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1、毕 业 设 计 (论 文) 信息工程学院 系（院） 电子信息工程 专业毕业设计（论文）题目 基于FPGA技术的微波炉控制器电路设计(硬件) 学生姓名 冷亚运 班 级 10电子信息工程（2）班 学 号 指导教师 谢 剑 锋 完成日期 2014 年 4 月 19 日南 昌 工 程 学 院毕业设计（论文）任务书一、毕业设计(论文)题目：基于FPGA技术的微波炉控制器电路设计（硬件）二、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：1. 用FPGA设计微波炉控制器电路;2可设置烹调时间；3. 具有显示功能。4. 用QUARTUSII软件仿真5. 硬件调试6.完成系统硬件设计、调试，并实现软硬件
2、联机调试，达到任务要求。7.按规范完成设计报告。三、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：01月06日-01月17日 文献阅读、资料整理、系统总体设计阶段；02月24日-03月09日 硬件初步设计；03月10日-03月23日 硬件调试；03月24日-04月06日 软硬件联合调试；04月07日-04月20日 根据联合调试的结果修改完善硬件设计；04月21日-05月04日 软硬件第二次联合调试；05月05日-05月16日 论文写作，论文答辩幻灯片的制作，毕业答辨阶段四、主 要参考资料：1韩团军，基于FPGA微波炉控制器设计， J.国外电子测量技术, 2010, (08), pp.64-672. 龚兰
3、芳 , 梁文祯，可编程微波炉控制器的设计， J.微型机与应用, 2011, (12), pp.26-29 3. 高绘玲，赵卫东，张秀娟，倪倩，张建立。基于FPGA的微波炉控制器系统的设计， J.福建电脑, 2005, (12), pp.100-1014. Stephan W.Mondwurf.BENEFITSOF THE CORDIC-ALGORITHM IN A VERSATILE COFDM MODULATOR/DEMODULATOR DESIGN M. Fourth IEEE International Caracas Conference on Devices, Circuitsand
4、 SystemsC.Aruba, April 1719, 2002.5. Huang, Zhong-Hua; Cui, Zhan-Zhong; Lin, Sen; Li, Ping . Research on software radio fuze: Journal of Beijing Institute of Technology (English Edition) v 10 n 1 March 20016.FPGA设计与应用,诸振勇 等 编著 M 西安电子科技大学出版社 2006年7袁庆辉 , 曹卫芳，基于单片机的可编程微波炉控制器系统设计， J.工业控制计算机, 2008, (04),
5、 pp.93-94 8. 王小利，可编程微波炉控制器系统设计， J.实验室研究与探索, 2009, (01), pp.95-97 信息工程学院 电子信息工程 专业 10级 班学生： 日期： 自 2014 年 1 月 6 日至 2013 年 5 月 16 日指导教师： 助理指导教师(并指出所负责的部分)：教研室： 电子工程教研室 教研室主任： 基于FPGA技术的微波炉控制器电路设计(硬件)Microwave oven controller circuit design based on FPGA Technology（hardware）总计 毕业设计 （论文） 31 页 表 格 1 个 插 图
6、20 幅摘要本设计为微波炉控制器，主要是基于在大学学习的VHDL语言、FPGA技术和一些其他课程学习的硬件开发，设计制作一个微波炉控制时间功能的简单实现。该设计应用到了状态机，计时器，译码器等基本电子器件，并显示了在QUARTUSII下的仿真结果，获得正确的功能实现。在模块设计以及模块组合的过程中体现了硬件描述语言在电子设计自动化中的方便应用，使得本设计更加可行和实用。关键词：微波炉控制器 VHDL FPGA QUARTUSII 仿真AbstractThe design for the microwave oven controller, is mainly the hardware deve
