電梯控制器實驗報告剖析

1、電子技術(shù)實驗報告電梯控制器的設(shè)計與分析班級：姓名：學(xué)號：日期：2016年6月25日聯(lián)系電話：一實驗?zāi)康碾娮蛹夹g(shù)專題實驗是對“數(shù)字邏輯”課程內(nèi)容的全面、系統(tǒng)的總結(jié)、鞏固和 提高的一項課程實踐活動。根據(jù)數(shù)字邏輯的特點(diǎn)，選擇相應(yīng)的題目，在老師的指 導(dǎo)下，由學(xué)生獨(dú)立完成。目的是通過實驗使學(xué)生掌握數(shù)字邏輯電路設(shè)計的基本方 法和技巧，正確運(yùn)用QuartusH軟件及實驗室多功能學(xué)習(xí)機(jī)硬件平臺，完成所選題目的設(shè)計任務(wù)，并掌握數(shù)字邏輯電路測試的基本方法，訓(xùn)練學(xué)生的動手能力和思 維方法。通過實驗，一方面提高運(yùn)用數(shù)字邏輯電路解決實際問題的能力，另一方 面使學(xué)生更深入的理解所學(xué)知識，為以后的計算機(jī)硬件課程的學(xué)習(xí)奠定良

2、好的基 礎(chǔ)。二項目設(shè)計概要1. 設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo)隨著社會的發(fā)展，電梯的使用越來越普遍， 已從原來只在商業(yè)大廈、 賓館使用, 過渡到在辦公樓、居民樓等場所使用，并且對電梯功能的要求也不斷提高，相應(yīng)地其控制方 式也在不停地發(fā)生變化。對于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器一接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計算機(jī)在電梯控制上的應(yīng)用日益廣泛，現(xiàn)在已進(jìn)入全微機(jī) 化控制的時代。2. 整體設(shè)計概述電梯的微機(jī)化控制主要有以下幾種形式：PLC控制； 單板機(jī)控制； 單片機(jī)控制； 單微機(jī)控制； 多微機(jī)控制； 人工智能控制。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，CPLD/FPGA 已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計與控制的各個方面

3、。本設(shè)計就是使用一片CPLD/FPGA來實現(xiàn)對電梯的控制的3. 項目設(shè)計特點(diǎn)我們在項目設(shè)計過程中采用模塊化設(shè)計思想， 事先制定了模塊間的接口方案, 使得整個系統(tǒng)的組合變得十分靈活。由于我們在設(shè)計時為電子鐘和秒表模塊中都 加入了顯示電路，總控模塊可分別與之連接組成一個分系統(tǒng)，便于調(diào)試。在最終整合時，我們也只需要將兩個模塊中的顯示電路合二為一即可三系統(tǒng)設(shè)計方案根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，并考慮到系統(tǒng)的可驗證性，整個系統(tǒng)的輸入輸出接口設(shè)計如圖1所示：系統(tǒng)工作用2 Hz基準(zhǔn)時鐘信號 CLKIN，樓層上升請求鍵UPIN，樓層下降請求鍵DOWNIN，樓層選擇鍵入鍵 ST_CH，提前關(guān)門輸入鍵 CLOSE，延遲關(guān)門輸

4、入鍵 DELAY，電 梯運(yùn)行的開關(guān)鍵 RUN_STOP，電梯運(yùn)行或停止指示鍵LAMP，電梯運(yùn)行或等待時間指示鍵RUN_WAIT，電梯所在樓層指示數(shù)碼管ST_OUT，樓層選擇指示數(shù)碼管 DIRECT。各輸入端口的功能如下：CLKIN:基準(zhǔn)時鐘信號，為系統(tǒng)提供2Hz的時鐘脈沖，上升沿有效；UPIN:電梯上升請求鍵。由用戶向電梯控制器發(fā)出上升請求。高電平有效；DOWNIN:電梯下降請求鍵，由用戶向電梯控制器發(fā)出下降請求。高電平有效；ST_CH2.O:樓層選擇鍵入鍵，結(jié)合 DIRECT完成樓層選擇的鍵入，高電平有效；CLOSE:提前關(guān)門輸入鍵?？蓪崿F(xiàn)無等待時間的提前關(guān)門操作，高電平有效；DELAY:延

