洗衣機發展研究及控制電路設計

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、國內外發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計，實現了控制電路的基本控制功能。洗衣機電路設計借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調整程度大等優勢，降低了設計開發費用低和風險。

關鍵詞：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。伴隨著工業化進程的腳步以及電子技術領域的發展其作用和功能也在不斷地發展。如今很多的洗衣機已經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展，這種多功能化已經是許多家用電器用品的共同特點。

將數字硬件系統在計算機上實現設計，和傳統的電路設計方法相比較，這樣就可以大大降低了電路設計的復雜性和工作了，同時提高效率。除此之外，在新的技術和工藝應用下也使產品的體積大大縮小，而且非常有效地降低了系統的功耗。

1 國內外發展狀況

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

從洗衣機在國內的發展現狀來說，許多品牌的洗衣機已經脫離了對國外技術的依賴，能夠在掌握核心科技占領主動位置。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，高端產品在市場山也越來越受歡迎，涌現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，洗衣機發展已經較為長久，尤其是在日本、美國等國家，洗衣機有良好的經驗基礎和技術實力。滾筒洗衣機已經誕生了80多年，在幾十年的發展過程中，除了在技術水平和電子化程度在提升外，一直保持著相對穩定的結構。在許多經濟較為發達的國家，高端的滾筒洗衣機已經十分普及。美國原本以攪拌式洗衣機為主，近年來滾筒洗衣機已經成為市場的主流。由日本發展而來的波輪洗衣機也在不停的更新，在節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，但目前國內賣場上以波輪機和滾筒機為主，攪拌機很少出現。

（1）波輪洗衣機：20世紀中期出現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，是我們日常生活中占有比例最高的的洗衣機。波輪洗衣機單缸、雙缸和全自動波輪洗衣機等。洗衣機的桶內底部有一個轉動波輪，通過波輪的轉動帶動衣物在水中旋轉，使衣物與水和桶壁產生摩擦從而達到清洗衣物的目的。

優缺點：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、清洗不夠干凈。

（2）滾筒洗衣機：發源于歐洲，在經濟發達的國家和地區普遍使用。滾筒洗衣機通過是模仿人使用棒錘擊打衣物的動作設計，利用電機的轉動帶動滾筒翻轉，使衣物在滾筒中不斷地上升落下，做重復運動，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。全自動攪拌式洗衣機發源于美國，主要在美國使用較多，國內很少出現這種洗衣機，因此這種洗衣機不是設計和研究的主流。

3 基于Verilog HDL洗衣機控制電路設計

從計算機技術發展以來，許多應用得以在計算機平臺上實現，EDA就是借助計算機發展而來的技術。在現如今計算機技術的推動下，電子技術從各個方面得到了飛速的發展，借助計算機現代化的電子產品已經滲透在社會的各種領域，大大提高信息化和專業化水平，電子產品的設計生產和更新換代在EDA技術的支持下越來越快。同時進一步完善的新一代產品性能，所以現如今產品更跟新速度非常快。

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字電路系統的結構行為的語言。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字邏輯系統所完成的整體邏輯功能并驗證。Verilog HDL在計算機平臺的基礎上于20世紀80年代被開發出來的，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。兩種HDL均采用IEEE標準。

在Verilog語言被開發之前，C語言已經開發出來了，并且在很多方面得到了廣泛應用，因此Verilog語言的開發有從C語言基礎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，其可以運用于數字系統建模，它的模型的抽象層次能夠從算法級、門級直到開關級。用于建模的數字系統，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字系統。使用Verilog語言可以將數字系統分層次的描述，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構，

（2）支持邏輯設計中層次與范圍的描述。

（3）可借助高級語言的結構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換等。

Verilog HDL在數字邏輯設計中的重要性不言而喻，在高層次數字系統設計領域的比重越來越大。

4 Verilog語法要素

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

（4）除了endmodule語句外，每條賦值語句和數據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模塊結構

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數據類型及邏輯值

（1）最基本的數據類型：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：不確定：邏輯沖突無法確定其邏輯值；

（6）z表示：高阻抗、三態、無驅動源。

7 2Verilog HDL的設計流程

自頂向下（Top-down）的設計流程

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

第二步：整個系統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綜合開發工具完成工藝庫的映射。

自頂向下的設計方法如圖1所示。

4 結語

通過相應的Verilog HDL開發工具實現電路設計，最后完成仿真測試，驗證最后設計結果是否符合要求以及實現的功能。洗衣機電路設計借助了Verilog HDL的便捷性和靈活性，可調整程度大等優勢，降低了設計開發費用低和風險。通過了解洗衣機的發展背景與研究，確定設計的功能和方案，輔助設計流程。

參考文獻

[1] 喬廬峰.Verilog HDL數字系統設計與驗證[M]：北京：電子工業出版社，2009.

[2] 吳戈.Verilog HDL與數字系統設計簡明教程[M]：北京：人民郵電出版社，2009.

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