7、lopment study in the university learning VHDL language, FPGA technology and some other courses based on, to design a time control function of microwave oven simple realization. The design applied to the state machine, timer, some basic electronic devices, and shows the simulation results under QUART
8、USII, get the correct function realization. In the module design and module combination of hardware description language and convenient application in electronic design automation, make the design more feasible and practical.Keywords: microwave oven controller VHDL FPGA QUARTUSII simulation目录摘要IVAbs
9、tractV第一章 引言11.1选题的依据及意义11.1.1选题的依据. .11.1.2选题的意义. .11.2产品背景介绍11.2.1国内外产品发展现状11.2.2产品发展趋势2第二章 主要技术概述32.1 FPGA介绍32.1.1 FPGA发展历程32.1.2 FPGA工作的原理42.1.3 FPGA的优点42.2 VHDL简介52.2.1 VHDL的特点62.2.2 VHDL的设计步骤62.2.3 VHDL的描述特点62.3QUARTUSII简介72.3.1Quartus II设计流程. .7第三章 系统总体设计83.1 系统功能要求83.2 系统按键布置. . .83.3 系统功能模块
10、. . 103.3.1. 输入部分. . .103.3.2. 控制部分. . .103.3.3. 显示部分. . .113.4系统总电路. . 123.5系统主要的工作流程. .13第四章 系统详细设计. .144.1 微波炉控制器输入部分. .144.2. 控制部分设计. .154.2.1 状态控制器KZQ的设计153.2.2 数据装载器ZZQ的设计163.2.3 烹调计时器JSQ的设计154.3 显示部分设计. .174.4系统仿真. .174.4.1状态转换控制器仿真.184.4.2.数据装载器仿真. .184.4.3烹饪计时器仿真. .19第五章 主要VHDL源程序清单. .205.1
11、数据装载器的VHDL源程序 .205.2状态控制器的VHDL源程序 .215.3显示译码器的VHDL源程序 .235.4烹调计时器的VHDL源程序 .25总结29参考文献30致谢.31第一章 引言1.1选题的依据及意义1.1.1选题的依据微波炉在人们的生活中使用非常普遍，从目前大部分微波炉控制器我们可以了解到大都是采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵活。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
12、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,我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。本设计将采用先进的EDA 技术，利用VHDL 设计语言，FPGA为现场可编程门阵列，功耗较低，以并行运算为主，以硬件描述语言来实现，设计一种新型的微波炉控制器。该控制器具有系统复位、状态控制、时间设定、烹饪计时、显示译码等功能，微波炉控制器可以基于FPGA 芯片实现。1.1.2选题的意义从目前大部分微波炉控制器我们可以了解到大都是采用单片机进行设计，电路比较复杂，性能不够灵活。本设计只设
13、计微波炉的核心部分控制器，微波炉控制部分以FPGA芯片为核心，通过功能按键设置和手动数据输入，将用户的输入转换成控制信号，经过一系列变换，还输出给像数码管一样的用户可感知的电子器件，完成不同功能时加热。用户根据食物含量、重量等手动设置时间、温度等操作，直观的知道加热剩余时间，随时预设或中断，这样就会变的更加灵活易操作。这是一个实用性很强的设计，没有特别复杂的功能要求，而且应用到了状态机，计时器，译码器等基本电子器件，在模块设计以及模块组合的过程中将加深我对硬件工作原理理解和认识。1.2产品背景介绍1.2.1国内外产品发展现状微波炉，从字面上我们可以知道它就是用微波来煮饭烧菜的，它是微波技术在炊
