微波炉可编程逻辑控制系统设计

可编程微波炉控制器系统的计

目录

第1章 概述 ................................................................................. 2

1.1 VHDL介绍 ......................................................................................................................... 2 1.2 Quartus Ⅱ开发平台 .......................................................................................................... 2 1.3选题背景 ............................................................................................................................. 3 1.4选题的技术现状 ................................................................................................................. 3

第2章 微波炉控制器的设计要求 ............................................. 4

2.1基本要求 ............................................................................................................................. 4 2.2发挥部分 ............................................................................................................................. 4 2.3方案设想 ............................................................................................................................. 4

第3章 系统硬件的设计 ............................................................... 6

3.1系统硬件的组成原理图 ..................................................................................................... 6 3.2 电源电路 ....................................................................................................................... 6 3.3 有源晶体 ............................................................................................................................ 7 3.4数码管 ................................................................................................................................. 7 3.5LED ...................................................................................................................................... 8 3.6按键使用 ............................................................................................................................. 8 3.7报警电路 ............................................................................................................................. 9 3.8 8X8 点阵 ............................................................................................................................ 9 3.9 8路拨码开关输入 ............................................................................................................ 10

第4章 系统软件设计 ................................................................. 10

4.1 分频程序设计 .................................................................................................................. 10 4.2数码管显示设计程序设计 ............................................................................................... 11 4.3报警提示设计程序设计 ................................................................................................... 15 4.4门是否关紧程序设计 ....................................................................................................... 15 4.5 开关按键处理程序设计 .................................................................................................. 16

第5章管脚分配及显示结果 ....................................................... 17

5.1管脚分配图 ....................................................................................................................... 17 5.2 管脚分配表 ...................................................................................................................... 18 5.3硬件显示结果 ................................................................................................................... 18 5.4用户使用方法 ................................................................................................................... 19

第6章 总结 ................................................................................. 20 参考文献 ....................................................................................... 21 附录一 电路原理图 ................................................................... 22 附录二 微波炉控制器系统程序清单 ......................................... 25

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可编程微波炉控制器系统的计

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，QuartusⅡ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 QuartusⅡ 仿真

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可编程微波炉控制器系统的计

第1章 概述

本文所设计的电子钟系统是运行在QuartusⅡ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VHDL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，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 Ⅱ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。

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（1）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Timing 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；

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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——〉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2~3s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

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