微波爐的設(shè)計

50頁 16000字?jǐn)?shù)+論文說明書【詳情如下】

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微波爐的設(shè)計說明書.doc

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微波爐的設(shè)計

目 錄

1. 緒論 1

1.1. 任務(wù)的提出 1

1.2. 課題的內(nèi)容和要求 1

1.3. 設(shè)計的目的和意義 2

2. 關(guān)鍵技術(shù)簡介 3

2.1. FPGA簡介 3

2.2. VHDL語言概述 3

2.3. Quartus II 開發(fā)系統(tǒng)簡介 5

3. 系統(tǒng)總體設(shè)計 7

3.1. 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 7

3.2. 系統(tǒng)功能模塊描述 9

3.2.1. 輸入模塊 10

3.2.2. 控制模塊 10

3.2.3. 顯示模塊 11

3.3. 系統(tǒng)的工作流程 11

4. 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計 13

4.1. 輸入模塊設(shè)計 13

4.1.1. 鍵盤掃描 13

4.1.2. 鍵盤譯碼 16

4.1.3. 輸入模塊的實現(xiàn) 17

4.2. 控制模塊設(shè)計 18

4.2.1. 狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制 19

4.2.2. 數(shù)據(jù)裝載 22

4.2.3. 烹飪計時 23

4.2.4. 溫度控制 26

4.2.5. 控制模塊的實現(xiàn) 29

4.3. 顯示模塊設(shè)計 31

5. 系統(tǒng)仿真 35

5.1. 輸入模塊仿真 35

5.2. 狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制器仿真 35

5.3. 數(shù)據(jù)裝載器仿真 36

5.4. 烹飪計時器仿真 37

5.5. 顯示譯碼器仿真 39

6. 結(jié)論 41

致 謝 42

參考文獻(xiàn) 43

摘 要

本論文介紹了微波爐的設(shè)計，應(yīng)用FPGA芯片和硬件描述語言(VHDL)設(shè)計微波爐控制器系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)使用VHDL編程實現(xiàn)各底層模塊的功能，頂層的設(shè)計采用圖形輸入完成。論文主要闡述模塊化設(shè)計的思想和狀態(tài)圖的描述方法，以及他們在硬件描述語言中的應(yīng)用，并展示了其在Quartus II 開發(fā)系統(tǒng)下的仿真結(jié)果。

微波爐控制器系統(tǒng)是一個實用型的系統(tǒng)，系統(tǒng)不僅具有操作簡單的功能，而且烹調(diào)效果好，你可以按照固定程序烹調(diào)一些家常菜，可以采取分時、分不同級別火力加熱，既能節(jié)約時間又能節(jié)約能源。主要有以下幾個模塊：輸入模塊、控制模塊和顯示模塊。輸入模塊實現(xiàn)按鍵掃描和鍵盤譯碼、控制模塊包括狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制、數(shù)據(jù)裝載、烹飪計時、溫度控制、音效提示等等、顯示模塊涉及到顯示譯碼和指示燈的閃爍。

經(jīng)過對系統(tǒng)做需求分析，詳細(xì)功能設(shè)計、編碼，模塊連接，并利用FPGA實現(xiàn)相應(yīng)的功能，經(jīng)過波形仿真、下載調(diào)試，驗證了設(shè)計方案的可行性及實現(xiàn)方法的有效性，基本實現(xiàn)了系統(tǒng)的要求。

關(guān)鍵詞：FPGA；VHDL；微波爐；狀態(tài)圖；定時器

Abstract

This paper introduces the method that applying FPGA chip and VHDL to design the control system of microwave ovens. The system uses VHDL to fulfill the function of each bottom module and the design of the top layer is completed via graphic entering. This paper mainly illustrates the idea of module design and description method of state chart and that their application in VHDL and simulation results in the develop system of Quartus II.

Microwave controller system is a utility-type system that includes not only the function of simple operation, but also good effect of cook. According to fixed routine, you can cook some homely dish via taking different time and different level firepower to heat, and this can not only save time, but also save energy. It mainly includes a couple of modules as follows: input module, control module and display module. Input module fulfills key-press scanning and keyboard decoding, control module includes status switching control, data loading, cook time, temperature control, sound effect tip and so on, display module comes down to display coding decipher and the flashing of indicator light.

Through the analysis of requirement, detailed function design, coding, module connection, using FPGA to fulfill relevant function. Through waveform simulation, download debugging, it verifies the feasibility of the design and the effectiveness of realization method and basically fulfill the requirement of the system. 