14、具方面的具体应用，由微波管（磁控管）发出高频（2450MHZ）电磁波，深入到食物内部可以短时间内产生足够的热量，加热食物。其优点是节省时间和电能，并可保持食物的原有颜色、形状和营养价值。微波炉的类型分为单功能普及型、多功能组合型以及微电脑控制型。但是每台微波炉的功能可能不尽相同，并且它们的结构原理也是大同小异，除了可以实现常规解冻，烹调烘烤三项基本功能外，又进行了创新设计，增加了温度涮量和压力测量，定时，防微波泄漏检测。现代微波炉厂家都在不断创新自己的产品，比如：松下公司将变频技术应用于微波炉推出的变频微波炉；日本夏普公司的微波炉，在炉腔顶部和底部分别安装有烧烤电热元件，可进行微波炉烧烤烹调；
15、美国一家厨具公司生产了一种带有视听装置的微波炉；德国某公司推出了一种带电脑扫描仪的多功能微波炉等等。微波炉已经在现代生活中扮演了非常重要的角色，基本上每个家庭都会配备一台，算是已经走进了千家万户，虽然微波炉技术已经相对比较成熟，但是对它的研究创新会随着时间的变迁越来越多。1.2.2产品发展趋势微波炉从1947年美国的雷声公司研制成世界上第一个微波炉，但是当时的微波炉技术不成熟，成本高，没有得到很大的推广，一直发展到今天，微波炉已经走入了千家万户，其各项技术相对来说已经非常成熟。国内外微波炉研发机构和生产工厂，为了满足微波炉消费者的使用要求，将各种先进的现代化技术应用于微波炉，推出了一系列新颖先
16、进的微波炉产品。这些微波炉新产品，反映了微波炉技术的发展趋势，这些趋势主要表现在以下几个方面1、智能化 ：采用微电脑控制技术和传感器感测技术，实现微波炉的智能化加热烹调，是微波炉技术发展的一大方向。2、操作简便化：一般来说，随着家用器具功能的增强，往往使其操作方法随之变得比较复杂，这就给人们的使用带来不方便。因此，在微波炉加热烹饪功能提高的同时，操作简便化就是值得注意的一个重要方面。3、多功能化：随着现代人们生活节奏的加快以及追求生活质量的提高，对于食品的加工烹饪也提出了更高的要求，因而出现了多功能的微波炉。4、节能化：节能和环保，是当前和今后人类所面临的两大课题，在微波炉产品的设计制造上，同
17、样越来越多地体现了这样的趋势：5、健康化：随着人们健康环抱意识恶毒增强，对于食品中热量的限制也愈加重视。作为现代化食品烹调器具的微波炉，能够烹调出低热量的保健食品，自然是微波炉设计中应注意的发展趋势之一。第二章 主要技术概述2.1 FPGA介绍2.1.1 发展历程1985年，当全球首款FPGA产品XC2064诞生时，注定要使用大量芯片的PC机刚刚走出硅谷的实验室进入商业市场，因特网只是科学家和政府机构通信的神秘链路，无线电话笨重得像砖头，日后大红大紫的Bill Gates正在为生计而奋斗，创新的可编程产品似乎并没有什么用武之地。1985年，Xilinx公司推出的全球第一款FPGA产品XC206
18、4怎么看都像是一只“丑小鸭”采用2m工艺，包含64个逻辑模块和85000个晶体管，门数量不超过1000个。22年后的2007年，FPGA业界双雄Xilinx和Altera公司纷纷推出了采用最新65nm工艺的FPGA产品，其门数量已经达到千万级，晶体管个数更是超过10亿个。一路走来，FPGA在不断地紧跟并推动着半导体工艺的进步2001年采用150nm工艺、2002年采用130nm工艺，2003年采用90nm工艺，2006年采用65nm工艺。当1991年Xilinx公司推出其第三代FPGA产品XC4000系列时，人们开始认真考虑可编程技术了。最新工艺的采用为FPGA产业的发展提供了机遇。Flash
19、将继续成为FPGA产业中重要的一个增长领域。Flash技术有其独特之处，能将非易失性和可重编程性集于单芯片解决方案中，因此能提供高成本效益，而且处于有利的位置以抢占庞大的市场份额。Actel以Flash技术为基础的低功耗IGLOO系列、低成本的ProASIC3系列和混合信号Fusion FPGA将因具备Flash的固有优势而继续引起全球广泛的兴趣和注意。2.1.2 FPGA工作的原理FPGA采用了逻辑单元阵列（LOA，Logic Cell Arry）这样一个新概念，内部包括可配置逻辑模块（CLB，Configurable Logic Block）、输入输出模块（IOB，Input Output
