EDA課設(shè)四層電梯控制器

1、1、引言1.1 EDA技術(shù)的概念隨著ED徽術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大與深入，ED能術(shù)在電子信息、通訊、自動控制及 計算機應(yīng)用等領(lǐng)域的重要性突出，隨著技術(shù)市場與人才市場對EDA勺需求不斷提高，產(chǎn)品的市場需求和市場的要求也必然會反映到教學(xué)領(lǐng)域和科研領(lǐng)域中來，因此學(xué)好ED微術(shù)對我們有很大的一處，EDA1指以計算機為工具，在EDAC件平臺上，根據(jù)設(shè)計描述的源文件， 自動完成系統(tǒng)的設(shè)計，包括編譯、仿真、優(yōu)化、綜合、適配以及下載。EDA1電子設(shè)計自動化(Electronic Design Automation )的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計算機輔助設(shè)計 (CAD、計算機輔助制造(CAM、計算機輔助測試(C

2、AT和計算機輔助工程(CAE的 概念發(fā)展而來的。1.2 EDA技術(shù)的特點利用ED儆術(shù)進行電子系統(tǒng)的設(shè)計，具有以下幾個特點：用軟件的方式設(shè)計硬件；用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的； 設(shè)計過 程中可用有關(guān)軟件進行各種仿真； 系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級； 整個系統(tǒng)可集成在 一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDAK術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢。1.3 EDA設(shè)計流程典型的EDAS計流程如下：(1)、文本/原理圖編輯與修改。首先利用 EDAX具的文本或圖形編輯器將設(shè)計者的 設(shè)計意圖用文本或圖形方式表達出來。(2)、編譯。完成設(shè)計描述后即可通過編譯器進行排錯編譯，變

3、成特定的文本格式， 為下一步的綜合做準(zhǔn)備。(3)、綜合。將軟件設(shè)計與硬件的可實現(xiàn)性掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵 步驟。(4)、行為仿真和功能仿真。利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行功能仿真，以便了解設(shè)計描 述與設(shè)計意圖的一致性。(5)、適配。利用FPGA/CPL布局布線適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目 標(biāo)器件進行邏輯映射操作，其中包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化、布局 布線。適配報告指明了芯片內(nèi)資源的分配與利用、引腳鎖定、設(shè)計的布爾方程描述情況。(6)、功能仿真和時序仿真。(7)、下載。如果以上的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以將適配器產(chǎn)生的下載文 件通過FPGA/CPLA載電纜載入目標(biāo)芯

4、片中。(8)、硬件仿真與測試。1.4 硬件描述語言(VHDLVHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) 主要 用于描述數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，行為，功能和接口。除了含有許多具有硬件特征的語句外，VHDL 的語言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類似于一般的計算機高級語言。2、電梯控制器的設(shè)計要求與設(shè)計思路2.1 設(shè)計目的通過設(shè)計應(yīng)完成工作內(nèi)容和具體的設(shè)計方法，通過設(shè)計也有出于復(fù)習(xí)，鞏固以往的學(xué) 習(xí)內(nèi)容，達到靈活應(yīng)用的目的。在設(shè)計完成后，還要將設(shè)計的電路進行安裝，調(diào)試及加強 我們的動手能力。在此過程中培養(yǎng)從事設(shè)計工

5、作的整體觀念。本次設(shè)計的目的就是通過實 踐深入理解EDAJ術(shù)并掌握VHD硬件描述語言的設(shè)計方法和思想。通過學(xué)習(xí)的 VHD語言結(jié) 合電子電路的設(shè)計知識理論聯(lián)系實際，掌握所學(xué)的課程知識和基本單元電路的綜合設(shè)計應(yīng) 用。通過對實用電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計，鞏固和綜合運用所學(xué)知識，提高設(shè)計能力，提高分 析、解決計算機技術(shù)實際問題的獨立工作能力。2.2 設(shè)計要求電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動上下的裝置。采用VHD晤言來設(shè)計實用四層電梯控制器，而且遵循方向優(yōu)先的原則，提前關(guān)電梯門和延遲關(guān)電梯門，對電梯的運行(上升和 下降)、停止、等待狀態(tài)進行控制。同時，能顯示電梯的運行情況、電梯所在樓層。3、電梯控制器的綜合

6、設(shè)計3.1 電梯控制器功能(1)、每層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達層次的停站請求開關(guān)。(2)、設(shè)有電梯所處位置指示裝置及電梯運行模式(上升或下降)指示裝置。(3)、電梯每秒升降一層。(4)、電梯到達有停站請求的樓層后，經(jīng)過 1s電梯打開，開門只是燈亮，開門4s后電梯門關(guān)閉(關(guān)門指示燈滅)，電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完請求信號后停在當(dāng)前樓層。 (5)、能記憶電梯內(nèi)外的所以請求信號，并按照電梯運行規(guī)則依次響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。(6)、電梯運行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號， 由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請