5、遲關(guān)門輸入鍵?？蓪崿F(xiàn)有等待時間的延遲關(guān)門操作，高電平有效；RUN_STOP:電梯運(yùn)行或停止開關(guān)鍵?？蓪崿F(xiàn)由管理員控制電梯的運(yùn)行或停止，高電平有效。一下為輸出端口：LAMP:電梯運(yùn)行或等待指示鍵，指示電梯的運(yùn)行或等待狀況。高電平有效；RUN_WAIT:電梯運(yùn)行或等待時間指示鍵，指示電梯運(yùn)行狀況或等待時間的長短，高電平有效；ST_OUT:電梯所在樓層指示數(shù)碼管，只是電梯當(dāng)前所在的樓層數(shù)。即15層，高電平有效；DIRECT:樓層選擇指示數(shù)碼管，指示用戶所要選擇的樓層數(shù)，高電平有效。1.系統(tǒng)功能模塊設(shè)計示意圖DTKZQCLKINUPINLAMPDOWNINST_CH2_.O CLOSEDELAYRUN

6、_WAT3 占ST_OUT3.號DIRECT3舟RUN STOP2.項目分塊及其實現(xiàn)方案電梯的控制狀態(tài)包括運(yùn)行狀態(tài)、停止?fàn)顟B(tài)及等待狀態(tài)，其中運(yùn)行狀態(tài)又包含 向上狀態(tài)和向下狀態(tài)。主要動作有開、關(guān)門，?？亢蛦?。乘客可通過鍵入開、 關(guān)門按鈕，呼喚按鈕，指定樓層按鈕等來控制電梯的行與停。據(jù)此，整個電梯控制器DTKZQ應(yīng)包括如下幾個組成部分： 時序輸出及樓 選計數(shù)器； 電梯服務(wù)請求處理器； 電梯升降控制器； 上升及下降寄存器； 電梯次態(tài)生成器。該電梯控制器設(shè)計的關(guān)鍵是確定上升及下降寄存器的置位與 復(fù)位。整個系統(tǒng)的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)圖如圖 2所示。DIRECTCLKIN.時序輸出及 樓選計數(shù)器(DIR)UPI

7、N DOWNIST CHRUN STOPN*電梯服環(huán)A請求處理器DELAYCLOSE電梯升降控制器(LIFTOR電梯次態(tài) 生成器 (LADD)'上升請求寄存器(U戈下降請衣)寄存器(DR)LAMPRUNWAT1-_ST OUVhdl程序:-DTKZQ.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY led ISPORT(LEDIN: IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);LEDOUT: OUT STD_LOGIC_VECTOR(6 DOWNTO

8、 0);END LED;ARCHITECTURE ART OF LED ISBEGINPROCESS(LEDIN)BEGINCASE LEDIN ISWHEN"0000"=>ledout<="0111111"-0WHEN"0001"=>ledout<="0000110"-1WHEN"0010"=>ledout<="1011011"-2WHEN"0011"=>ledout<="1001111"

9、;-3WHEN"0100"=>ledout<="1100110"-4WHEN"0101"=>ledout<="1101101"-5WHEN"0110"=>ledout<="1111101"-6WHEN"0111"=>ledout<="0000111"-7WHEN"1000"=>ledout<="1111111"-8WHEN"10

10、01"=>ledout<="1101111"-9WHEN"1010"=>ledout<="1110111"-10WHEN"1011"=>ledout<="1111100"-11WHEN"1100"=>ledout<="0111001"-12WHEN"1101"=>ledout<="1011110"-13WHEN"1110"=&g

11、t;ledout<="1111001"-14WHEN"1111"=>ledout<="1110001"-15WHEN OTHERS=>ledout<="0000000"END CASE;END PROCESS;END ART;-顯示電路-輸入信號-輸出信號-結(jié)構(gòu)體-共陰極LED顯示譯碼g f e d c b a-其他情況時燈滅LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE

