基于FPGA的洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

　　3 主控系統(tǒng)關(guān)鍵程序設(shè)計(jì)

　　將程序設(shè)計(jì)分為硬件程序設(shè)計(jì)和軟件程序設(shè)計(jì)兩部分，硬件程序設(shè)計(jì)要對硬件電路進(jìn)行時(shí)序仿真以確定達(dá)到涮試的效果。FPGA開發(fā)環(huán)境是由Ouartus II進(jìn)行硬核平臺的搭建與設(shè)計(jì)和Nios II進(jìn)行軟核編程組成，這里用的是Quartus II9．0和Nios II 9．0軟件。

　　3．1 模式控制電路設(shè)計(jì)

　　在模式控制電路中，用key1、key2、key3 3個(gè)按鈕選擇模式，分別代表強(qiáng)洗、標(biāo)準(zhǔn)、輕柔。在洗滌之前選擇洗滌的模式，在洗滌的過程中由FPGA輸出控制信號，控制洗滌電機(jī)的工作。根據(jù)洗滌控制電路性能要求，搭建硬件原理圖，編譯后對key1、key2、key3進(jìn)行時(shí)序仿真，分析時(shí)序關(guān)系，估計(jì)設(shè)計(jì)的性能及檢查和消除競爭冒險(xiǎn)。仿真結(jié)果如圖2所示。其中Output輸出的是控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的PWM波形。

　
　圖2 key1、key2、key3時(shí)序仿真

　　由上圖可以看出，當(dāng)依次按下key1、key2、key3時(shí)，output輸出波形的頻率是越來越小，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速也是越來越小，電機(jī)的輸出力矩也會隨之變小。

　　3．2 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)

　　在電機(jī)控制模塊里，通過FPGA輸出驅(qū)動信號，控制洗滌電機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動，以達(dá)到洗滌的目的。根據(jù)原理和性能要求，搭建硬件原理圖，編譯后對洗滌電機(jī)控制信號進(jìn)行時(shí)序仿真，來研究其性能是否符合設(shè)計(jì)的要求。仿真結(jié)果如圖3所示。

　　
圖3 電機(jī)控制信號時(shí)序仿真

　　圖中的clr為片選信號，輸出output為電機(jī)驅(qū)動信號，fd為電機(jī)方向信號，output16是送往SOPC的信號，clr是由SOPC送出的控制信號。由仿真圖看出，當(dāng)片選信號clr為高電平時(shí)，開始10個(gè)PWM波形的fd信號為高，接下來的后10個(gè)PWM波形電機(jī)方向信號fd則變?yōu)榈碗娖健＿@個(gè)過程說明洗衣機(jī)完成了一次順時(shí)針洗衣和逆時(shí)針洗衣的過程，順時(shí)針洗衣服的時(shí)間是由lpm_cunstant控制的，在這里用10個(gè)波形代替。

3．3 整體流程圖設(shè)計(jì)

　　硬件設(shè)計(jì)調(diào)試完成后，還要進(jìn)行軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在C語言文件中編寫C程序進(jìn)行SOPC的編程（簡稱軟核編程）。最后利用NiosII軟件把Quar tus II產(chǎn)生的硬核文件．SOF文件和Nios II軟件產(chǎn)生的．JDI文件下載到存儲器。整體工作流程圖如圖4所示。

　　
圖4 整體工作流程圖

　　洗衣機(jī)在通電后先要手動的關(guān)閉排水閥，再進(jìn)行人工注水，然后設(shè)置洗滌的模式和洗滌的時(shí)間。當(dāng)各項(xiàng)設(shè)置完成后按下啟動按鈕，這是洗衣機(jī)開始正常的工作，同時(shí)定時(shí)器開始工作。在工作過程中由循環(huán)程序和FPGA協(xié)同控制洗滌電機(jī)的轉(zhuǎn)動，當(dāng)洗滌完成后蜂鳴器報(bào)警，洗滌工作結(jié)束。

　　4 結(jié)束語

　　本文洗衣機(jī)控制系統(tǒng)的組成成本低廉、原理簡單、使用方便、結(jié)構(gòu)緊湊，而且FPGA具有很強(qiáng)的可編程性，在日后的實(shí)際使用中可繼續(xù)開發(fā)拓展更多的功能。在設(shè)計(jì)和最后的開發(fā)板仿真中，結(jié)果表明該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了控制邏輯功能，具有洗滌、定時(shí)、數(shù)碼顯示等功能，可很好的替代傳統(tǒng)的機(jī)械式控制系統(tǒng)，在洗衣機(jī)的控制方面具有很高的實(shí)用價(jià)值。