7、求時， 則直接升到有下降請求的最高樓接客，然后進入下降模式，但電梯處于下降模式 時，則與上升模式相反。(7)、電梯初始狀態(tài)為一層門開。3.2 電梯控制器設(shè)計方案如圖所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯 示器。乘客在電梯中選擇所要到達的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運行，狀態(tài) 顯示器顯示電梯的運行狀態(tài)，電梯所在樓層數(shù)通過譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯 示。分控制器把有效的請求傳給主控制器進行處理，同時顯示電梯的運行狀態(tài)和電梯所 在樓層數(shù)。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。電梯控制器采用狀態(tài)機來實現(xiàn)?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_門、關(guān)門都看成一個

8、獨立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個統(tǒng)一的1秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以把狀態(tài)機設(shè)置10個狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第1秒”、“開門等待第2秒”、“開門 等待第3秒”、“開門等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止?fàn)顟B(tài)”。各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn) 換條件可由上面的設(shè)計要求所決定3.3 電梯控制器實體設(shè)計首先考慮輸入端口，一個異步復(fù)位端口 reset ,用于在系統(tǒng)不正常時回到初始狀態(tài)；在電梯外部，必須有升降請求端口， 一層是最低層，不需要有下降請求，四層是最高層, 不需要有上升請求，二層則上升、下降請求端口都有；

9、在電梯的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停 留的請求端口： 一個電梯時鐘輸入端口，該輸入時鐘以 1秒為周期，用于驅(qū)動電梯的開 降及開門關(guān)門等動作；另有一個按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個輸出端口來指示請求是否被響 應(yīng)，有請求信號以后，該輸出端口輸出邏輯1'。被響應(yīng)以后則恢復(fù)邏輯0;同樣， 在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來顯示各層停留是否被響應(yīng)；在電梯外部，需要一 個端口來指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開門關(guān)門的狀態(tài)也能用一個輸出端口來指示； 為了觀察電梯的運行是否正確，可以設(shè)置一個輸出端口來指示電梯的升降狀態(tài)。3.4 各模塊設(shè)計說明3.4.1 調(diào)

10、用VHD庫通過library 語句，本程序應(yīng)用了 VHDLJ$中的“通用ieee庫”和“標(biāo)準(zhǔn)std庫” library ieee;use ieee.std_1ogic_1164.a11;use ieee.std_logic_unsigned.all;3.4.2 entity實體設(shè)計模塊entity dianti isport （）end dianti;3.4.3 由功能要求得到本程序設(shè)計的端口必須包括：輸入端口 ：時鐘（clk ,頻率為2Hz）、超載（full ）、關(guān)門中斷（deng）、提前關(guān)門（quick ）、 清除報警（clr ）、電梯外人的上升請求信號（c_u1,c_u2,c_u3 ）、

11、電梯外人的下降請求信 號（c_d2,c_d3,c_d4 ）、電梯內(nèi)人的請求信號（d1,d2,d3,d4 ）、到達樓層信號（g1,g2,g3,g4 ）。輸出端口：電梯門控制信號（door）、電梯所在樓層顯示（led）電梯外人上升請求信 號顯示（led_c_u ）、電梯外人下降請求信號顯示（led_c_d ）、電梯內(nèi)請求信號顯示（led_d ）、 看門狗報警信號（wahah0、電梯運動方向顯示（ud）、超載警告信號（alarm）、電機控制 信號（up,down）。3.4.4 程序要求的寄存器（中間信號）包括：電梯內(nèi)人請求信號寄存信號（d11,d22,d33,d44,d55,d66 ）、電梯外人上升

12、請求信號寄 存信號（c_u11,c_u22,c_u33,c_u44,c_u55 ）、電梯外人下 降請求信號寄存信號 （c_d22,c_d33,c_d44,c_d55,c_d66 ）、分頻信號（q）、關(guān)門延時計數(shù)器（q1）、看門狗計 數(shù)器（q2）、電梯內(nèi)外請求信號寄存器 （dd,cc_u,cc_d,dd_cc ）、開門使能信號（opendoor）、 電梯運動方向信號寄存器（updow。、預(yù)備上升、預(yù)備下降預(yù)操作使能信號（en_up,en_dw）。 3、5電梯控制器程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsig

