夏路華

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.14.160

摘 要：該文通過介紹洗衣機的背景、國內(nèi)外發(fā)展狀況及洗衣機分類，了解洗衣機控制電路的工作原理和特點，介紹Verilog語法要素，2Verilog HDL的設(shè)計流程，確定以波輪式洗衣機的工作方式利用Verilog HDL完成洗衣機控制電路設(shè)計，實現(xiàn)了控制電路的基本控制功能。洗衣機電路設(shè)計借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調(diào)整程度大等優(yōu)勢，降低了設(shè)計開發(fā)費用低和風險。

關(guān)鍵詞：洗衣機控制電路 Verilog HDL

中圖分類號：TM92 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（b）-0160-03

1910年，美國人費希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺電動洗衣機的問世，標志著人類洗衣能夠自動化的開始。伴隨著工業(yè)化進程的腳步以及電子技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展其作用和功能也在不斷地發(fā)展。如今很多的洗衣機已經(jīng)不止是簡單的具有洗衣這項單一的功能，而是趨向更加多用途和智能的方向發(fā)展，這種多功能化已經(jīng)是許多家用電器用品的共同特點。

將數(shù)字硬件系統(tǒng)在計算機上實現(xiàn)設(shè)計，和傳統(tǒng)的電路設(shè)計方法相比較，這樣就可以大大降低了電路設(shè)計的復(fù)雜性和工作了，同時提高效率。除此之外，在新的技術(shù)和工藝應(yīng)用下也使產(chǎn)品的體積大大縮小，而且非常有效地降低了系統(tǒng)的功耗。

1 國內(nèi)外發(fā)展狀況

隨著時代的進步，洗衣機從最初的簡單功能已經(jīng)發(fā)展到了豐富多樣性。如今的洗衣機已經(jīng)達到單雙缸、全自動和更高端的水平。隨著技術(shù)潮流的到來以及國內(nèi)的技術(shù)水平的提升，中國的洗衣機已經(jīng)能夠在市場中有立足之地，技術(shù)水平不斷提升，質(zhì)量和標準也在提高。

從洗衣機在國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀來說，許多品牌的洗衣機已經(jīng)脫離了對國外技術(shù)的依賴，能夠在掌握核心科技占領(lǐng)主動位置。近年來，我國對洗衣機的進口比重在不斷下降，國產(chǎn)洗衣機的比重在逐漸上升。除此之外，隨著人們生活水平的提升，高端產(chǎn)品在市場山也越來越受歡迎，涌現(xiàn)了一批倍受青睞的品牌，例如小天鵝、海爾、美的等知名品牌。

在國際上，洗衣機發(fā)展已經(jīng)較為長久，尤其是在日本、美國等國家，洗衣機有良好的經(jīng)驗基礎(chǔ)和技術(shù)實力。滾筒洗衣機已經(jīng)誕生了80多年，在幾十年的發(fā)展過程中，除了在技術(shù)水平和電子化程度在提升外，一直保持著相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在許多經(jīng)濟較為發(fā)達的國家，高端的滾筒洗衣機已經(jīng)十分普及。美國原本以攪拌式洗衣機為主，近年來滾筒洗衣機已經(jīng)成為市場的主流。由日本發(fā)展而來的波輪洗衣機也在不停的更新，在節(jié)能和新材料使用等方面不斷改善，自動化程度也在提高。國外的洗衣機以惠而浦、西門子、松下等品牌在國際上占有較高地位。

2 洗衣機的分類

一般來說，洗衣機共有三種類型：波輪洗衣機、滾筒洗衣機以及攪拌洗衣機，但目前國內(nèi)賣場上以波輪機和滾筒機為主，攪拌機很少出現(xiàn)。

（1）波輪洗衣機：20世紀中期出現(xiàn)在日本的波輪洗衣機。這種洗衣機目前是我國主流的洗衣機，是我們?nèi)粘Ｉ钪姓加斜壤罡叩牡南匆聶C。波輪洗衣機單缸、雙缸和全自動波輪洗衣機等。洗衣機的桶內(nèi)底部有一個轉(zhuǎn)動波輪，通過波輪的轉(zhuǎn)動帶動衣物在水中旋轉(zhuǎn)，使衣物與水和桶壁產(chǎn)生摩擦從而達到清洗衣物的目的。

優(yōu)缺點：洗衣速度快、價格較低、方便使用和維修；對衣物磨損較大，衣物容易纏繞打結(jié)、清洗不夠干凈。

（2）滾筒洗衣機：發(fā)源于歐洲，在經(jīng)濟發(fā)達的國家和地區(qū)普遍使用。滾筒洗衣機通過是模仿人使用棒錘擊打衣物的動作設(shè)計，利用電機的轉(zhuǎn)動帶動滾筒翻轉(zhuǎn)，使衣物在滾筒中不斷地上升落下，做重復(fù)運動，類似于捶打衣物的動作，加上洗滌劑和水的共同作用下使衣物達到清洗干凈的效果。

優(yōu)缺點：清洗度高、用水量小、衣物磨損較小，適合清洗高檔衣物；價格較高、技術(shù)含量高不便于維修。

（3）攪拌洗衣機：攪拌式洗衣機比波輪式洗衣機更早出現(xiàn)。全自動攪拌式洗衣機發(fā)源于美國，主要在美國使用較多，國內(nèi)很少出現(xiàn)這種洗衣機，因此這種洗衣機不是設(shè)計和研究的主流。

