एल आई जी एच टी एस: 5 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

इस अंतिम परियोजना का उद्देश्य कुछ ऐसा बनाना था जो स्थिरता पर ध्यान केंद्रित करे और डिजिटल डिजाइन अवधारणाओं को लागू करे, और ऐसा करने के लिए, मैंने वीएचडीएल का उपयोग करके एक स्केलेबल पावर सेविंग सिस्टम डिजाइन करने का फैसला किया और बेसिस 3 बोर्ड (आर्टिक्स -7 35 टी श्रृंखला) के लिए बनाया गया।) स्केलेबल क्योंकि एक कमरे में कितने भी सेंसर लगाए जा सकते हैं और इनमें से कोई भी सिस्टम किसी इमारत या घर के आसपास लगाया जा सकता है। यह प्रणाली क्या करेगी, सैद्धांतिक रूप से वाणिज्यिक भवन में हजारों डॉलर बचाती है और सक्रिय रूप से और निष्क्रिय रूप से नियंत्रित रोशनी, गति डिटेक्टरों, सात खंडों के डिस्प्ले पर प्रदर्शित टाइमर की एक कनेक्टेड प्रणाली को लागू करके छोटे आवासीय समुदायों में ऊर्जा खपत का एक बड़ा प्रतिशत कम करती है, और नियंत्रण स्विच। यह उदाहरण तीन मोशन डिटेक्टरों, एक मास्टर स्विच, एक मैनुअल/सामान्य स्विच, चार सात सेगमेंट डिस्प्ले, और एक सिंगल लाइट सिस्टम नियंत्रण के साथ एक सिस्टम से संबंधित है।

उदाहरण के लिए, एक चुने हुए कमरे में, कई मोशन डिटेक्टरों को चारों ओर रखा जाएगा (इस उदाहरण डिज़ाइन में तीन हैं), और प्रत्येक एक सिग्नल भेजेगा (1) यदि यह गति का पता लगाता है, और (0) यदि ऐसा नहीं होता है। यदि गति डिटेक्टरों में से कम से कम एक गति का पता लगाता है, तो रोशनी चालू हो जाती है यदि पहले से चालू नहीं है और यदि पहले से ही चालू है। किसी भी समय सभी मोशन डिटेक्टर कुछ भी पता नहीं लगाते हैं, एक टाइमर एक निर्धारित समय (कोड में एडजस्टेबल) के लिए काउंट डाउन करना शुरू कर देता है, और टाइमर के काउंट डाउन होने पर लाइट्स चालू रहती हैं। एक बार जब टाइमर की गिनती खत्म हो जाती है, तो टाइमर बंद हो जाता है और लाइट बंद हो जाती है। यदि टाइमर की गिनती के दौरान कम से कम एक मोशन डिटेक्टर गति का पता लगाता है, तो टाइमर रुक जाता है और रीसेट हो जाता है। और अगर रोशनी बंद होने पर कम से कम एक मोशन डिटेक्टर गति का पता लगाता है, तो रोशनी तुरंत चालू हो जाती है।

इस प्रणाली में दो मोड हैं, एक ऊपर बताए गए टाइमर के साथ, और दूसरा जहां एक स्विच है जो मैन्युअल रूप से रोशनी को नियंत्रित करता है (सेंसर को अनदेखा कर रहा है)। एक मास्टर स्विच है जो उपयोगकर्ता को यह चुनने की अनुमति देता है कि वे किस मोड का उपयोग करना चाहते हैं, जिसके आधार पर उन्हें लगता है कि कुल मिलाकर अधिक ऊर्जा की बचत होगी। भूतपूर्व। हॉलवे जैसे कमरे को निष्क्रिय टाइमर मोड से फायदा हो सकता है- उपयोगकर्ता यह सुनिश्चित नहीं कर सकते कि लोग कब गुजरेंगे, लेकिन हर बार जब वे प्रवेश करते हैं और बाहर निकलते हैं तो रोशनी चालू और बंद करना एक असुविधा होगी, जबकि ऐसा कमरा एक एकल उपयोगकर्ता के साथ एक शयनकक्ष के रूप में मैन्युअल रूप से संचालित बेहतर होगा। और मास्टर स्विच ऐसे मामलों में सहायक होगा जैसे कि यदि बेडरूम में रहने वाले व्यक्ति को विस्तारित अवधि के लिए छोड़ना है, तो मास्टर स्विच को बंद किया जा सकता है, और टाइमर मोड ऊर्जा को अधिक कुशलता से बचाने के लिए काम करेगा।

