FPGA《基于VHDL微波炉课程设计》

1微波炉控制器的FPGA实现2目录第一章绪论...............................................................................................................3第一节课题背景介绍..........................................................................................3第二章电子设计自动化概述....................................................................................4第一节VHDL简介..............................................................................................4第三章总体设计........................................................................................................5第一节课题的主要内容及基本要求..................................................................5第二节设计思路..................................................................................................5第三节设计方案..................................................................................................6第四章模块分析........................................................................................................8第一节状态控制电路模块..................................................................................9第二节数据装载电路模块................................................................................10第三节计时器模块............................................................................................11第五章程序设计及仿真..........................................................................................14第一节程序简要说明........................................................................................12第二节仿真时序图............................................................................................13第六章硬件调试........................................................................................................13总结.............................................................................................................................16致谢.............................................................................................................................17参考文献.......................................................................................................................18附录一原理图............................................................................................................19附录二源程序............................................................................................................203摘要该设计用ＶＨＤＬ语言在ＭＡＸ＋ＰＬＵＳⅡ软件平台上通过编译、模拟仿真，完成了微波炉控制功能，实现了微波炉的测试、时间设置、烹调计时、完成提示等设计，并对时钟分频作了一定的探讨。此设计采用了现场可编程逻辑器件ＦＰＧＡ的ＡＳＩＣ设计，由控制模块、装载模块、计时模块和显示模块四大模块组成，而且它可以将所有器件集成在一块芯片上，体积大大减小，且外围电路很简单，易于实现。关键词：ＦＰＧＡ；ＶＨＤＬ；微波炉控制器；仿真第一章绪论第一节课题背景介绍一、产品背景介绍PercyL.Spencer在1946年构想出微波炉的概念，在1950年取得专利。微波炉的运作机制为微波在水中能产生摩擦热的原理。早期微波炉尺码庞大，重量超过300公斤和高度超过1.5米，所以主要在大型餐厅和食物市场使用。第一部家用微波炉是在1965年由Raytheon集团生产。二、国内产品发展现状现在，中国已成为全球最大的微波炉生产基地，据估计，中国微波炉年产量已达2000万台左右，从2001年中国市场的需求量来看，约在700万台左右。中国微波炉市场经过前几年的洗牌，已由前几年的300多家减少至目前的100多家，其中在市场上可统计的仅30多家。洋品牌在早期的微波炉市场份额，几乎占据了绝大部分的市场。但初期由于微波炉市场属于导入期，价格高，消费者接受的少，自1996年以后，惠而浦、松下等大部分都退出了中国市场，主要以出口为主。1998年后，外资品牌中以韩国品牌LG、三星表现较为突出，逐渐跨入第2、第3名，微波炉第一品牌为格兰仕。2000年，美的介入，迅速崛起成为行业第三，三星也逐渐退出市场。经过60年的发展，微波炉已经成为人们日用生活中的必不可少的厨房电器，大大降低了家庭妇女的工作量和工作强度。据统计，微波炉目前在日本、美国、西欧等发达国家地区的普及率高达98%，在中国城镇的普及率也已近90%。这个数字甚至超过了彩电和洗衣机的普及程度。三、产品发展趋势随着人们生活水平的提高和信息化的发展，家用电器层出不穷，各种功能也越来越完善，其中微波炉是现代家庭的必备产品，它的质量和性能的高低,将会4极大的影响人们的生活水平和质量。为此，设计一个高质量的微波炉控制系统是非常有必要的。微波炉开始进入越来越多的家庭，他给人们的生活带来了极大的方便。微波炉由2450MHz的超高频来加热食物。他省时、省电、方便和卫生，作为现代的烹饪工具，微波炉的控制器体现着他的重要性能指标。目前大部分微波炉控制器采用单片机进行设计，带南路比较复杂性能不够灵活。本文采用先进的EDA技术，利用QuartusII工作平台和VHDL设计语言，设计了一种新型的微波炉控制器芯片，该芯片具有系统复位、时间设定和烹饪计时的功能，用一片FPGA芯片实现，所以能设计出一款方便安全操作的微波炉是非常有必要的。第二章电子设计自动化概述第一节VHDL简介随着VLSI、EDA（ElectronicDesignAutomation）工具的迅速发展，用户系统的设计从单纯的ASIC（ApplicationSpecificIntegratedCircuit）设计向着系统单片化SOC（SystemOnaChip）设计的方向发展。同时网络技术的发展，共享IP知识产权的开放式系统设计成为新模式，芯片工艺物理设计与系统设计相分离，使用户系统设计人员可直接从事芯片设计。多种技术的融合，系统的功能复合化程度越来越高；对系统设计方法学和工具的要求更高；系统设计日趋软件硬化、硬件软化，并使两者得到了有机的融合，形成了更为强大的ESDA（ElectronicSystemDesignAutomation）。VHDL（VeryHighSpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage）是IEEE（InstituteofElectricalandElectronicsEngineers）标准的硬件描述语言，是现代电子系统设计的首选硬件设计计算机语言。本篇介绍VHDL的语法基础、用VHDL进行系统设计的基本方法、以及VHDL的设计实例等。从宏观的角度看，VHDL的语法构成了程序的各组成部分；微观上看VHDL的语法是各种语句的运用细节。本章在VHDL的特性之后，从这两个角度简要介绍VHDL的语法基础。硬件描述语言HDL（HardwareDescriptionLanguage）诞生于1962年。HDL是用形式化的方法描述数字电路和设计数字逻辑系统的语言。主要用于描述离散电子系统的结构和行为。与SDL（SoftwareDescriptionLanguage）相似，经历了从机器码（晶体管和焊接）、汇编（网表）、到高级语言（HDL）的过程。20世纪80年代美国国防部开发VeryHighSpeedIntegratedCircuit—VHSIC，用于描述集成电路的结构和功能。此后，硬件描述语言向标准化方向发展，1987年成为IEEEStandard1076，称为VHDL语言。它也是美国国5防部标准（MIL-STD-454L）。1993年该标准增修为IEEE1164标准。1996年，再次加入电路合成的标准程序和规格，成为IEEE1076.3标准。1995年VerilogHDL也成为IEEE标准。VHDL与VerilogHDL一起成为业界主选的硬件描述语言。一、VHDL的特点应用VHDL进行系统设计，有以下几方面的特点。（一）功能强大VHDL具有功能强大的语言结构。它可以用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计。并且具有多层次的设计描述功能，支持设计库和可重复使用的元件生成。VHDL是一种设计、仿真和综合的标准硬件描述语言。（二）可移植性VHDL语言是一个标准语言，其设计描述可以为不同的EDA工具支持。它可以从一个仿真工具移植到另一个仿真工具，从一个综合工具移植到另一个综合工具，从一个工作平台移植到另一个工作平台。此外，通过更换库再重新综合很容易移植为ASIC设计。（三）独立性VHDL的硬件描述与具体的工艺技术和硬件结构无关。设计者可以不懂硬件的结构，也不必管最终设计实现的目标器件是什么，而进行独立的设计。程序设计的硬件目标器件有广阔的选择范围，可以是各系列的CPLD、FPGA及各种门阵列器件。（四）可操作性由于VHDL具有类属描述语句和子程序调用等功能，对于已完成的设计，在不改变源程序的条件下，只需改变端口类属参量或函数，就能轻易地改变设计的规模和结构。（五）灵活性VHDL最初是作为一种仿真标准格式出现的，有着丰富的仿真语句和库函数。使其在任何大系统的设计中，随时可对设计进