2．2 配置電路

　　FPGA芯片正常工作需要完整的配置電路，下面從硬件的選型和設(shè)計(jì)上對(duì)配置電路做一下要點(diǎn)分析。

　　1）電源電路的設(shè)計(jì)電源系統(tǒng)為整個(gè)系統(tǒng)提供能量，是系統(tǒng)正常工作的保障，具有極其重要的地位。一個(gè)好的電源往往能使系統(tǒng)的故障減少一半以上。因?yàn)槭须姙?20 V交流電，所以在給控制系統(tǒng)供電之前需要一個(gè)變壓器將電壓降為5 V，F(xiàn)PGA的I／O端口供電點(diǎn)壓是3．3 V，內(nèi)核供電電壓是1．2 V，需再由TPS37HD301將5 V轉(zhuǎn)化為3．3 V和1．2 V。FPGA的端口電壓是3．3 V，為將I／O電壓升壓到5 V，在這里使用74HCT245升壓芯片。

　　2）時(shí)鐘和復(fù)位電路的設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路中用ZPB-26-16M作為有源晶振。它的頻率為16M，這使得串口波特率更加精確，同時(shí)可以支持芯片內(nèi)部的PPL功能及ISP下載功能，使系統(tǒng)運(yùn)行速度更快，更方便程序調(diào)試下載。復(fù)位電路采取硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。

　　3）調(diào)試JTAG和下載電路FPGA 內(nèi)部可以直接搭建軟核。ISP和JTAG，所以在硬件電路接一個(gè)IDC-10的JTAG接口即可滿足要求。

　　4）配置存儲(chǔ)電路選EPCS16作為FPGA的ROM，可以由下載電纜或其他設(shè)備進(jìn)行重復(fù)編程，也可以通過AS接口進(jìn)行在線系統(tǒng)編程。用FPGA芯片內(nèi)部自帶的4M的On-Chip memory作為FPGA的RAM。

　　5）聲光報(bào)警電路 聲光電路主要由發(fā)光二極管和蜂鳴器組成，直接接入FPGA，來提醒洗衣機(jī)的工作狀態(tài)。

　　6）時(shí)間輸入和顯示電路利用4個(gè)按鍵輸入洗滌時(shí)間，兩個(gè)數(shù)碼管顯示設(shè)定時(shí)間。有關(guān)設(shè)定洗滌時(shí)間是由FPGA內(nèi)部的定時(shí)器計(jì)時(shí)的，計(jì)時(shí)完成洗滌結(jié)束。

　　7）模式選擇和中斷控制模式選擇主要通過3個(gè)按鍵輸入洗滌的模式（強(qiáng)洗、標(biāo)準(zhǔn)、輕柔）。為了讓洗衣機(jī)在工作的時(shí)候能夠隨時(shí)停止工作，在控制電路中加一個(gè)中斷控制按鍵。

　　8）排水控制電路 當(dāng)洗衣機(jī)工作完成后，通過控制電路中的排水按鍵給FPGA一個(gè)信號(hào)，由其輸出控制信號(hào)，控制電磁閥。

　　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(duì)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(tái)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(hào)，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(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(huì)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(dòng)信號(hào)，控制洗滌電機(jī)的正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(duì)洗滌電機(jī)控制信號(hào)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(hào)時(shí)序仿真

　　圖中的clr為片選信號(hào)，輸出output為電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，fd為電機(jī)方向信號(hào)，output16是送往SOPC的信號(hào)，clr是由SOPC送出的控制信號(hào)。由仿真圖看出，當(dāng)片選信號(hào)clr為高電平時(shí)，開始10個(gè)PWM波形的fd信號(hào)為高，接下來的后10個(gè)PWM波形電機(jī)方向信號(hào)fd則變?yōu)榈碗娖?。這個(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。