तो इस प्रणाली में, दो राज्य मशीनें हैं, एक मुख्य राज्य मशीन है, और दूसरी उलटी गिनती टाइमर के लिए है। मुख्य राज्य मशीन में पांच राज्यों को परिभाषित किया गया है: 1. "लाइट्स ऑन, मूवमेंट डिटेक्ट" (आईडी = 000), 2. "लाइट्स ऑन, नो मूवमेंट डिटेक्शन" (आईडी = 001), 3. "लाइट ऑफ, नो मूवमेंट पता चला" (आईडी = 010), 4. "मैन्युअल रूप से चालू" (आईडी = 011), और 5. "मैन्युअल रूप से बंद" (आईडी = 100)। इस मुख्य राज्य मशीन में चार इनपुट होते हैं: मास्टर स्विच (एमएस), मैनुअल/सामान्य स्विच (एनएस), एक सिग्नल जो उच्च होता है जब कम से कम एक स्विच आंदोलन का पता लगाता है, और अन्यथा कम होता है (ओआरएक्स), और एक सिग्नल जो है एक बार टाइमर हो जाने के बाद उच्च, और कम है अन्यथा (td)। मुख्य राज्य मशीन में दो आउटपुट होते हैं: रोशनी (रोशनी) और एक संकेत जो इंगित करता है कि उलटी गिनती टाइमर (टाइमर) या (टी) को कब चालू करना है (दोनों का उपयोग परस्पर किया जाता है)।

दूसरी स्टेट मशीन, काउंटडाउन टाइमर में १२ अवस्थाएँ होती हैं: उनमें से १० में सात खंड प्रदर्शित होने वाली संख्या से जुड़े आईडी होते हैं- "सेग १०" (आईडी = १०१०), "सेग ९" (आईडी = १००१), […], "seg 2" (id = 0010), "seg 1" (id = 0001), और अन्य दो राज्य दोनों शून्य प्रदर्शित करते हैं, टाइमर के बंद होने का प्रतिनिधित्व करते हैं- इसलिए पहला रिक्त "रिक्त 1" है (id = 1111) और दूसरा खाली "रिक्त 2" (आईडी = 0000)। उलटी गिनती टाइमर में एक इनपुट होता है: टाइमर (टी), और तीन आउटपुट: बाइनरी में चार बिट्स (बिन) के साथ प्रदर्शित संख्या और टाइमर को इंगित करने वाला एक संकेत किया जाता है (टीडी)।

चरण 1: ब्लैक बॉक्स आरेख

यह एक सिंहावलोकन है कि कैसे पूरे सिस्टम को संचालित करना चाहिए, और एक ब्लैक बॉक्स आरेख के साथ इसका वर्णन किया गया है।

• घड़ी का उपयोग मुख्य राज्य मशीन और सात खंड डिकोडर को देखने के लिए किया जाता है; डाउन काउंटर के लिए एक धीमी घड़ी की आवश्यकता होती है, इसलिए एक क्लॉक डिवाइडर मॉड्यूल होता है जो क्लॉक इनपुट लेता है और डाउन काउंटर के लिए धीमी घड़ी को आउटपुट करता है।
• आवरण में मध्यवर्ती चर (orx) गति संवेदकों से बंधा होता है और यदि कम से कम एक सेंसर कुछ पता लगाता है, और कम अन्यथा उच्च होगा; उसके लिए बूलियन समीकरण सिर्फ orx = s(2) या s(1) या s(0) है।

