基于FPGA芯片及VHDL语言微波炉控制器设计
摘要： 本设计使用FPGA芯片及VHDL语言来完成。通过QuartusII开发系统编译仿真来完成微波炉控制部分，实现微波炉的定时计时、信息显示、测试等基础功能。本设计主要分为以下五个部分：分频器模块、状态控制KZQ模块、数据装载ZZQ模块、烹饪计时JSQ模块、显示译码YMQ模块。使用FPGA芯片的优点在于可以将各类元器件聚集在一起，体积小并且电路不必太过复杂，利于完成课题目标。
关键词：FPGA；微波炉；VHDL
Microwave oven controller
Abstract：This design uses FPGA chip and VHDL to complete. Compiled by QuartusII development system simulation control section to complete the microwave, the microwave oven to achieve timing, and information display, testing and other basic functions. The design is divided into the following five parts: divider module, KZQ state control module, the data module is loaded ZZQ, cooking timer JSQ module, display module decoding YMQ. The advantage of using FPGA chip that can gather together all kinds of components, small size and the circuit does not have to be too complex, which will help complete the task goals.
Key words: FPGA; microwave; VHDL
目 录
第一章 绪论 5
1.1提出任务 6
1.2设计内容及要求 6
1.3设计目的及意义 7
第二章 应用技术介绍 7
2.1 EDA技术发展与应用 7
2.2 FPGA技术介绍 9
2.3 VHDL语言介绍 12
2.4 QuartusII系统介绍 13
第三章 系统总体设计 15
3.1系统总体设计方案 15
3.2各功能模块描述 15
3.3系统工作流程图 17
第四章 系统具体设计 18
4.1状态控制模块设计（KZQ） 18
4.2数据装载模块设计（ZZQ） 19
4.3烹饪计时模块设计 （JSQ） 19
4.4显示译码模块设计 （YMQ） 20
第五章 各模块源代码 21
5.1分频器模块源代码 21
5.2状态控制模块源代码 22
5.3数据装载模块源代码 24
5.4烹饪计时模块源代码 25
5.5显示译码模块源代码 29
第六章 系统功能仿真 31
6.1状态控制模块仿真 31
6.2数据加载模块仿真 31
6.3烹饪计时模块仿真 32
总结致谢 34
附录 36
参考文献 37
第一章 绪论
Percy Spencer于1946年提出微波炉的构想，并于1950年取得该项目发明专利。微波炉的工作体制实质是微波与物体摩擦发出热能。前期微波炉尺寸大，不仅质量达到300KG高也达到1.5米以上，因此只能在大型饮食中心或市场采用。最早供家庭使用的微波炉是Raytheon企业于1965年研制出来。
目前，中国已经一跃变为全世界第一大微波炉使用国。并且，国内每年生产的微波炉达到3000W台，2005年国内市场微波炉需求的数量大约在1000W台。国内市场经过这么多年的检验，微波炉生产企业已经维持在80多家，而可供调查的只有20多家。
国外产品在微波炉刚兴起的时期，霸占了市场上80%的市场。但是因为前期微波炉的昂贵以及人民群众的消费水平不高，导致96年之后一部分的品牌撤离国内市场。1999年前后，国外产品中排名较为靠前的有Galanz、LG、Samsung。2001年前后，Midea公司强势抢占中国市场，并很快挤掉了Samsung，Samsung渐渐撤离国内市场。
伴随着现代人们生活品质的提高，微波炉成为了越来越多家庭所必不可少的家用电器，它大大地减轻了家庭妇女们的工作负担。而微波炉控制器则决定了一个微波炉性能的高低。鉴于市面上许多微波炉控制器用单片机设计的，质量不过关电路却很繁冗。本文运用电子自动化技术，以Quartus II平台和VHDL语言研制了新一代微波炉控制器。该控制器可以具有一键复位、状态转换、烹调定时、信息显示等功用。
1.1提出任务
在现代生活中，人们追求更快更好的生活，微波炉已成为快捷方面生活的一部分。伴随着智能信息化技术的潮流，微波炉也开始了这一方面的改革。目前市面上的微波炉的缺点在于：没有内置预选方案们，需要用户自己设置各种因素，若设置时间太久则食物容易烧焦，若时间太短则食物半生不熟，且耗能不少。针对这方面问题，要求我们研制一个运用EDA技术的微波炉控制器。
1.2设计内容及要求
1、运用EDA技术设计一个具有定时和信息显示功能的微波炉控制器。
2、要求该微波炉控制器能够在任意时刻取消当前工作，复位为初始状态。
3、可以按需求设置烹调时间，系统最长烹调时间为59分59秒，烹调开始后可以显示剩余时间的多少。
4、显示微波炉控制器的烹调方案。
5、编写程序，用仿真器进行波形仿真。
1.3设计目的及意义
鉴于市面上许多微波炉控制器是用单片机作为核心，质量不过关电路却很繁冗。本设计运用电子设计自动化（Electronic Design Automation）技术，以FPGA为根本，用Verilog HDL编程语言研发出来的新一代微波炉控制器。该控制器能够具有一键复位、状态转换、定时计时、信息显示等功用。