Keywords: FPGA, VHDL, Microwave oven, Status chart, timer 

1. 緒論

隨著人民生活水平的提高，微波爐開始進(jìn)人越來越多的家庭，它給人們的生活帶來了極大的方便。微波爐由2450MHz的超高頻來加熱食物。它省時、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)著它的重要性能指標(biāo)。目前大部分微波爐控制器采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，電路比較復(fù)雜，性能不夠靈活。本文采用先進(jìn)的EDA技術(shù)，利用Quartus II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系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)復(fù)位、時間設(shè)定、烹飪計時、溫度控制和音效提示等功能，在FPGA上實現(xiàn)。

1.1. 任務(wù)的提出

在現(xiàn)代人快節(jié)奏生活中，微波爐已成為便捷生活的一部分。隨著控制技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展，微波爐也向著智能化、信息化發(fā)展。而現(xiàn)有市售的微波爐其主要弊端為：不能按既有程序進(jìn)行烹調(diào)，需要使用者根據(jù)食物的類型、數(shù)量、溫度等因素去設(shè)定微波爐的工作時間，若設(shè)定的工作時間過長，含水分較多的食物可能會產(chǎn)生過熱碳化的現(xiàn)象，若時間過短則達(dá)不到預(yù)期的烹調(diào)效果。不僅在節(jié)能方面未做過多考慮，使用者還需要經(jīng)常翻看使用說明書才能完成操作過程。針對這些問題，筆者認(rèn)為有必要研制一種操作簡單且烹調(diào)效果好的微波爐，根據(jù)一些家常菜按固定程序烹調(diào)的現(xiàn)象，可采取分時、分檔火力加熱，節(jié)時又節(jié)能。

1.2. 課題的內(nèi)容和要求

本課題是基于FPGA的微波爐控制器設(shè)計，即設(shè)計一個具備定時、溫控、信息顯示和音響效應(yīng)提示功能的微波爐控制器，實現(xiàn)一些功能：

? 該微波爐控制器能夠在任意時刻取消當(dāng)前工作，復(fù)位為初始狀態(tài)。

? 可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)時間的長短，系統(tǒng)最長的烹調(diào)時間為59分59秒；開始烹調(diào)后，能夠顯示剩余時間的多少。

? 可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)最高溫度值，系統(tǒng)最高的烹調(diào)溫度為999℃；開始烹調(diào)后，能夠顯示系統(tǒng)當(dāng)前溫度值。

? 可以控制火力大小，供選擇的火力檔位有高、中、低三個火力檔位。

? 音響效應(yīng)提示直接外接一個蜂鳴器，同時用一個指示燈提示。

? 顯示微波爐控制器的烹調(diào)狀態(tài)。

1.3. 設(shè)計的目的和意義

目前大部分微波爐控制器采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計，電路比較復(fù)雜，性能不夠靈活。本設(shè)計采用先進(jìn)的EDA 技術(shù)，利用VHDL 設(shè)計語言，設(shè)計一種新型的微波爐控制器。該控制器具有系統(tǒng)復(fù)位、狀態(tài)控制、時間設(shè)定、火力檔位選擇、烹飪計時、溫度控制、顯示譯碼和音效提示等功能，基于FPGA 芯片實現(xiàn)。

該微波爐控制系統(tǒng)，除實現(xiàn)常規(guī)的解凍、烹調(diào)、烘烤的基本功能外，還進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計，實現(xiàn)了微波爐的自定義設(shè)置。

本系統(tǒng)控制部分以FPGA芯片為核心，通過功能按鍵設(shè)置和手動數(shù)據(jù)輸入，完成不同功能時自動以預(yù)置方案或者自定義方案加熱。其中，預(yù)制方案提供烹調(diào)、烘烤、解凍等系統(tǒng)烹調(diào)流程，僅供用戶選擇，無需設(shè)置；而自定義方案，用戶根據(jù)食物含量、重量等手動設(shè)置時間、溫度和選擇火力等操作。在烹飪過程中，能通過數(shù)碼管顯示或者指示燈提示知道食物的成熟度，可以智能控制。

該系統(tǒng)在功能執(zhí)行時，能實現(xiàn)門開關(guān)檢測、鍵盤輸入掃描、溫度控制、LED顯示、工作狀態(tài)指示、蜂鳴等。

6. 結(jié)論

該課題是利用ALTERA公司的QUARTUS開發(fā)環(huán)境和軟件，進(jìn)行VHDL程序設(shè)計，然后進(jìn)行仿真，調(diào)試，以CYC-L2 V2.0便攜式EDA/SOPC/DSP實驗系統(tǒng)為硬件平臺，實現(xiàn)了一個簡單的微波爐控制器系統(tǒng)的設(shè)計。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，進(jìn)行了系統(tǒng)的總體設(shè)計，硬件設(shè)備的選用，軟件和開發(fā)環(huán)境的安裝，VHDL程序設(shè)計與仿真。