3 基于Verilog HDL洗衣機控制電路設(shè)計

從計算機技術(shù)發(fā)展以來，許多應(yīng)用得以在計算機平臺上實現(xiàn)，EDA就是借助計算機發(fā)展而來的技術(shù)。在現(xiàn)如今計算機技術(shù)的推動下，電子技術(shù)從各個方面得到了飛速的發(fā)展，借助計算機現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透在社會的各種領(lǐng)域，大大提高信息化和專業(yè)化水平，電子產(chǎn)品的設(shè)計生產(chǎn)和更新?lián)Q代在EDA技術(shù)的支持下越來越快。同時進一步完善的新一代產(chǎn)品性能，所以現(xiàn)如今產(chǎn)品更跟新速度非?？臁?/p>

Verilog 硬件描述語言通常被人們簡稱為Verilog HDL，它可以用文本的形式來描述數(shù)字電路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)行為的語言。通過計算機和工具可以利用它可以描述邏輯電路圖和邏輯表達式功能，還可以用它來描述數(shù)字邏輯系統(tǒng)所完成的整體邏輯功能并驗證。Verilog HDL在計算機平臺的基礎(chǔ)上于20世紀80年代被開發(fā)出來的，與VHDL一起成為兩種在世界上最流行的硬件描述語言，前者是由Gateway Design Automation公司研究開發(fā)。兩種HDL均采用IEEE標準。

在Verilog語言被開發(fā)之前，C語言已經(jīng)開發(fā)出來了，并且在很多方面得到了廣泛應(yīng)用，因此Verilog語言的開發(fā)有從C語言基礎(chǔ)上作為參考許多語句與C語言有相似之處。Verilog硬件描述語言，其可以運用于數(shù)字系統(tǒng)建模，它的模型的抽象層次能夠從算法級、門級直到開關(guān)級。用于建模的數(shù)字系統(tǒng)，它的模型的抽象層次不僅可以簡單的只有一個門，甚至還可以擁有一整個電子數(shù)字系統(tǒng)。使用Verilog語言可以將數(shù)字系統(tǒng)分層次的描述，并且可以建立比較清晰的時序建模在這個描述中。

Verilog HDL 硬件描述語言具如下的特點

（1）能形式化地抽象表示電路的行為和結(jié)構(gòu)，

（2）支持邏輯設(shè)計中層次與范圍的描述。

（3）可借助高級語言的結(jié)構(gòu)來簡化電路行為的描述。

（4）支持電路描述由高層到低層的綜合轉(zhuǎn)換等。

Verilog HDL在數(shù)字邏輯設(shè)計中的重要性不言而喻，在高層次數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域的比重越來越大。

4 Verilog語法要素

（1）Verilog HDL程序是由模塊構(gòu)成的（module和endmodule之間）。模塊是可以進行層次嵌套的。在大型的數(shù)字電路設(shè)計中常常分割成不同的小模塊來實現(xiàn)特定的功能，最后通過頂層模塊調(diào)用子模塊來實現(xiàn)整體功能（模塊化設(shè)計的思想top-down）。

（2）每個模塊要進行端口定義，并說明輸入輸出口，然后對模塊的功能進行行為邏輯描述（分為方向和類型）。

（3）Verilog HDL程序的書寫格式自由，一行可以寫幾個語句，一個語句也可以分寫多行（分號結(jié)尾）。

（4）除了endmodule語句外，每條賦值語句和數(shù)據(jù)定義的最后必須有分號。

（5）可以用/*.......*/和//....對Verilog HDL程序的任何部分作注釋。一個好的有使用價值的源程序都應(yīng)當加上必要的注釋，以增強程序的可讀性和可維護性（行注釋和塊注釋）。

5 Verilog模塊結(jié)構(gòu)

一個模塊是由兩部分組成的：

（1）描述接口（包括端口的定義、方向的說明、類型的說明）；

（2）描述邏輯功能，即定義輸入是如何影響輸出的；

6 Verilog數(shù)據(jù)類型及邏輯值

（1）最基本的數(shù)據(jù)類型：integer、parameter、reg和wire型；

（2）四值邏輯：分別為0、1、x和z；

（3）0表示：低、邏輯低、地、VSS、偽、負插入；

（4）1表示：真、高、邏輯高、電源、VDD、正插入；

（5）x表現(xiàn)：不確定：邏輯沖突無法確定其邏輯值；

（6）z表示：高阻抗、三態(tài)、無驅(qū)動源。

7 2Verilog HDL的設(shè)計流程

自頂向下（Top-down）的設(shè)計流程

第一步：系統(tǒng)頂層是一個包含輸入和輸出的頂層模塊，并用系統(tǒng)級行為描述加以表達，同時完成整個系統(tǒng)的模擬與性能分析。

第二步：整個系統(tǒng)是由各個功能模塊進一步組成，每個模塊都是有更加細化和具體的行為描述加以表達。

第三步：利用EDA綜合開發(fā)工具完成工藝庫的映射。

自頂向下的設(shè)計方法如圖1所示。

4 結(jié)語

通過相應(yīng)的Verilog HDL開發(fā)工具實現(xiàn)電路設(shè)計，最后完成仿真測試，驗證最后設(shè)計結(jié)果是否符合要求以及實現(xiàn)的功能。洗衣機電路設(shè)計借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調(diào)整程度大等優(yōu)勢，降低了設(shè)計開發(fā)費用低和風險。通過了解洗衣機的發(fā)展背景與研究，確定設(shè)計的功能和方案，輔助設(shè)計流程。

參考文獻

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