基于FPGA的微波爐控制器設計-開題報告

　　1 選題的目的和意義

　　1.1 選題的背景

　　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。隨著控制技術和智能技術的發(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：不能按既有程序進行烹調，需要使用者根據(jù)食物的類型、數(shù)量、溫度等因素去設定微波爐的工作時間，若設定的工作時間過長，含水分較多的食物可能會產(chǎn)生過熱碳化的現(xiàn)象，若時間過短則達不到預期的烹調效果。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，筆者認為有必要研制一種操作簡單且烹調效果好的微波爐，根據(jù)一些家常菜按固定程序烹調的現(xiàn)象，可采取分時、分檔火力加熱，節(jié)時又節(jié)能。

　　1.2 設計的目的和意義

　　目前大部分微波爐控制器采用單片機進行設計，電路比較復雜，性能不夠靈活。本設計采用先進的EDA 技術，利用VHDL 設計語言，設計一種新型的微波爐控制器。該控制器具有系統(tǒng)復位、狀態(tài)控制、時間設定、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、烘烤的基本功能外，還進行了創(chuàng)新設計，實現(xiàn)了微波爐的自定義設置。

　　本系統(tǒng)控制部分以FPGA芯片為核心，通過功能按鍵設置和手動數(shù)據(jù)輸入，完成不同功能時自動以預置方案或者自定義方案加熱。其中，預制方案提供烹調、烘烤、解凍等系統(tǒng)烹調流程，僅供用戶選擇，無需設置；而自定義方案，用戶根據(jù)食物含量、重量等手動設置時間、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。

　　1.3 選題的技術現(xiàn)狀

　　目前大部分微波爐控制器采用單片機進行設計，電路比較復雜，性能不夠靈活。本文采用先進的EDA技術，利用Quartus II工作平臺VHDL設計語言，設計一種新型的微波爐控制器系統(tǒng)。該系統(tǒng)用VHDL 編程實現(xiàn)各底層模塊的功能，頂層設計用圖形輸入完成。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)復位、時間設定、烹飪計時、溫度控制和音效提示等功能，在FPGA上實現(xiàn)。

　　2 題目的主要內(nèi)容

　　本課題是基于FPGA的微波爐控制器設計，即設計一個具備定時、溫控、信息顯示和音響效應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前工作，復位為初始狀態(tài)。

　　可以根據(jù)需要設置烹調時間的長短，系統(tǒng)最長的烹調時間為59分59秒；開始烹調后，能夠顯示剩余時間的多少�？梢愿鶕�(jù)需要設置烹調最高溫度值，系統(tǒng)最高的烹調溫度為999℃；開始烹調后，能夠顯示系統(tǒng)當前溫度值。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狀態(tài)。

　　2.1 設計的總體結構描述

　　本系統(tǒng)主要由輸入、控制和顯示部分組成。輸入部分主要完成用戶對控制功能的設置，采用按鍵作為輸入設備�？刂撇糠质潜鞠到y(tǒng)的核心，它接收用戶的輸入，完成相應的控制邏輯功能，并將當前的工作狀態(tài)等信息送到顯示部分。顯示部分主要監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)并提示用戶進行控制操作。

　　2.1.1 設計的各個功能模塊描述

　　(1) 輸入模塊

　　輸入模塊主要完成用戶對控制功能的設置，采用按鍵作為輸入設備。

　　由于實驗室已有設備限制，本系統(tǒng)采用鍵盤進行輸入設置，即由一個4*4矩陣鍵盤實現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入控制。該矩陣鍵盤上16個按鍵分別是盤掃描電路、消枓同步電路和鍵盤譯碼電路，通過該模塊將掃描得到的按鍵值送到控制模塊。

　　(2) 控制模塊

　　控制模塊是本系統(tǒng)的核心，它接收用戶的輸入，完成相應的控制邏輯功能，并將當前的工作狀態(tài)等信息送到顯示部分。

　　控制模塊采用FPGA芯片作為主控核心，完成許多復雜的控制和數(shù)據(jù)處理任務。它通過輸入模塊提供的按鍵輸入實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息裝載處理，并將處理結果通過顯示模塊顯示出來。其涉及到數(shù)據(jù)的裝載、狀態(tài)轉換控制、烹飪計時、溫度控制、火力控制、音響效應提示等。

　　(3) 顯示模塊

　　顯示模塊主要監(jiān)視系統(tǒng)工作狀態(tài)并提示用戶進行控制操作。采用七段數(shù)碼管和發(fā)光二極管來實現(xiàn)。

　　由于數(shù)碼管顯示信息較少，一些信息用數(shù)碼管顯示不夠直觀，因此本系統(tǒng)在采用數(shù)碼管顯示的同時，還用發(fā)光二極管作為輔助顯示。其中，用七段數(shù)碼管作為時間、溫度、火力大小顯示，用發(fā)光二極管作為狀態(tài)提示顯示。具體設計時，采用4位LED數(shù)碼管顯示加熱倒計時，3位LED數(shù)碼管顯示當前溫度值，1位LED數(shù)碼管顯示當前火力檔位。8個狀態(tài)提示指示燈分別表示：工作狀態(tài)、開門指示、測試、烹調、烘烤、解凍、意外報警、完成提示。

　　2.2 設計的預期結果

　　系統(tǒng)預計操作流程：上電后，系統(tǒng)首先處于一種復位狀態(tài)，其各電路模塊均處于初始狀態(tài)。此時，8個數(shù)碼管上會顯示“88888888”的信息，所有指示燈亮。按TEST鍵，數(shù)碼管和發(fā)光二極管全亮、全滅交替閃爍，可以測試數(shù)碼管和指示燈工作是否正常。系統(tǒng)工作

　　時間設置鍵設置時間，按溫度設定鍵設置溫度，按火力選擇鍵選擇火力，結合以后，表示數(shù)據(jù)裝載完成，按示，同時，系統(tǒng)自動進入復位狀態(tài)。

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