20、 Block）和内部连线（Interconnect）三个部分。FPGA的基本特点主要有：（1）采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投片生产就能得到合用的芯片；（2）FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的试样片：（3）FPGA内部有丰富的触发器和IO引脚；（4）FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一；（5）FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度和可靠性的最佳选择之一。目前FPGA的品种很多，有XILINX的xc系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。FP
21、GA是由存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的。因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式采用不同的编程方式。加电时，FPGA芯片将EPROM中的数据读入片内编程RAM中，配置完成后，FPGA进入工作状态。掉电后，FPGA恢复成白片，内部逻辑关系消失。因此，FPGA能够反复使用。FPGA的编程不需专用的FPGA编程器，只需用通用的EPROM、PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA、不同的编程数据，可以产生不同的电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。FPGA有下面4种配置模式：（1）并行主模式为一片FPGA加一片
22、EPROM的方式；（2）主从模式可以支持一片PROM编程多片FPGA：（3）串行模式可以采用串行PROM编程FPGA；（4）外设模式可以将FPGA作为微处理器的外设，由微处理器对其编程。2.1.3 FPGA的优点FPGA芯片都是特殊的ASIC芯片，除了具有ASIC的特点之外，还具有以下3个优点。随着超大规模集成电路（VLSI，Very Large Scale IC）工艺的不断提高，单一芯片内部可以容纳上百万个晶体管，FPGACPLD芯片的规模也越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，它所能实现的功能也越来越强，同时也可以实现系统集成。FPGACPLD芯片在出厂之前都做过百分之百的测试，不需要设
23、计人员承担投片风险和费用，设计人员只需在自己的实验室里就可以通过相关的软硬件环境来完成芯片的最终功能设计。所以，FPGACPLD的资金投入小，节省了许多潜在的花费。用户可以反复地编程、擦除、使用或者在外围电路不动的情况下用不同的软件实现不同的功能。所以，用FPGAiCPLD试制样片，能以最快的速度占领市场。FPGACPLD软件包中有各种输入工具和仿真工具及版图设计工具和编程器等全线产品，电路设计人员在很短的时间内就可完成电路的输入、编译、优化、仿真，直至最后芯片的制作。当电路有少量改动时，更能显示出FPGACPLD的优势。电路设计人员使用FPGACPLD进行电路设计时，不需要具备专门的IC（集
24、成电路）深层次的知识，FPGACPLD软件易学易用，可以使设计人员更能集中精力进行电路设计，快速将产品推向市场。2.2 VHDL简介VHDL语言是用于电路设计的高级语言，在80年代的后期出现。最开始是由美国国防部开发出来的，提供给美军提高设计的可靠性，缩减开发周期的一种设计语言 。VHDL翻译成中文是超高速集成电路硬件描述语言，它主要是应用于数字电路的设计里面。VHDL在中国的应用大多数是被用在FPGA等其他的一些设计中。在一些实力比较雄厚的单位，它被用来设计ASIC。VHDL主要是用于描述数字系统的一些结构，行为，功能与接口。它除了包含许多具有硬件特征的语句之外，VHDL的语言形式和描述风格