12、.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY DTKZQ ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;-2 Hz 時鐘輸入信號UPIN:IN STD_LOGIC; DOWNIN:IN STD_LOGIC;ST_CH:IN STD_LOGIC; CLOSE:IN STD_LOGIC;DELAY:IN STD_LOGIC; RUN_STOP:IN STD_LOGIC; LAMP:OUT STD LOGIC;-樓層上升請求鍵-樓層下降請求鍵-結(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入-提前關(guān)門輸入鍵-延遲關(guān)門輸入鍵-電梯運(yùn)行的開關(guān)鍵-電梯運(yùn)行或停止指示鍵RUN_WAIT:OUT STD_LOG

13、IC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-結(jié)合LAMP指示電梯運(yùn)行或等待時間ST_OUT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-電梯所在樓層指示數(shù)碼管DIRECT:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-樓層選擇指示數(shù)碼管END ENTITY DTKZQ;ARCHITECTURE ART OF DTKZQ IS-上升或下降樓SIGNAL UR,DR:STD_LOGIC_VECTOR(16 DOWNTO 1); 層請求寄存器SIGNAL DIR,LIFTOR: INTEGER RANGE 0 TO 15;-樓選指示及樓層數(shù)計數(shù)器SIG

14、NAL WAI_T:STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0);-運(yùn)行或等待計數(shù)器SIGNAL DIVID,HAND,CLKIN:STD_LOGIC;-時鐘 2 分頻和樓選復(fù)位變量SIGNAL LADD:STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);-電梯運(yùn)行狀態(tài)變量SIGNAL CLOSEX,DELAYX:STD_LOGIC;-提前關(guān)門及延遲變量BEGIN-內(nèi)部信號值的輸出DIRECT<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(DIR,4)+1;ST_OUT<=CONV_STD_LOGIC_VECTOR(LIFTOR,4)+1;RUN_WAIT<

15、;='0'&WAI_T;LAMP<=LADD(1);HAND<=WAI_T(2)AND(NOT WAI_T(1)AND WAI_T(0);CLOSEX<=CLOSE AND(NOT LADD(1);DELAYX<=DELAY AND(NOT LADD(1);-分頻進(jìn)程P0:PROCESS(CLK)BEGINIF (CLK'EVENT AND CLK='1') THEN CLKIN<=NOT CLKIN;END IF;END PROCESS P0;-分頻及樓選信號產(chǎn)生進(jìn)程P1:PROCESS(CLKIN)BEGINIF

16、 (CLKIN'EVENT AND CLKIN='1') THEN DIVID<=NOT DIVID;IF (DIR=4) THEN DIR<=0;ELSE DIR<=DIR+1;END IF;END IF;END PROCESS P1;-樓層請求寄存器的置位與復(fù)位進(jìn)程P2:PROCESS(UR, DR, DIR, UPIN, DOWNIN, ST_CH, LIFTOR, WAI_T,RUN_STOP, HAND)VARIABLE NUM,T:INTEGER RANGE 0 TO 16 ;BEGINNUM:=LIFTOR+1;T:=DIR+1;IF (

17、RUN_STOP='1') THEN-電梯運(yùn)行時選擇樓層大于當(dāng)前樓層或者有上升請求IF (T>NUM)AND (ST_CH='1')OR (UPIN='1')THENCASE T ISWHEN 1=>UR(1)<='1'WHEN 2=>UR(2)<='1'WHEN 3=>UR(3)<='1'WHEN 4=>UR(4)<='1'WHEN 5=>UR(5)<='1'WHEN 6=>UR(6)<=

18、'1'WHEN 7=>UR(7)<='1'WHEN 8=>UR(8)<='1'WHEN 9=>UR(9)<='1'WHEN 10 => UR(10)<='1'WHEN 11 => UR(11)<='1'WHEN 12 => UR(12)<='1'WHEN 13 => UR(13)<='1'WHEN 14 => UR(14)<='1'WHEN 15 =>

19、 UR(15)<='1'WHEN 16 => UR(16)<='1'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;-電梯運(yùn)行時間到ELSIF (HAND='1')THENCASE NUM ISWHEN 1=>UR(1)<='0'WHEN 2=>UR(2)v='O'WHEN 3=>UR(3)<='0'WHEN 4=>UR(4)<='0'WHEN 5=>UR(5)<='0'WHEN 6=

