PDF《基于 FP GA 的微波炉控制器系统的设计》

福建电脑福建电脑2005年第

12 期 基于 FPGA 的微波炉控制器系统的设计 高绘玲 赵卫东 张秀娟 倪倩张建立 (山东科技大学 信息科学与工程学院 山东 青岛 266510) 【摘要】 本文介绍了应用 FPGA 芯片和硬件描述语言 (VHDL) 设计微波炉控制器系统的方法, 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.

文章着重讲述了模块化设计思想和状态图描述方法在硬件描述 语言中的应用, 并展示了其在 MAX+plusII 下的部分仿真结果, 体现了硬件描述语言在电子设计自动化 (EDA) 中的方便 应用. 【关键词】 FPGA;

VHDL;

微波炉;

状态图

1 引言 随着人民生活水平的提高,微波炉开始进入越来越多的家 庭, 它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. 它省时、 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它的重要性能指标. 目前大部分微 波炉控制器采用单片机进行设计,电路比较复杂,性能不够灵 活.本文采用先进的 EDA 技术,利用 MAX+plusII 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.

2 微波炉的总体结构及功能 微波炉的系统结构框图如图

1 所示: 从图中可以看到, 该系统由按键输入电路、 消抖同步电路、 时钟脉冲发生器、

7 段LED 显示器和控制器芯片组成. 控制器芯 片是整个系统的控制核心, 它负责接收其它模块传来的输入信 号,再根据系统的功能产生相应的输出信号送到 LED 显示模块, 产生相应的控制信号给蜂鸣器和继电器.消抖同步电路用来消 去开关电平抖动现象并提供同步信号.时钟输入端是由外部时 钟发生器的输出提供的, 本设计采用 10MHz 的脉冲输入.

4 位显 示器要采用

4 个7段带点共阴极的 LED 数码管, 分别表示分和 秒, 控制器芯片的

8 条segment: q[7..0]输出线与 LED 的对应段 相连.控制芯片的

4 条common: dis[3..0]输出线分别接到各个 LED,用来选择显示的 LED.Common 以166Hz 的频率使

4 个LED 按次序循环点亮,从而可以得到人眼观察无闪烁的稳定的 显示输出. 开关 k

1、 k2 受控于微波炉门,炉门打开时, k

1、 k2 断开;

炉 门闭合时, k

1、 k2 闭合.为了避免微波泄漏, 正常加热过程中不 允许开门.若在加热过程中炉门被打开, k

1、 k2 立即断开, 磁控 管停止发射微波即停止工作. 当j1 为1时, 继电器 jj 接通, 高压发生器接通 220V 向磁控 管提供电源, 磁控管产生微波烹饪 (照射) 食物.当j1 为0时, jj 断开, 磁控管停止工作. 该微波炉具有解冻、 烹调和烧烤三种不同的功能, 而功率调 整的控制方法是通过对磁控管间歇通电来实现的.通电时间以 27s 为一个单元, 解冻是每 27s 通电 3s, 断电 24s;

烹调是第 27s 通电 15s, 断电 12s;

烧烤是每 27s 通电 24s, 断电 3s. 若加热时间 到, 磁控管停止工作. 该微波炉控制系统的功能为:上电后系统首先处于复位状 态,此时数码管显示 00.00.在工作时首先按 set 键设置烹调时 间, 第一次按 set 键时设置秒个位, 通过按 add 键对秒个位循环 加1;

第二次按 set 键时设置秒十位;

依次类推分别设置分个位 和分十位, 设置某个数位时该数位对应的 LED 闪烁 (假设系统 最长的设置时间是