25、以及语法都是十分类似于计算机高级语言。VHDL的程序结构特点就是将一项工程设计，也可以称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块，一个系统）分为外部（可以称为可视部分,及端口)和内部（可以称为不可视部分），涉及实体的一些内部功能与算法的完成部分。对一个设计实体定义了外部界面之后，如果其内部开发完成了，其他的设计将被允许直接调用这个实体。这一种将设计实体分成内外两部分的概念是VHDL的系统设计的基本点2.2.1 VHDL的特点1.它的功能强大、设计灵活VHDL具备功能强大的语言结构，可以用简洁且明确的源代码来描述比较复杂的逻辑控制。VHDL有多层次的设计描述功能，层层的细化，最后可以直接生成为电路
26、级描述。它支持同步电路、异步电路以及随机电路的设计，这个是其他硬件描述语言没有的功能。它还支持各种的设计方法，不仅支持自底向上的设计，还支持自顶向下的设计；不仅支持模块化设计，还支持层次化设计。2.它支持广泛、易于修改VHDL已经成为IEEE标准的规范硬件描述语言，绝大多数EDA几乎都支持VHDL，这就为VHDL的进一步推广以及广泛应用奠定了扎实的基础。在硬件电路设计的过程中，主要的设计文件都是用VHDL编写的源代码，由于VHDL易读且结构化，所以比较容易修改设计。3.具有强大的系统硬件描述能力VHDL有多层次的设计描述功能，不仅可以描述系统级电路，还可以描述门级电路。并且描述既可以采用行为描
27、述和寄存器传输描述或者是结构描述，也可以采用混合级描述。VHDL不仅支持惯性延迟与传输延迟，还可以比较准确地建立起硬件电路的模型。VHDL还支持预定义的与自定义的数据类型，不仅给硬件描述带来较大的自由度，还使设计人员能方便地创建更高层次的系统模型。4.它独立于器件的设计、与工艺无关设计人员用VHDL进行设计时，最开始不需要考虑选择已经完成设计的器件，就可以完全集中全部精力进行设计的最后优化。当设计描述完成之后，可以用多种不同的器件结构来实现其功能。5.具有很强的移植能力VHDL是一种标准化的硬件描述语言，同一个设计描述可以被不同的工具所支持，使得设计描述的移植成为可能。6.容易用于共享和复用V
28、HDL采用基于库（Library）的设计方法，可以建立各种可再次利用的模块。这些模块可以预先设计或使用以前设计中的存档模块，将这些模块存放到库中，就可以在以后的设计中进行复用，可以使设计成果在设计人员之间进行交流和共享，减少硬件电路设计。2.2.2 VHDL的设计步骤采用VHDL的系统设计，一般有以下6个步骤。1）要求功能模块划分；2）VHDL设计描述（设计输入）；3）代码仿真模拟（前仿真）；4）综合、优化和布局布线；5）布局布线后的仿真模拟；6）设计实现（下载到目标器件）。VHDL描述数字电路系统设计的行为、输入和输出。它在语法上和现代编程语言相似，但是包含了许多和硬件有关系的结构。VHDL
29、将一个设计叫做一个实体Entity，并且将它分成外部可见部分（实体名连接）与内部隐藏部分（实体算法实现）。如果定义了一个实体之后，其他实体可以利用这个实体，也可以另外开发一个实体库。因此，内部和外部的概念对系统设计的VHDL来说是很重要的。2.2.3 VHDL的描述特点设计实体的逻辑的功能由VHDL结构体具体描述。用户可以用不同程度的语句类型与抽象形式来描述不一样程度的设计。对于相同逻辑行为允许有不同的语句方式去表达。在VHDL结构体中不同的描述方式或建模方法，可归纳为行为（Behavioral）级描述、数据流（Dataflow）级描述和结构（Structural）级描述。2.3 QUARTU
30、SII简介Quartus II 是Altera公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用
31、户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。2.3.1 Quartus II设计流程： 设计输入：完成期间的硬件描述，包括文本编辑器、块与符号编辑器、MegaWizard插件管理器、约束编辑器和布局编辑器等工具； 综合：包括分析和综合
32、器以、辅助工具和RTL查看器等工具； 布局连线：将设计综合后的网表文件映射到实体器件的过程，包括Fitter工具、约束编辑器、布局图编辑器、芯片编辑器和增量布局连线工具；时序分析； 仿真：Quartus II提供了功能仿真和时序仿真两种工具； 器件编程与配置：包括四种编程模式，即被动串行模式、JTAG模式、主动串行模式和插座内编程模式。使用New Project Wizard新建一个工程的过程： 1.制定工程的文件存放目录、工程名以及最顶层的设计实体名，在默认情况下，工程名与最顶层的设计实体名是相同的。 2.添加文件，包括最顶层的设计实体文件以及一些额外的电路模块描述文件或定制的功能库。 3.