20、>UR(6)<='0'WHEN 7=>UR(7)<='0'WHEN 8=>UR(8)<='0'WHEN 9=>UR(9)<='0'WHEN 10 => UR(1O)v='O'WHEN 11 => UR(11)<='0'WHEN 12 => UR(12)<='0'WHEN 13 => UR(13)<='0'WHEN 14 => UR(14)<='0'WH

21、EN 15 => UR(15)<='0'WHEN 16 => UR(16)<='0'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;-選擇樓層小于當(dāng)前樓層或者有下降請求IF (TvNUM)AND (ST_CH='1')OR(DOWNIN='1') THEN CASE T ISWHEN 1=>DR(1)<='1'WHEN 2=>DR(2)<='1'WHEN 3=>DR(3)<='1'WHEN 4=&g

22、t;DR(4)<='1'WHEN 5=>DR(5)<='1'WHEN 6=>DR(6)<='1'WHEN 7=>DR(7)<='1'WHEN 8=>DR(8)<='1'WHEN 9=>DR(9)<='1'WHEN 10 => DR(10)<='1'WHEN 11 => DR(11)<='1'WHEN 12 => DR(12)<='1'WHEN 13 =

23、> DR(13)<='1'WHEN 14 => DR(14)<='1'WHEN 15 => DR(15)<='1'WHEN 16 => DR(16)<='1'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;-電梯運(yùn)行時間到ELSIF (HAND='1') THENCASE NUM ISWHEN 1=>DR(1)<='0'WHEN 2=>DR(2)<='0'WHEN 3=>DR(3)<=&#

24、39;0'WHEN 4=>DR(4)<='0'WHEN 5=>DR(5)<='0'WHEN 6=>DR(6)<='0'WHEN 7=>DR(7)<='0'WHEN 8=>DR(8)<='0'WHEN 9=>DR(9)<='0'WHEN 10 => DR(1O)v='O'WHEN 11 => DR(11)<='0'WHEN 12 => DR(12)<='

25、0'WHEN 13 => DR(13)<='0'WHEN 14 => DR(14)<='0'WHEN 15 => DR(15)<='0'WHEN 16 => DR(16)<='0'WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;ELSEUR<="0000000000000000"DR<="0000000000000000"END IF;END PROCESS P2;-電梯運(yùn)行次態(tài)的控制進(jìn)程P3:PR

26、OCESS(UR,DR,DIR,LIFTOR,LADD,WAI_T,RUN_STOP)BEGINIF (RUN_STOP='1') THEN-電梯運(yùn)行時IF (WAI_T="110") THENIF (UR OR DR)="0000000000000000") THENLADD(1)<='0'-初始狀態(tài)ELSECASE LIFTOR IS-電梯在第一層WHEN 0=>IF (UR(1)OR DR(1)>'0') THEN LADD(1)<='0'-等 待狀態(tài)ELSE

27、LADD<="11"-上升狀態(tài)END IF;-電梯在第二層WHEN 仁>IF (UR(2)OR DR(2)>'0') THEN LADD(1)<='0'-等待 狀態(tài)ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 3)OR DR(16 DOWNTO 3)>"00000000000000") OR(UR(1)OR DR(1)='0') THEN LADD <="11"-上升狀態(tài)ELSE LADD<=&quo

28、t;10"-下降狀態(tài)END IF;-電梯在第三層WHEN 2=>IF (UR(3) OR DR(3)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 4)ORDR(16DOWNTO4)>"0000000000000")0R(UR(2 DOWNTO 1) OR DR(2 DOWNTO 1)="00") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10&q

29、uot;END IF;-電梯在第四層WHEN 3=>IF (UR(4) OR DR(4)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 5) OR DR(16 DOWNTO 5)>"000000000000") OR(UR(3 DOWNTO 1)OR DR(3 DOWNTO 1)="000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END

30、IF;-電梯在第五層WHEN 4=>IF (UR(5) OR DR(5)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 6)OR DR(16 DOWNTO 6)>"00000000000") OR(UR(4 DOWNTO 1)OR DR(4 DOWNTO 1)="0000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第六