• मुख्य fsm नियंत्रित करता है कि इनपुट (orx, ms, ns, td) के आधार पर सिस्टम किस सामान्य स्थिति में है और वर्तमान स्थिति को आउटपुट करता है जिसमें यह (sm) दो संकेतों के साथ सरलीकृत दिखाया गया है जिसका उपयोग (टाइमर और लाइट) के लिए किया जाता है।

  • (टाइमर) एक रैपर सिग्नल है जो डाउन काउंटर fsm को इसके इनपुट के रूप में भेजा जाता है और इसे मुख्य fsm की वर्तमान स्थिति द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह इंगित करता है कि टाइमर को कब चालू करना है।
  • (रोशनी) एक रैपर सिग्नल है जिसका उपयोग एलईडी को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है और इसे मुख्य fsm की वर्तमान स्थिति द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

• डाउन काउंटर fsm नियंत्रित करता है कि इनपुट (टाइमर) के आधार पर सात खंड क्या प्रदर्शित करता है और वर्तमान स्थिति को आउटपुट करता है जिसमें यह (sd) दो संकेतों के साथ सरलीकृत दिखाया गया है जिसका उपयोग (td और bin) के लिए किया जाता है।

  • (td) एक रैपर सिग्नल है जो मुख्य fsm को इसके इनपुट के रूप में भेजा जाता है और इसे डाउन काउंटर fsm की वर्तमान स्थिति द्वारा नियंत्रित किया जाता है। यह एक फीडबैक सिग्नल के रूप में कार्य करता है जो इंगित करता है कि टाइमर कब किया गया है।
  • (बिन) एक चार बिट रैपर सिग्नल है जिसे शून्य के चार बिट्स ("0000" और बिन) के साथ जोड़ा जाता है और संयुक्त आठ बिट्स को आठ बिट रैपर सिग्नल (क्यू) पर भेजा जाता है, जो बदले में सात को भेजा जाता है। खंड डिकोडर (ALU_VAL) के अंतर्गत।

• सात खंड मॉड्यूल पॉलीलर्न के समान है; इसके मुख्य इनपुट 8 बिट संख्या (बिन) से (ALU_VAL) तक चार अलग-अलग सात सेगमेंट डिस्प्ले पर प्रदर्शित करने के लिए आउटपुट (SEGMENTS) से रैपर सिग्नल (seg) और (DISP_EN) से रैपर (disp_en) तक प्रदर्शित होते हैं।

  • चूंकि दो या दो से अधिक सात खंड एक ही समय में अलग-अलग अंक प्रदर्शित नहीं कर सकते हैं, चार एसएसईजी के माध्यम से चक्र के लिए एक घड़ी की आवश्यकता होती है, प्रत्येक एसएसईजी को अलग-अलग चालू करने के लिए एक समय में उपयुक्त अंक प्रदर्शित करना, और साइकिल चलाना पर्याप्त रूप से पर्याप्त बनाता है ssegs एक बार में सभी पर दिखाई देते हैं।
  • (चिह्न और मान्य) इस पूरे कार्यक्रम में स्थिर हैं, इसलिए (चिह्न) स्थायी रूप से कम सेट है और (वैध) स्थायी रूप से उच्च सेट है।
  • (ALU_VAL) एक इनपुट के रूप में रैपर सिग्नल (q) लेता है, जो बाइनरी में सात सेगमेंट डिस्प्ले पर प्रदर्शित होने वाली संख्या का प्रतिनिधित्व करता है।
  • आउटपुट (SEGMENTS) को आठ बिट रैपर सिग्नल (seg) और (DISP_EN) को चार बिट रैपर सिग्नल (disp_en) पर भेजा जाता है।

• एक डी फ्लिप फ्लॉप मॉड्यूल भी है जो आरेख में स्पष्ट रूप से नहीं दिखाया गया है, लेकिन दो राज्य मशीनों के लिए सबमॉड्यूल के रूप में आवश्यक है और राज्यों को समकालिक रूप से संक्रमण में मदद करता है।

