洗衣機(jī)發(fā)展研究及控制電路設(shè)計(jì)

夏路華

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

摘 要：該文通過介紹洗衣機(jī)的背景、國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及洗衣機(jī)分類，了解洗衣機(jī)控制電路的工作原理和特點(diǎn)，介紹Verilog語法要素，2Verilog HDL的設(shè)計(jì)流程，確定以波輪式洗衣機(jī)的工作方式利用Verilog HDL完成洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了控制電路的基本控制功能。洗衣機(jī)電路設(shè)計(jì)借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調(diào)整程度大等優(yōu)勢(shì)，降低了設(shè)計(jì)開發(fā)費(fèi)用低和風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：洗衣機(jī)控制電路 Verilog HDL

中圖分類號(hào)：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）05（b）-0160-03

1910年，美國(guó)人費(fèi)希爾在芝加哥試制成功世界上第一臺(tái)電動(dòng)洗衣機(jī)的問世，標(biāo)志著人類洗衣能夠自動(dòng)化的開始。伴隨著工業(yè)化進(jìn)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(jī)已經(jīng)不止是簡(jiǎn)單的具有洗衣這項(xiàng)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(diǎn)。

將數(shù)字硬件系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)，和傳統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)方法相比較，這樣就可以大大降低了電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和工作了，同時(shí)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(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r

隨著時(shí)代的進(jìn)步，洗衣機(jī)從最初的簡(jiǎn)單功能已經(jīng)發(fā)展到了豐富多樣性。如今的洗衣機(jī)已經(jīng)達(dá)到單雙缸、全自動(dòng)和更高端的水平。隨著技術(shù)潮流的到來以及國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平的提升，中國(guó)的洗衣機(jī)已經(jīng)能夠在市場(chǎng)中有立足之地，技術(shù)水平不斷提升，質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)也在提高。

從洗衣機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀來說，許多品牌的洗衣機(jī)已經(jīng)脫離了對(duì)國(guó)外技術(shù)的依賴，能夠在掌握核心科技占領(lǐng)主動(dòng)位置。近年來，我國(guó)對(duì)洗衣機(jī)的進(jìn)口比重在不斷下降，國(guó)產(chǎn)洗衣機(jī)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(chǎng)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(guó)際上，洗衣機(jī)發(fā)展已經(jīng)較為長(zhǎng)久，尤其是在日本、美國(guó)等國(guó)家，洗衣機(jī)有良好的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)和技術(shù)實(shí)力。滾筒洗衣機(jī)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(duì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。在許多經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家，高端的滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)十分普及。美國(guó)原本以攪拌式洗衣機(jī)為主，近年來滾筒洗衣機(jī)已經(jīng)成為市場(chǎng)的主流。由日本發(fā)展而來的波輪洗衣機(jī)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(dòng)化程度也在提高。國(guó)外的洗衣機(jī)以惠而浦、西門子、松下等品牌在國(guó)際上占有較高地位。

2 洗衣機(jī)的分類

一般來說，洗衣機(jī)共有三種類型：波輪洗衣機(jī)、滾筒洗衣機(jī)以及攪拌洗衣機(jī)，但目前國(guó)內(nèi)賣場(chǎng)上以波輪機(jī)和滾筒機(jī)為主，攪拌機(jī)很少出現(xiàn)。

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

優(yōu)缺點(diǎn)：洗衣速度快、價(jià)格較低、方便使用和維修；對(duì)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(jī)：發(fā)源于歐洲，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)普遍使用。滾筒洗衣機(jī)通過是模仿人使用棒錘擊打衣物的動(dòng)作設(shè)計(jì)，利用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾筒翻轉(zhuǎn)，使衣物在滾筒中不斷地上升落下，做重復(fù)運(yùn)動(dòng)，類似于捶打衣物的動(dòng)作，加上洗滌劑和水的共同作用下使衣物達(dá)到清洗干凈的效果。

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

（3）攪拌洗衣機(jī)：攪拌式洗衣機(jī)比波輪式洗衣機(jī)更早出現(xiàn)。全自動(dòng)攪拌式洗衣機(jī)發(fā)源于美國(guó)，主要在美國(guó)使用較多，國(guó)內(nèi)很少出現(xiàn)這種洗衣機(jī)，因此這種洗衣機(jī)不是設(shè)計(jì)和研究的主流。

3 基于Verilog HDL洗衣機(jī)控制電路設(shè)計(jì)

從計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以來，許多應(yīng)用得以在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，EDA就是借助計(jì)算機(jī)發(fā)展而來的技術(shù)。在現(xiàn)如今計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下，電子技術(shù)從各個(gè)方面得到了飛速的發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)現(xiàn)代化的電子產(chǎn)品已經(jīng)滲透在社會(huì)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(jì)生產(chǎn)和更新?lián)Q代在EDA技術(shù)的支持下越來越快。同時(shí)進(jìn)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?？?。

Verilog 硬件描述語言通常被人們簡(jiǎn)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(jì)算機(jī)和工具可以利用它可以描述邏輯電路圖和邏輯表達(dá)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(yàn)證。Verilog HDL在計(jì)算機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)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(biāo)準(zhǔn)。

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(yùn)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(jí)、門級(jí)直到開關(guān)級(jí)。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(jiǎn)單的只有一個(gè)門，甚至還可以擁有一整個(gè)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(shí)序建模在這個(gè)描述中。

Verilog HDL 硬件描述語言具如下的特點(diǎn)

（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(jì)中層次與范圍的描述。

（3）可借助高級(jí)語言的結(jié)構(gòu)來簡(jiǎn)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(jì)中的重要性不言而喻，在高層次數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)行層次嵌套的。在大型的數(shù)字電路設(shè)計(jì)中常常分割成不同的小模塊來實(shí)現(xiàn)特定的功能，最后通過頂層模塊調(diào)用子模塊來實(shí)現(xiàn)整體功能（模塊化設(shè)計(jì)的思想top-down）。

（2）每個(gè)模塊要進(jìn)行端口定義，并說明輸入輸出口，然后對(duì)模塊的功能進(jìn)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(gè)語句，一個(gè)語句也可以分寫多行（分號(hào)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(hào)。

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

5 Verilog模塊結(jié)構(gòu)

一個(gè)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(fù)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(dòng)源。

7 2Verilog HDL的設(shè)計(jì)流程

自頂向下（Top-down）的設(shè)計(jì)流程

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

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

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(jì)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(shí)現(xiàn)電路設(shè)計(jì)，最后完成仿真測(cè)試，驗(yàn)證最后設(shè)計(jì)結(jié)果是否符合要求以及實(shí)現(xiàn)的功能。洗衣機(jī)電路設(shè)計(jì)借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調(diào)整程度大等優(yōu)勢(shì)，降低了設(shè)計(jì)開發(fā)費(fèi)用低和風(fēng)險(xiǎn)。通過了解洗衣機(jī)的發(fā)展背景與研究，確定設(shè)計(jì)的功能和方案，輔助設(shè)計(jì)流程。

參考文獻(xiàn)

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