31、層WHEN 5=>IF (UR(6) OR DR(6)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 7)OR DR(16 DOWNTO 7)>"0000000000") OR(UR(5 DOWNTO 1)OR DR(5 DOWNTO 1)="00000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第七層WHEN 6=&

32、gt;IF (UR(7) OR DR(7)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 8)OR DR(16 DOWNTO 8)>"000000000") OR(UR(6 DOWNTO 1)OR DR(6 DOWNTO 1)="000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第八層WHEN 7=>IF (UR

33、(8) OR DR(8)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 9)OR DR(16 DOWNTO 9)>"00000000")0R(UR(7 DOWNTO 1)OR DR(7 DOWNTO 1)="0000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第九層WHEN 8=>IF (UR(9) OR DR(

34、9)>'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 10)OR DR(16 DOWNTO 10)>"0000000")OR(UR(8 DOWNTO 1)OR DR(8 DOWNTO 1)="00000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十層WHEN 9=>IF (UR(10) OR DR(10)>

35、;'0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 11)OR DR(16 DOWNTO 11)>"000000")OR(UR(9 DOWNTO 1)OR DR(9 DOWNTO 1)="000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第一層WHEN 10=>IF (UR(11) OR DR(11)>

36、9;0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF (LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 12)OR DR(16 DOWNTO 12) >"00000")OR(UR(10 DOWNTO 1)OR DR(10 DOWNTO 1)="0000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十二層WHEN 11=>IF (UR(12) OR DR(12)>'

37、;0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 13)OR DR(16 DOWNTO 13)>"0000")OR(UR(11 DOWNTO 1)OR DR(11 DOWNTO 1)="00000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十三層WHEN 12=>IF (UR(13) OR DR(13)>'

38、0') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 14)OR DR(16 DOWNTO 14)>"000")OR(UR(12 DOWNTO 1)OR DR(12 DOWNTO 1)="000000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十四層WHEN 13=>IF (UR(14) OR DR(14)>'0

39、') THEN LADD(1)<='0'ELSIF ( LADD(0)='1')AND (UR(16 DOWNTO 15)OR DR(16 DOWNTO 15)>"00")OR(UR(13 DOWNTO 1)ORDR(13DOWNTO1)="0000000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10"END IF;-電梯在第十五層WHEN 14=>IF (UR(15)OR DR(15)>'0'

40、) THEN LADD(1)<='0'ELSIF(LADD(0)='1')AND(UR(16)ORDR(16)>'0')OR (UR(14 DOWNTO 1)ORDR(14DOWNTO1)="00000000000000") THEN LADD<="11"ELSE LADD<="10" END IF;-電梯在第十六層WHEN 15=>IF (UR(16) OR DR(16)>'0') THEN LADD(1)<='0

41、9;ELSE LADD<="10"END IF;WHEN OTHERS=>NULL;END CASE;END IF;END IF;ELSE LADD<="00"END IF;END PROCESS P3;-電梯運(yùn)行樓層計數(shù)及提前/延遲關(guān)門控制進(jìn)程P4:PROCESS(DIVID,WAI_T,LADD,CLOSEX,DELAYX)BEGINIF (DIVID'EVENT AND DIVID='1') THEN-分頻后的時鐘上升沿IF (WAI_T="000" OR CLOSEX='1&#

42、39;) THEN WAI_T<="110"ELSEIF (DELAYX='O')THEN WAI_T<=WAI_T-1;ELSE WAI_T<="010"END IF;-電梯處于運(yùn)行狀態(tài)IF(WAI_T="001") THENIF (LADD="11") THEN-電梯上升，樓層加1LIFT0Rv=LIFT0R+1;ELSIF (LADD="10") THEN LIFT0R<=LIFT0R-1;END IF;END IF;END IF;END IF;END PROCESS P4;END ART;-頂層模塊設(shè)計LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY TOP ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC; -2 Hz 時鐘輸入信號UPIN:IN STD_LOGIC;-樓層上升請求鍵DOWNIN:IN STD_LOGIC;-樓層下降請求鍵ST_CH:IN STD_LOGIC;-結(jié)合DIRECT完成樓層選擇的鍵入CLOSE:IN STD_LOGIC;-提前關(guān)門輸入鍵DELAY:IN