  • (3) इनमें से मुख्य fsm के लिए आवश्यक हैं क्योंकि 2^(3) = 8 > 5 राज्य एन्कोडिंग के लिए हैं
  • (4) इनमें से डाउन काउंटर fsm के लिए 2^4 = 16> 12 स्टेट्स एन्कोडिंग के लिए आवश्यक हैं

चरण 2: राज्य मशीनें

दो राज्य मशीनों को ठीक से डिजाइन करने के लिए, अलग-अलग राज्यों को स्पष्ट रूप से परिभाषित करने की आवश्यकता है, इसके आउटपुट और राज्य के साथ अलग-अलग संभावित इनपुट के आधार पर यह संक्रमण होता है।

मुख्य एफएसएम कहता है:

"लाइट ऑन, मूवमेंट का पता चला" (आईडी = 000)

रोशनी चालू है, गति डिटेक्टरों में से कम से कम एक गति का पता लगाता है, इसलिए orx उच्च होना चाहिए और ms चालू होना चाहिए।

• आउटपुट: रोशनी = 1 और टाइमर = 0
• इस अवस्था में रहता है जब ms = 1 और orx = 1 होता है।
• यदि ms = 1 और orx = 0 है, तो "लाइट ऑन, नो मूवमेंट डिटेक्ट" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 1 है तो "मैन्युअल रूप से चालू" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 0 है, तो "मैन्युअल रूप से बंद" स्थिति में चला जाता है।

"लाइट ऑन, कोई मूवमेंट नहीं मिला" (आईडी = 001)

लाइटें चालू हैं, किसी मोशन डिटेक्टर से कोई हलचल नहीं मिली है, इसलिए orx कम होना चाहिए और ms चालू होना चाहिए। इसके अलावा इस स्थिति की शुरुआत में टाइमर को उच्च सेट किया जा रहा है, उलटी गिनती एफएसएम को उलटी गिनती शुरू करने के लिए कहता है, उलटी गिनती के लिए आगे बढ़ता है, और उलटी गिनती एफएसएम इस एफएसएम को बताता है कि यह गिनती हो गई है, और उलटी गिनती बंद हो जाती है।

• आउटपुट: रोशनी = 1 और टाइमर = 1।
• इस अवस्था के रूप में रहता है जब ms = 1 और orx = 0 और td (टाइमर हो जाता है) = 0।
• यदि ms = 1 और orx = 1 है तो "लाइट ऑन, मूवमेंट डिटेक्ट" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 1 और orx = 0 और td = 1 है तो "लाइट ऑफ, नो मूवमेंट डिटेक्ट" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 1 है, तो "मैन्युअल रूप से चालू" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 0 है, तो "मैन्युअल रूप से बंद" स्थिति में चला जाता है।

"लाइट बंद, कोई हलचल नहीं मिली" (आईडी = 010)

लाइटें बंद हैं, किसी भी मोशन सेंसर से कोई हलचल नहीं मिली है और टाइमर की गिनती खत्म हो गई है, इसलिए orx कम होना चाहिए, ms चालू है, और td बंद है।

• आउटपुट: रोशनी = 0 और टाइमर = 0।
• इस अवस्था में रहता है जब ms = 1 और orx = 0।
• यदि ms = 1 और orx = 1 है, तो "लाइट ऑन, मूवमेंट डिटेक्ट" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 1 है तो "मैन्युअल रूप से चालू" स्थिति में जाता है।
• यदि ms = 0 और ns = 0 है, तो "मैन्युअल रूप से बंद" स्थिति में चला जाता है।

"मैन्युअल रूप से चालू" (आईडी = 011)

रोशनी चालू है, गति डिटेक्टर अप्रासंगिक हैं, इसलिए एमएस बंद है, और एनएस चालू है।

• आउटपुट: रोशनी = 1 और टाइमर = 0।
• इस अवस्था में रहता है जब ms = 0 और ns = 1 होता है।
• यदि ms = 0 और ns = 0 है, तो "मैन्युअल रूप से बंद" स्थिति में चला जाता है।
• राज्य में जाता है "रोशनी बंद हो जाती है, एमएस = 1 होने पर कोई हलचल नहीं मिली।