13、ned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity dianti isport（clk:in std_logic;full,deng,quick,clr:in std_logic;c_u1,c_u2,c_u3:in std_logic;c_d2,c_d3,c_d4:in std_logic;d1,d2,d3,d4:in std_logic;g1,g2,g3,g4:in std_logic;door:out std_logic_vector(1 downto 0);led:out std_logic_vector(6 downto 0);led_c_u：out

14、 std_logic_vector(3 downto 0);led_c_d:out std_logic_vector(3 downto 0);led_d:out std_logic_vector(3 downto 0);wahaha:out std_logic;ud,alarm:out std_logic;up,down:out std_logic);end dianti;architecture behave of dianti issignal d11,d22,d33,d44:std_logic;signal c_u11,c_u22,c_u33:std_logic;signal c_d22

15、,c_d33,c_d44:std_logic;signal q:integer range 0 to 1;signal q1:integer range 0 to 6;signal q2:integer range 0 to 9;signal dd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(3 downto 0);signal opendoor:std_logic;signal updown:std_logic;signal en_up,en_dw:std_logic;begincom:process(clk)beginif(clk'event and clk=

16、'1')thenif (clr='1')then q1<=0;q2<=0;wahaha<='0'elsif full='1'then alarm<='1'q<=0;if (q1>=3)then door<="10"else door<="00"end if;elsif q=1 then q<=0;alarm<='0'if q2=3 then wahaha<='1'elseif(o

17、pendoor='1')then door<="10"q1<=0;q2<=0;up<='0'down<='0'elsif en_up='1'thenif(deng='1')then door<="10"q1<=0;q2<=q2+1;elsif quick='1' then q1<=3;elsif q1=6 then door<="00"updown<='1'u

18、p<='1'elsif q1>=3 then door<="01"q1<=q1+1;else q1<=q1+1;door<="00"end if;elsif en_dw='1'thenif(deng='1')then door<="10"q1<=0;q2<=q2+1;elsif quick='1' then q1<=3;elsif q1=6 then door<="00"updown&l

19、t;='0'down<='1'elsif q1>=3 then door<="01"q1<=q1+1;else q1<=q1+1;door<="00"end if;end if;if(g1='1')then led<="1001111"if d11='1'or c_u11='1'then d11<='0'c_u11<='0'opendoor<='1'

20、elsif dd_cc>"0001"then en_up<='1'opendoor<='0'elsif dd_cc="0000"then opendoor<='0'end if;elsif g2='1' then led<="0010010"if updown='1'thenif d22='1'or c_u22='1'then d22<='0'c_u22<='

21、0'opendoor<='1'elsif dd_cc>"0011"then en_up<='1'opendoor<='0'elsif dd_cc<"0010"then en_dw<='1'opendoor<='0'end if;elsif d22='1'or c_d22 ='1'then d22<='0'c_d22<='0'opendoor<=&

22、#39;1'elsif dd_cc>"0011"then en_up<='1'opendoor<='0'elsif dd_cc<"0010"then en_dw<='1'opendoor<='0'end if;elsif g3='1' then led<="0000110”;if updown='1'thenif d33='1'or c_u33 ='1'then d33

23、<='0'c_u33<='0'opendoor<='1'elsif dd_cc>"0111"then en_up<='1'opendoor<='0'elsif dd_cc<"0100"then en_dw<='1'opendoor<='0'end if;elsif d33='1'or c_d33='1'then d33<='0'c_d33

24、<='0'opendoor<='1'elsif dd_cc>"0111"then en_up<='1'opendoor<='0'elsif dd_cc<"0100"then en_dw<='1'opendoor<='0'end if;elsif g4='1' then led<="1001100"if d44='1'or c_d44='1'

25、then d44<='0'c_d44<='0'opendoor<='1'elsif dd_cc<"1000"then en_dw<='1'opendoor<='0'end if;else en_up<='0'en_dw<='0'end if;end if;else q<=1;alarm<='0'if (d1='1')then d11<=d1;elsif d2='

26、;1'then d22<=d2;elsif d3='1'then d33<=d3;elsif d4='1'then d44<=d4;end if;if c_u1='1'then c_u11<=c_u1;elsif c_u2='1'then c_u22<=c_u2;elsif c_u3='1'then c_u33<=c_u3;end if;if c_d2='1'then c_d22<=c_d2;elsif c_d3='1'then c_

27、d33<=c_d3;elsif c_d4='1'then c_d44<=c_d4;end if;dd<=d44&d33&d22&d11;cc_u<='0'&c_u33&c_u22&c_u11;cc_d<=c_d44&c_d33&c_d22&'0'dd_cc<=dd or cc_u or cc_d;end if;ud<=updown;led_d<=dd;led_c_u<=cc_u；led_c_d<=cc_d;end if;end process;end behave;3、6電梯控制器仿真