本系统以FPGA芯片为控制核心，用功能键设置烹饪方案，烹饪方案有烹调和烘烤两种。
本控制器在工作的时候，能执行定时计时、烹调方案显示等基础功能。
第二章 应用技术介绍
2.1 EDA技术发展与应用
EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）的首字母缩写，在20世纪60年代中期从计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助测试（CAT）和计算机辅助工程（CAE）的概念发展而来的。
在电子设计自动化（英语：Electronic design automation，缩写：EDA）出现之前，设计人员只能手工完成集成电路的设计、布线等工作，这同时也有当时所谓集成电路的繁冗程度远不及现在的原因。之后，工业界又采用几何学方法来制造用于电路绘图照片（photoplotter）的胶带。到了80年代中期，设计者开始试着把整个过程全部自动化，而不是单纯的止步于制作草图。世界上第一个电路自动铺线、布局的工具被研制出来。设计自动化大会（Design Automation Conference）在这一时期成立，目的在于促进电子设计自动化的进步。
CAD进步的另一个关键阶段是由Carver Mead和Lynn Conway在1980年提出的论文“Introduction to VLSI Systems”为起点。这一篇意义非凡的论文提出了通过编程语言来进行芯片设计的新思想。如果要实现这个想法，就可以大大提高芯片设计的复杂性。这是一个主要原因用于逻辑模拟集成电路，性能功能验证工具已得到极大改善。随着计算机仿真技术的发展，设计项目中，为了减少人为的，实际的硬件电路仿真可以构成芯片的布线布局设计要求前，软错误率下降进行。即使在今天，尽管用于开发，但仍然继续进行，在旨在证实电路的正常操作，使用的软件工具，用于低级别的物理设计的编程语言的语言和工具以获得抽象，它被集成在这种方式，留下的数字集成电路设计的基础。
自1981年以来，电子设计自动化渐渐向商业化转变。1984年设计自动化会议上举办的第一个以EDA为主元素的售卖展览。EDA在1986年推出了一种硬件描述语言Vedilog。 1987年，在美国国防部赞助之下，它创造了另一种不同的硬件描述语言VHDL。现代电子设计自动化设计工具，可以阅读、不同类型的识别硬件描述。根据这些语言规范产生的各种仿真系统迅速被推出，使得设计人员可对设计的芯片进行直接仿真。后来，技术的发展更侧重于逻辑综合。
目前的数字IC设计的更加模块化（见IC设计，设计融合（设计闭合）和设计流程（设计流程））。半导体器件的制造工艺需要标准化设计说明，高级别抽象描述将以信息元素（cell）的形式进行编译。设计师需要考虑执行逻辑设计信息元素的特定硬件技术。使用特定的集成电路的制造过程，以实现硬件电路信息单元将执行一个预定的逻辑，或其它电子功能。大多数半导体硬件制造商将提供“单元库”为自己的部件的制造，以及提供一标准的仿真模型。相对于数字EDA工具，电子设计自动化工具仿真系统大多不是模块化的，这是因为模拟电路的功能更加复杂而不同部分的相互影响比较大，加上作业原理复杂，电子元件一般不那么理想。 Verilog AMS就是一种用于模拟电子设计的硬件描述语言。此外，设计人员可以使用硬件验证语言来完成项目的验证工作目前最新的发展趋势是将集描述语言、验证语言集成为一体，典型的例子有SystemVerilog。
伴随着半导体技术的进步、集成电路的放大，电子设计自动化的重要性越来越突出。这些工具的用户包含半导体器件制造类硬件技术人才，他们的职责是负责半导体器件制造设备的运行和管理整个车间。一部分将设计作为主营业务的公司，采用电子设计自动化软件来评估制造业是否能适应新的设计任务。Electronic Design Automation工具也被用来把设计的功能放入类似现场可编程门阵列的半定制可编程逻辑器件，或开发全定制的ASIC
EDA技术是指以计算机为工作平台，融合了应用电子技术、计算机技术、信息处理及智能化技术的最新成果，进行电子产品的自动设计【[[] 基于企业需求的嵌入式教学内容设置分析 [J]，谭斐，《中国电力教育》，2013年]】。
使用电子设计自动化工具，设计者可以从本质、算数法则各个基础方面重新对系统进行设定。不仅大部分工作交给了电脑，同时能把该设计从分析电路、质量评估到最后绘制样图的整个工作系统均交给其自动进行处理。
目前对于EDA的理解范围比较广。包括在机械、电子、通信、航空航天、化工、矿产、生物、医学、军事等各个领域，都有EDA的应用【[[]基于SOPC技术的水下视频数字传输系统的设计[D]，李绍光，2009年 中国海洋大学]】。现在EDA技术已经频繁应用于知名公司、企业以及教育研究等机构。比如在汽车制造过程中，从模板制图、质量分析直到模拟试跑，都可能涉及到电子自动化技术。
参考文献
[] 基于企业需求的嵌入式教学内容设置分析 [J]，谭斐，《中国电力教育》，2013年
[]基于SOPC技术的水下视频数字传输系统的设计[D]，李绍光，2009年 中国海洋大学
[] 无线EIT系统设计及图像融合技术研究[D]，李健楠，2013年 天津科技大学
[] 全定制FPGA设计技术研究[D]，刘武，2010年，电子科技大学
[] 基于FPGA的高精度地震勘探数据采集系统[D]，龚江涛，2007年，成都理工大学
[] 基于FPGA的长时间低零漂积分器[J]，吴彬彬，2010年，中国科学院研究生院
[] 毫米波雷达导引信号处理器设计与实现[D]，张辉，2014年，中国科学院大学
因为设计者们的不断补充与完善，创造出来的EDA工具也非常多。目前进入我国并具有广泛影响的EDA软件有：EWB、PSPICE、OrCAD、PCAD、Protel、Viewlogic、Mentor、Graphics、Synopsys、LSIlogic、Cadence、MicroSim等等。