"मैन्युअल रूप से बंद" (आईडी = 100)

लाइट बंद हैं, मोशन डिटेक्टर अप्रासंगिक हैं, इसलिए एमएस बंद है, और एनएस बंद है।

• आउटपुट: रोशनी = 0 और टाइमर = 0।
• इस अवस्था के रूप में रहता है जब ms = 0 और ns = 0।
• यदि ms = 0 और ns = 1 है तो "मैन्युअल रूप से चालू" स्थिति में जाता है।
• राज्य में जाता है "रोशनी बंद हो जाती है, एमएस = 1 होने पर कोई हलचल नहीं मिली।

डाउन काउंटर बताता है:

"सेग १०" (आईडी = १०१०)

सात खंड का प्रदर्शन एक 10 दिखाता है।

• आउटपुट: बिन = "1010" और टीडी = 0।
• टाइमर = 1 होने पर "सेग 9" राज्य में जाता है।
• टाइमर = 0 होने पर "रिक्त 2" राज्य में जाता है।

"सेग 9" (आईडी = 1001)

सात खंड का प्रदर्शन एक 9 दिखाता है।

• आउटपुट: बिन = "1001" और टीडी = 0।
• टाइमर = 1 होने पर "सेग 8" राज्य में जाता है।
• टाइमर = 0 होने पर "रिक्त 2" राज्य में जाता है।

(राज्य "सेग 8" से "सेग 2" तक छोड़े गए हैं क्योंकि वे "सेग 10" और "सेग 9" के समान पैटर्न का पालन करते हैं और स्पष्टीकरण के लिए आवश्यक नहीं है)

"सेग 1" (आईडी = 0001)

सात खंड का प्रदर्शन 1 दिखाता है।

• आउटपुट: बिन = "0001" और टीडी = 0।
• घड़ी के अगले बढ़ते किनारे पर "रिक्त 2" राज्य में जाता है (कोई इनपुट आवश्यक नहीं)।

"रिक्त 2" (आईडी = 1111)

सात खंड प्रदर्शन एक 0 दिखाता है। दूसरे रिक्त राज्य का उद्देश्य यह है कि सुरक्षा के लिए टीडी = 1 के लिए एक अलग राज्य है।

• आउटपुट: बिन = "११११" और टीडी = १।
• घड़ी के अगले बढ़ते किनारे पर "रिक्त 1" राज्य में जाता है (कोई इनपुट आवश्यक नहीं)।

"रिक्त 1" (आईडी = 0000)

सात खंड प्रदर्शन एक 0 दिखाता है। यह वह स्थिति है जिसमें सिस्टम रहता है जब मुख्य राज्य मशीन राज्य में होती है "लाइट बंद, कोई आंदोलन नहीं मिला"।

• आउटपुट: बिन = "0000" और टीडी = 0।
• टाइमर = 1 होने पर "सेग 10" राज्य में जाता है।

चरण 3: स्टेट मशीन ट्रुथ टेबल्स, एक्साइटेशन इक्वेशन और आउटपुट इक्वेशन

अगला कदम दो राज्य मशीनों के लिए सत्य सारणी बनाना और प्रत्येक एफएसएम के लिए उत्तेजना समीकरण और आउटपुट समीकरण बनाना है। प्रत्येक fsm उत्तेजना समीकरण के लिए, वर्तमान स्थिति और उसके इनपुट संकेतों के संदर्भ में प्रत्येक अगले राज्य एन्कोडेड बिट के लिए समीकरण होने की आवश्यकता है। प्रत्येक fsm आउटपुट समीकरण के लिए, वर्तमान स्थिति के संदर्भ में प्रत्येक आउटपुट सिग्नल के लिए समीकरण होने चाहिए। समीकरणों के सभी चार सेट दर्शाए गए सत्य तालिकाओं से खींचे जा सकते हैं। (क्यूएन प्रत्येक राज्य मशीन के लिए अगला राज्य एन्कोडेड बिट है, और क्यू वर्तमान स्थिति है)

