1. 研究目的与意义
近年来随着社会的发展，人们的生活水平有了很大的提高，同时人们的物质生活品味也有了很大的提高。咖啡在当下已经成为人们所长喝的一种饮品，更确切的说喝咖啡成为了一种习惯。越来越多的人们开始购买咖啡机，沉醉在咖啡浓郁的味道中。目前市场上的咖啡机种类繁多，随着产品的结构越来越复杂，功能也越来越完善，提高操作率和咖啡机的质量成为本次设计的重点任务。
东南大学无锡分校嵌入式系统实验室，拥有XILINX的FPGA仿真板和设计软件，同时有完整的华润上华（CSMC）工艺库，并已经设计并完成过一些产品。本课题将结合无锡华润上华CSMC的CMOS工艺规则进行的IC设计，课题将围绕指定的功能进行仿真，并利用SYNOPSYS和CADENCE工具进行芯片的版图设计和验证。课题的研究包括咖啡机控制电路的功能定义、模块划分和设计，并使用HDL语言进行描述及仿真和验证，使用SYNOPSYS的DC和ASTRO进行自动布图设计和验证。实验室为课题的实施提供了良好的条件。可以确保完成毕设工作。
2. 课题关键问题和重难点
本次课题是咖啡机控制电路的设计，其各模块的功能是通过FPGA开发板实现的。
咖啡机的电路控制可以分为五个模块，分别为供水模块、加热模块、磨豆模块、酿造模块和蒸汽模块。
在供水模块中，因为杯数的不同，所需水量需要时间由来控制；在加热模块中，水加热到一定温度时，停止加热，水温的界定是通过加热时间来控制的；磨豆模块中，因为不同种类的咖啡豆需要磨的程度不一样，这样可以通过控制电机的工作时间来控制咖啡粉的粗细；在酿造模块中，由于咖啡口味的不同，咖啡粉和热水接触和萃取的时间也有应该不同；在蒸汽模块中，加热成水蒸气也是通过时间来控制的。
3. 国内外研究现状（文献综述）
随着人们生活水平地提高，越来越多的消费者喜欢上了咖啡机。而煮咖啡对水温有精确的要求，就是水温要用92度～96度，如果水温过高，所煮的咖啡将是一杯焦糊味的苦水，因为96度以上的温度可以把咖啡中的油质破坏，口感又苦又涩。
咖啡机对能否酿制出香浓美味的咖啡起着决定性的作用，市场上咖啡机的品牌很多很多，同一类型的咖啡机其不同的品牌功能其实也是大同小异的，就像手机一样，品质优略，功能强弱而言。一般来说，咖啡机可以分为全自动咖啡机和半自动咖啡机。半自动咖啡机，俗称搬把子机，是意大利传统的咖啡机。这种机器依照人工操作进行磨粉、压粉、装粉、冲泡，人工清除残渣。这类机器有小型单龙头家用机，也有双龙头、三龙头大型商用机等，较新型的机器还装有电子水量控制，可以精确自动控制酿制咖啡的水量。这一类机器主要在意大利生产，在意大利非常流行。它的主要特点是：机器结构简单，工作可靠，维护保养容易，按照正确的使用方法可以制作出高品质意大利咖啡。这种机器的缺点是：操作者要经过严格培训才能用这种机器作出高质量的咖啡，而且不容易保持咖啡品质的一致性。此外这种机器工作效率比较低。著名品牌有：La Pavoni、la Cimbali、Nuova Simonelli、Boslio等。
全自动咖啡机：人们把电子技术应用到咖啡机上，实现了磨粉、压粉、装粉、冲泡、清除残渣等酿制咖啡全过程的自动控制，创造全自动咖啡机。高品质的全自动咖啡机按照最科学的数据和程序来酿制咖啡，而且都设有完善的保护系统，使用起来既方便又可靠，只需轻轻一按就可得到高品质的咖啡，其品味优于传统咖啡机的产品。瑞士、德国、意大利等国生产的全自动咖啡机品种繁多。其中瑞士制造的全自动咖啡机设计巧妙、质量稳定可靠，独具特色，并在国际咖啡机业享有盛名。知名的全自动咖啡机制造商有Solis、Saeco、Schaerer、LaCimbali、Catina、Nuova Simonelli、OR.EN、等。
4. 研究方案
本课题是基于Verilog的咖啡机电路控制电路的设计，通过FPGA开发板实现各功能。咖啡机的功能模块可以分为以下5个模块：供水模块、加热模块、磨豆模块、酿造模块和蒸汽模块。led0灯亮时表示咖啡机开始工作，led1灯亮时表示供水模块启动，按键1、2的状态表示咖啡杯数的选择，最多为3杯，水量由水泵工作的时间来控制。加热模块和磨豆模块同时工作，当它们接收到led1由亮变灭的脉冲时开始工作。加热模块工作led2亮，发热管工作，通过加热管的工作时间来控制水的加热温度，当加热时间到，发热管停止工作，led2灭。磨豆模块工作时led3亮磨豆机（电机）开始工作，电机的工作时间的长短表示咖啡粉的粗细，工作时间到，电机停止工作，led3灭，磨豆完成。当led2和led3出现从亮变灭时酿造模块开始工作，此时led4灯亮，咖啡粉和热水接触，萃取，得到香浓的咖啡液。但由于口味的不同，其要求咖啡粉和热水接触萃取的时间也是不一样的。按键3、4表示四中不同口味的咖啡，通过萃取的时间不同来实现。当led4出现从亮到灭的单位脉冲且按键5置1时蒸汽模块工作，led5亮。咖啡机利用锅炉的压力和温度将水高温加热成高压的水蒸气，当加热到一定的温度时蜂鸣器报警，发热管断电，此时电机工作开始打奶泡，电机工作规定的时间后停止工作，led5灯灭。咖啡制作完成。
通过采用HDL语言描述电路系统，完成系统电路的设计，最终通过波形仿真得以验证。
5. 工作计划
工作任务：
①查找文献，完成咖啡机控制电路的系统功能、电路模块的系统级和划分；
②采用HDL语言描述电路系统，完成系统电路的设计和模拟；
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