設(shè)計的重點主要在系統(tǒng)的規(guī)劃以及程序的設(shè)計與調(diào)試上，要做到鍵盤與數(shù)碼管，LED燈的一體化，需要在鍵位設(shè)置時進(jìn)行準(zhǔn)確的設(shè)計，通過鍵盤的掃描，消抖和譯碼，達(dá)到一鍵一碼的目的，做到功能的完善。

設(shè)計的難點主要在功能控制上，數(shù)據(jù)和控制信號較多，狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)化也較為復(fù)雜，在設(shè)計中帶來了一些困難。另外在仿真分析上，因為需要測試的結(jié)果很多，有些結(jié)果無法預(yù)料，無法在仿真中看到。

本設(shè)計也存在一定的不足。由于本身能力和實驗器材的限制，無法在系統(tǒng)中建立完善的體制，只是實現(xiàn)了一個微波爐控制器的基本功能。比如像存儲功能，就沒有在系統(tǒng)中考慮到，這些都有待以后的繼續(xù)提高和完善。

致 謝

本文是在導(dǎo)師XX的認(rèn)真要求和悉心指導(dǎo)下完成的。在這半年期間，無論是從選題的確定，論文的寫作、修改到最后的定稿，時刻都能得到XX老師的啟發(fā)和引導(dǎo)。特別是她多次詢問我設(shè)計進(jìn)程，在我感到進(jìn)展困難的時候為我指點迷津，幫助我開拓思路，精心點撥，熱忱鼓勵。正是在XX老師不遺余力的幫助下，我的設(shè)計思路才得以能夠從混亂到清晰，論文材料才能夠從蕪雜到精到，語言組織才可以從瑣碎到精煉，一步一步接近完善。XX老師嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)深深地感染和激勵著我，在此，謹(jǐn)向XX老師致以我最誠摯的謝意和崇高的敬意！謝謝XX老師！

在學(xué)習(xí)期間，也得到學(xué)院各位老師的無私幫助和熱心教誨，在此向?qū)W院的各位領(lǐng)導(dǎo)、老師表示衷心的感謝，謝謝你們給我提供了一個友好融洽的學(xué)習(xí)環(huán)境。同時，對各位老師在專業(yè)知識與其他方面給予的幫助，在此一并表示誠摯的謝意！也感謝在我學(xué)習(xí)和生活中給予幫助的各位同學(xué)，特別是同組成員XX同學(xué)，從最初的選題理解以及模塊搭建到最后的論文撰寫，我們一起討論學(xué)習(xí)，他給予了我很大幫助

再一次向我的導(dǎo)師XX老師表示感謝，并向所有在論文完成過程中給予過我關(guān)心、幫助和支持的老師、同學(xué)、朋友們致以最誠摯的謝意，謝謝你們！

同時也感謝學(xué)校圖書館給我們提供了良好的查詢資料和下載資料的場所，感謝學(xué)院為我們提供了良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。

感謝參加論文評審和答辯的各位教授、專家! 感謝你們能在百忙之中給予指導(dǎo)!

感謝所有關(guān)心我的人！

參考文獻(xiàn)

[1] 李華．MCS- 51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1990

[2] 黃繼昌．傳感器工作原理及應(yīng)用實例．北京：人民郵電出版社，1998

[3] 紀(jì)宗南．單片機(jī)外圍器件實用手冊輸入通道器件分冊．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1998

[4] 閻石．?dāng)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，2004

[5] 張志剛．FPGA與SOPC設(shè)計教程：DE2實踐．西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2007

[6] 汪國強(qiáng)．SOPC技術(shù)與應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

[7] 江思敏．VHDL數(shù)字電路及系統(tǒng)設(shè)計．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

[8] 甘歷．VHDL應(yīng)用與開發(fā)實踐．北京：科學(xué)出版社，2003

[9] 陳榮，陳華．VHDL芯片設(shè)計．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006

[10] 王誠，吳繼華，范麗珍．Altera FPGA/CPLD設(shè)計：基礎(chǔ)篇．北京：人民郵電出版社，2005

[11] 徐光輝，程東旭，黃如．基于FPGA的嵌入式開發(fā)與應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2006

[12] 李景華，杜玉遠(yuǎn)．可編程邏輯器件與EDA技術(shù)．沈陽：東北大學(xué)出版社，2000

[13] 王國強(qiáng)．EDA技術(shù)與應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2006

[14] 億特科技．CPLD/FPGA應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與產(chǎn)品開發(fā)．北京：人民郵電出版社，2005

[15] Bob Zeidman．基于FPGA&CPLD的數(shù)字IC設(shè)計方法．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004

[16] Wayne Wolf．The system based on FPGA design．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005