33、选择目标芯片，具体芯片最好让编译器根据工程设计的实际情况自动选择。 4.第三方EDA工具设定，包括设计输入与综合工具、仿真工具、时序分析工具等，默认为Quartus II自带的仿真器、综合器以及时序分析器。 5.最后一步系统将整体工程的各项参数和设置总结并显示出来，这时即可完成工程的创建。第三章 系统总体设计3.1系统功能要求：根据要求使用FPGA设计微波炉控制器电路，能够设置烹调时间并且具有显示时间的功能。所以在硬件上就需要有电源供电、按键输入、LED 数码管显示和指示灯提示等。下面是该系统总体框图，如图 3.1 所示：图 3.1微波炉控制器系统总体框图3.2系统按键布置该控制器系统在 ED
34、A 实验箱上实现的外观布局如图 3.2 所示。6个按键组成的 3*3 矩阵键盘，每个按键代表的功能如图所示，一共有2个LED灯作为状态提示指示灯， 4 位 LED 数码管显示加热倒计时。采用 Cyclone II芯片 EP2C35F672C8 作为控制芯片。在图 3.2 中，各按键功能如下：按下此键，系统会默认设置加热时间为5min，在4个数码管上会显示“0300”的信息，红色LED指示灯灯亮起。：按下此键，在4个数码管上会显示“0300”的+60的信息，每按一次红色LED指示灯亮一次。：按下此键，在4个数码管上会显示“0300”的60的信息，每按一次红色LED指示灯亮一次。：按下此键，系统进
35、入初始状态，4个数码管上会显示“8888”的信息，所有 LED指示灯亮。：按下此键，系统进入时间设置模式，此时可以进行时间的设置，每按一次红色LED指示灯亮一次。：按下此键，系统开始工作，在烹调的过程中4个数码管上显示的数字信息开始1/s的频率开始倒计时，此时红色LED指示灯常亮。再按一次系统暂停，可进行设置操作，再开始工作。通过低火，中火，高火三个档位选择火力，选择不同的档位相应的LED指示灯亮起。图3.2 系统外观布局系统完成工作，4个数码管上会显示“0000”的信息，并且系统会发出轰鸣声并且绿色LED指示灯常亮。3.3. 系统功能模块本系统主要由三部分组成，分别是输入、控制和显示。输入部
36、分的功能主要是完成用户对控制功能的设置，本设计采用的是按键作为输入设备，通过输入控制信息到芯片实现功能。控制部分是本系统的核心部分，它主要是接收用户通过键盘的的输入，完成相应的控制逻辑功能，将完成的逻辑功能或工作状态等信息送到显示部分。显示部分的功能主要是显示系统工作状态并提示用户进行控制操作。下面是该系统功能模块图，如图 3.3 所示图3.3系统功能模块图3.3.1. 输入部分输入部分本设计采用的是键盘输入设置，也就是由一个 3*3 矩阵键盘实现数据输入控制。该矩阵键盘上包括了火力，时间，开始等一些按键。输入模块主要包括时钟脉冲电路、消枓同步电路、键盘扫描电路和键盘译码电路，通过该模块将扫描
37、用户输入得到的按键信息送到控制模块。3.3.2. 控制部分本系统控制部分采用 FPGA 芯片作为主控核心，是整个微波炉控制器系统的核心，利用它来完成许多复杂的控制和数据处理任务。该芯片通过了输入模块提供的按键信息输入实现数据信息装载处理，并且将处理的最后结果理信息通过显示模块显示出来。该部分包含了数据的装载、状态转换控制、烹饪计时、火力控制等。3.3.3. 显示部分显示部分主要采用的是4个七段数码管和5个发光二极管来实现。本系统在采用数码管显示的同时，还用发光二极管作为辅助显示，主要是因为数码管显示信息较少，比如火力大小等一些信息用数码管显示不够直观且较麻烦，因此其中，用七段数码管作为时间，用