(000) q(2)'q(1)'q(0)' के बराबर, और (0000) q(3)'q(2)'q(1)'q(0)' के बराबर

(उदा. (0101) q(3)'q(2)q(1)'q(0) है और (110) q(2)q(1)q(0)' है)

मुख्य fsm के लिए उत्तेजना समीकरण:

• क्यूएन(2) = (एमएस)'(एनएस)
• qn(1) = (ms)'(ns)' + (ms)(orx)'[(td)(001) + (010)] + (ms)[(011) + (100)]
• qn(0) = (ms)'(ns)' + (ms)(orx)'[(000) + (td)'(001)]

मुख्य fsm के लिए आउटपुट समीकरण:

• रोशनी = (000) + (001) + (100)
• टाइमर = (001)

डाउन काउंटर fsm के लिए उत्तेजना समीकरण:

• क्यूएन (3) = टी [(0000) + (1010) + (1001) + (0001)]
• क्यूएन(2) = टी [(1000) + (०१११) + (०११०) + (०१०१) + (०००१)]
• क्यूएन (1) = टी [(0000) + (1000) + (0111) + (0100) + (0011) + (0001)]
• क्यूएन (0) = टी [(१०१०) + (१०००) + (०११०) + (०१००) + (००१०) + (०००१)]

डाउन काउंटर fsm के लिए आउटपुट समीकरण:

• टीडी = (1111)
• बिन(3) = (1010) + (1001) + (1000) + (1111) + (0000)
• बिन(२) = (०१११) + (०११०) + (०१०१) + (०१००) + (११११) + (००००)
• बिन(1) = (1010) + (0111) + (0110) + (0011) + (0010) + (1111) + (0000)
• बिन(0) = (1001) + (0111) + (0101) + (0011) + (0001) + (1111) + (0000)

चरण 4: रैपर, सबमॉड्यूल और बाधा

जैसा कि पहले चरण 1 में बताया गया है, इस परियोजना के लिए इन मॉड्यूलों की आवश्यकता है और ये सभी " final_proj.vhd" शीर्षक वाले रैपर मॉड्यूल के साथ जुड़े हुए हैं। "Basys3_Master.xdc" शीर्षक वाली बाधा फ़ाइल का उपयोग सभी रैपर इनपुट और आउटपुट को स्विच, सात खंड, और बेसिस 3 बोर्ड पर I/O पोर्ट से जोड़ने के लिए किया जाता है। मास्टर स्विच तार के किनारे के सबसे करीब बोर्ड पर स्विच होना चाहिए, सामान्य / मैनुअल स्विच दूसरा निकटतम है, और तीन गति सेंसर का प्रतिनिधित्व करने वाले तीन स्विच सामान्य / मैनुअल स्विच के ठीक बगल में तीन स्विच हैं. सभी कोड (बूलियन समीकरण, मॉड्यूल घोषणाएं, आदि) पहले से ही फाइलों में लिखे गए हैं, इसलिए आपको यह काम करने के लिए कुछ और लिखने की जरूरत नहीं है।

चरण 5: एलईडी के लिए I / O पोर्ट

इस परियोजना के लिए अंतिम चरण यह दिखाने के लिए एक एलईडी का उपयोग करना है कि (रोशनी) वास्तव में चालू और बंद है या नहीं। तारों को दो चित्रों में दिखाया गया है। सुनिश्चित करें कि एलईडी (कम से कम 330 ओम) के साथ श्रृंखला में एक अवरोधक है, क्योंकि एलईडी को जला नहीं है और सुनिश्चित करें कि एलईडी का लंबा पिन बेसिस बोर्ड पर उसी महिला हेडर से जुड़ा है जैसा कि लाल तार दिखाया गया है (शीर्ष) सबसे दाहिनी ओर) और छोटा पिन जमीन से जुड़ा है, वही महिला हेडर जैसा कि दिखाया गया है काला तार (ऊपर, बाएं से दूसरा)।