產(chǎn)品性能的改進(jìn)和擴展變得十分簡(jiǎn)單，同時(shí)它還代替了原有的許多單元電路或單片機的控制芯片和大量外圍電路，使電子電路設計更加靈活方便。為實(shí)現微波爐以及更多家用電器的信息化和智能化進(jìn)行了較深入的探索和實(shí)踐。
參考文獻
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