基于FPGA的微波爐控制器設(shè)計(jì)-開題報(bào)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(shù)和智能技術(shù)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(jìn)行烹調(diào)，需要使用者根據(jù)食物的類型、數(shù)量、溫度等因素去設(shè)定微波爐的工作時間，若設(shè)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(dá)不到預(yù)期的烹調(diào)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(rèn)為有必要研制一種操作簡單且烹調(diào)效果好的微波爐，根據(jù)一些家常菜按固定程序烹調(diào)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(shè)計(jì)的目的和意義
目前大部分微波爐控制器采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路比較復(fù)雜，性能不夠靈活。本設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的EDA 技術(shù)，利用VHDL 設(shè)計(jì)語言，設(shè)計(jì)一種新型的微波爐控制器。該控制器具有系統(tǒng)復(fù)位、狀態(tài)控制、時間設(shè)定、火力檔位選擇、烹飪計(jì)時、溫度控制、顯示譯碼和音效提示等功能，基于FPGA 芯片實(shí)現(xiàn)。
該微波爐控制系統(tǒng)，除實(shí)現(xiàn)常規(guī)的解凍、烹調(diào)、烘烤的基本功能外，還進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了微波爐的自定義設(shè)置。
本系統(tǒng)控制部分以FPGA芯片為核心，通過功能按鍵設(shè)置和手動數(shù)據(jù)輸入，完成不同功能時自動以預(yù)置方案或者自定義方案加熱。其中，預(yù)制方案提供烹調(diào)、烘烤、解凍等系統(tǒng)烹調(diào)流程，僅供用戶選擇，無需設(shè)置；而自定義方案，用戶根據(jù)食物含量、重量等手動設(shè)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(shí)現(xiàn)門開關(guān)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(shù)現(xiàn)狀
目前大部分微波爐控制器采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，電路比較復(fù)雜，性能不夠靈活。本文采用先進(jìn)的EDA技術(shù)，利用Quartus II工作平臺VHDL設(shè)計(jì)語言，設(shè)計(jì)一種新型的微波爐控制器系統(tǒng)。該系統(tǒng)用VHDL 編程實(shí)現(xiàn)各底層模塊的功能，頂層設(shè)計(jì)用圖形輸入完成。該系統(tǒng)具有系統(tǒng)復(fù)位、時間設(shè)定、烹飪計(jì)時、溫度控制和音效提示等功能，在FPGA上實(shí)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(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)一個具備定時、溫控、信息顯示和音響效應(yīng)提示功能的微波爐控制器，實(shí)現(xiàn)一些功能：
該微波爐控制器能夠在任意時刻取消當(dāng)前工作，復(fù)位為初始狀態(tài)。
可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)時間的長短，系統(tǒng)最長的烹調(diào)時間為59分59秒；開始烹調(diào)后，能夠顯示剩余時間的多少。可以根據(jù)需要設(shè)置烹調(diào)最高溫度值，系統(tǒng)最高的烹調(diào)溫度為999℃；開始烹調(diào)后，能夠顯示系統(tǒng)當(dāng)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(yīng)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(diào)狀態(tài)。
2.1 設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)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(shè)置，采用按鍵作為輸入設(shè)備。控制部分是本系統(tǒng)的核心，它接收用戶的輸入，完成相應(yīng)的控制邏輯功能，并將當(dāng)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(jìn)行控制操作。
2.1.1 設(shè)計(jì)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(shè)置，采用按鍵作為輸入設(shè)備。
由于實(shí)驗(yàn)室已有設(shè)備限制，本系統(tǒng)采用鍵盤進(jìn)行輸入設(shè)置，即由一個4*4矩陣鍵盤實(shí)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(yīng)的控制邏輯功能，并將當(dāng)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(fù)雜的控制和數(shù)據(jù)處理任務(wù)。它通過輸入模塊提供的按鍵輸入實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息裝載處理，并將處理結(jié)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(zhuǎn)換控制、烹飪計(jì)時、溫度控制、火力控制、音響效應(yīng)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(jìn)行控制操作。采用七段數(shù)碼管和發(fā)光二極管來實(shí)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(shè)計(jì)時，采用4位LED數(shù)碼管顯示加熱倒計(jì)時，3位LED數(shù)碼管顯示當(dāng)前溫度值，1位LED數(shù)碼管顯示當(dāng)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(diào)、烘烤、解凍、意外報(bào)警、完成提示。
2.2 設(shè)計(jì)的預(yù)期結(jié)果
系統(tǒng)預(yù)計(jì)操作流程：上電后，系統(tǒng)首先處于一種復(fù)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(shè)置鍵設(shè)置時間，按溫度設(shè)定鍵設(shè)置溫度，按火力選擇鍵選擇火力，結(jié)合以后，表示數(shù)據(jù)裝載完成，按示，同時，系統(tǒng)自動進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
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