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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(shí)間，若設(shè)定的工作時(shí)間過長(zhǎng)，含水分較多的食物可能會(huì)產(chǎn)生過熱碳化的現(xiàn)象，若時(shí)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(duì)這些問題，筆者認(rèn)為有必要研制一種操作簡(jiǎn)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(shí)、分檔火力加熱，節(jié)時(shí)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(shí)間設(shè)定、火力檔位選擇、烹飪計(jì)時(shí)、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(dòng)數(shù)據(jù)輸入，完成不同功能時(shí)自動(dòng)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(dòng)設(shè)置時(shí)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(shí)，能實(shí)現(xiàn)門開關(guān)檢測(cè)、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(tái)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(shí)間設(shè)定、烹飪計(jì)時(shí)、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(gè)具備定時(shí)、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(shí)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(shí)間的長(zhǎng)短，系統(tǒng)最長(zhǎng)的烹調(diào)時(shí)間為59分59秒；開始烹調(diào)后，能夠顯示剩余時(shí)間的多少�？梢愿鶕�(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(gè)火力檔位。音響效應(yīng)提示直接外接一個(gè)蜂鳴器，同時(shí)用一個(gè)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(duì)控制功能的設(shè)置，采用按鍵作為輸入設(shè)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(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(gè)功能模塊描述
(1) 輸入模塊
輸入模塊主要完成用戶對(duì)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(gè)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(gè)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(shí)、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(shí)，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(shí)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(shí)，采用4位LED數(shù)碼管顯示加熱倒計(jì)時(shí)，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(gè)狀態(tài)提示指示燈分別表示：工作狀態(tài)、開門指示、測(cè)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(shí)，8個(gè)數(shù)碼管上會(huì)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(cè)試數(shù)碼管和指示燈工作是否正常。系統(tǒng)工作
時(shí)間設(shè)置鍵設(shè)置時(shí)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(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。
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