38、发光二极管作为状态提示显示。具体设计时，采用 4 位 LED 数码管显示加热倒计时，5个状态提示指示灯分别表示：低火、中火、高火、工作状态、完成提示。3.4系统总电路本系统的总体电路图如下图所示，分别是一块EP2C35F672C8控制芯片，控制着整个微波炉的功能；一个电源，给控制器提供电力；蜂鸣器，当系统完成预置功能时会震动；4位一体8位数码管，显示预置时间；5个发光二极管，提示系统操作功能；一个3*3矩阵按键，输入预置信息到芯片；系统复位电路，对FPGA复位后，配置芯片的Bits流会通过JATG引脚被重新加载到片内的RAM中；系统时钟，负责计时的功能；本系统搭配了AS和JTAG两种模式，系统
39、调试阶段将配置文件通过JTAG模式下载到FPGA芯片里面，可进行多次的写入调试，调试完成后将配置文件通过AS模式下载到EPCS内，保存到FPGA芯片里面。 3.4系统总电路图3.5. 系统主要的工作流程本设计的微波炉控制器系统的工作流程为：1.通电后，系统首先处于一种复位状态，其各电路模块均处于初始状态。这个时候，4 个数码管上会显示“8888”的信息，所有指示灯亮。按下 TEST 键，4 个数码管上会显示“0000”的信息，红色工作指示灯亮起。2.系统工作时，首先通过键盘输入数据，比如，按低火、中火、高火键选择系统预置方案，然后按时间设置键设置时间，结 合+1、-1、5min按键进行时间设置
40、，设置结束以后，表示数据装载完成，按START 键后系统进入烹调状态。在烹饪过程中，可以按暂停/开始键暂停烹饪，或者重新设置时间、火力。烹饪结束后，系统会发出轰鸣声，绿色指示灯常亮。同时，系统自动进入复位状态。系统工作流程图，如图 3.5 所示：图3.5系统工作流程图第四章 系统详细设计4.1 微波炉控制器输入部分通过对该键盘输入模块进行完整设计，下面是该输入模块实现的组成原理图：4.1输入模块内部原理图其中，CLK 为系统时钟脉冲，KEY_IN3.0为按键输入， DATA15.0为按键输入译码后的输出值，它为控制模块提供数据输入。4.2. 控制部分设计根据该微波炉控制器的功能设计要求，本系统
41、可由以下4个模块组成： 状态控制器KZQ； 数据装载器ZZQ； 烹调计时器JSQ； 显示译码器YMQ47。其内部组成原理图如图4.2所示。图4.2 微波炉控制器WBLKZQ的内部组成原理图(1) 状态控制器KZQ的功能是控制微波炉工作过程中的状态转换，并发出有关控制信息；输入信号为CLK、TEST、START、SET_T、RESET和DONE，输出信号为LD_DONE、LD_CLK、LD_8888和COOK信号。 (2) 数据装载器ZZQ的功能是根据KZQ发出的控制信号选择定时时间和烹调完成信息的装入。 (3) 计时器JSQ的功能是负责烹调过程中的时间递减计数，并提供烹调完成时的状态信号供KZ
42、Q产生烹调完成信号。(4) 显示译码器YMQ47的功能就是负责将各种显示信息的BCD转换成七段数码管显示的驱动信息编码。需要译码的信息有：数字09，字母d、o、n、E。4.2.1 状态控制器KZQ的设计状态控制器KZQ的功能是控制微波炉工作过程中的状态转换，并发出有关控制信息，因此我们可用一个状态机来实现它。经过对微波炉工作过程中的状态转换条件及输出信号进行分析，我们可得到其输入、输出端口如图4.3所示。 图4.3 KZQ的输入、输出端口图4.2.2 数据装载器ZZQ的设计ZZQ的输入、输出端口如图3.5所示，根据其应完成的逻辑功能，它本质上就是一个三选一数据选择器。本设计采用一个进程来完成，但由于三个被选择的数据只有一个来自输入端口，因此另两个被选择的数据则通过在进程的说明部分定义两个常数来产生。 图3.5 ZZQ 电路符号4.2.3 烹调计时器JSQ的设计烹调计时器JSQ为减数计数器，其最大计时时间为59:59。因此我们可用两个减计数十进制计数器DCNT10和两个减计数六进制计数器DCNT6级联构成。JSQ的内部组成原理如图4.9所示。图4.7十进制计数器电路符号 图4.8六进制计数器电路符号图4.9 JSQ 的内部组成原理4.3 显示部分设计本显示译码器YMQ47不但要