畢業(yè)論文---EDA三層電梯控制設(shè)計(jì)

1、EDA三層電梯控制設(shè)計(jì)目 錄1課程設(shè)計(jì)的目的和要求-12 供料單元的硬件掌握- 12.1 供料單元的功能簡(jiǎn)介-12.2供料單元的硬件結(jié)構(gòu)-13 供料單元的控制流程-34 程序的編寫和調(diào)試-45 WINCC控制界面制作-46心得體會(huì)-5附件1-7附件2-121 前言由于高密度現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯器件和專用集成電路的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)不合適大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路，以往分立的數(shù)字電路已經(jīng)可編程邏輯器件所取代。電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)正是為了適應(yīng)現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，吸收多學(xué)科最新成果而形成的一門技術(shù)?，F(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是EDA技術(shù)。EDA技術(shù)就是依靠功能強(qiáng)大的電子計(jì)算機(jī)，在EDA工具軟件平

2、臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語言HDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化和仿真，直至下載到可編程邏輯器件CPLD/FPGA或?qū)Ｓ眉呻娐稟SIC芯片中，實(shí)現(xiàn)既定的電子電路設(shè)計(jì)功能。EDA技術(shù)極大地提高了電子電路設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。EDA技術(shù)包括硬件描述語言HDL、EDA工具軟件、可編程邏輯器件和實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)等方面內(nèi)容。目前，國(guó)際上流行的硬件描述語言主要有VHDL、Verilog HDL和AHDL。EDA工具在EDA技術(shù)應(yīng)用中占據(jù)極其重要的位置，利用EDA技術(shù)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的大部分工作是在EDA軟件工作平臺(tái)上進(jìn)行的。EDA工具軟件主要包括設(shè)計(jì)輸

3、入編輯器、仿真器、HDL綜合器、適配器(或布局布線器)及下載器等5個(gè)模塊。今天，EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子設(shè)計(jì)的重要工具，無論是設(shè)計(jì)芯片還是設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如果沒有EDA工具的支持，都將是難以完成的。EDA工具已經(jīng)成為現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)師的重要武器，正在發(fā)揮越來越重要的作用。 2 設(shè)計(jì)目的通過EDA課程設(shè)計(jì)，鞏固所學(xué)的理論知識(shí)，并加深我們對(duì)EDA知識(shí)的理解。通過使用QUARTUS2軟件進(jìn)行程序編寫和調(diào)試，逐步掌握使用QUARTUS2軟件，并可以熟練的掌握編程和調(diào)試技巧。通過使用GW48系EDA實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行實(shí)物仿真驗(yàn)證，使我們對(duì)FPGA實(shí)物有進(jìn)一步的了解，并掌握QUARTUS2的下載技巧，還有GW48實(shí)驗(yàn)箱的使用

4、方法。3 設(shè)計(jì)要求要求用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)3層電梯的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的要求如下：(1)電梯運(yùn)行規(guī)則：當(dāng)電梯處在上升模式時(shí)，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請(qǐng)求，由下向上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢。如果高層有下樓請(qǐng)求，直接升到有下樓請(qǐng)求的最高樓層，然后進(jìn)入下降模式。電梯處在下降模式時(shí)，工作方式與上升模式相反。設(shè)電梯共有3層，每秒上升或下降一層。(2)電梯初始狀態(tài)為一層，處在開門狀態(tài)，開門指示燈亮。(3)每層電梯入口處均設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)，電梯內(nèi)部設(shè)有乘客到達(dá)樓層的停站請(qǐng)求開關(guān)及其顯示。(4)設(shè)置電梯所處位置的指示及電梯上升或下降的指示。(5)電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層后，電梯門打開，開門指示

5、燈亮。開門4妙后，電梯門關(guān)閉，開門指示燈滅，電梯繼續(xù)運(yùn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停在當(dāng)前層。(6)電梯控制系統(tǒng)能記憶電梯內(nèi)外的請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則工作，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)執(zhí)行完畢后清除。 附加功能：1.顯示開門時(shí)間 2.當(dāng)電梯在5秒內(nèi)無任何請(qǐng)求時(shí)電梯自動(dòng)下降到一樓并停在一樓。根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，除了具備兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)CLK，一個(gè)是電梯時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是按鍵時(shí)鐘信號(hào)。以外，還應(yīng)該定義輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。輸入信號(hào)定義如下：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)：RESET，高電平有效；電梯入口處一層、二層的上樓請(qǐng)求開關(guān)：F1UPBUTTION、F2UPBUTTION；電梯入口處二層、三層的下樓請(qǐng)求開關(guān)：F2D

6、NBUTTION、F3DNBUTTION；電梯內(nèi)部到達(dá)樓層的停站請(qǐng)求開關(guān)：STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION。所有輸入信號(hào)的規(guī)定為：輸入信號(hào)等于1，表示有請(qǐng)求，信號(hào)等于0，表示無請(qǐng)求。輸出信號(hào)定義如下：電梯外部上升和下降請(qǐng)求指示燈：UPLIGHT和DOWNLIGHT，這些信號(hào)與F1UPBUTTION、F2UPBUTTION、F2DNBUTTION、F3DNBUTTION信號(hào)相對(duì)應(yīng)；電梯內(nèi)部乘客到達(dá)樓層的停站請(qǐng)求燈：STOPLIGHT，該信號(hào)與STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、STOP3BUTTION信號(hào)相對(duì)應(yīng)；電梯運(yùn)行模式指示：UDS

7、IG，1代表下降模式，0代表上升模式；電梯所在樓層指示：POSITION，表示電梯在對(duì)應(yīng)樓層；電梯門狀態(tài)指示：DOORLIGHT，1表示開門，0表示關(guān)門。 4 程序設(shè)計(jì)4.1 三層電梯控制器的實(shí)體設(shè)計(jì)首先考慮輸入端口，一個(gè)復(fù)位端口RESET，用于系統(tǒng)不正常時(shí)回到初始狀態(tài)；在電梯外部必須有升降請(qǐng)求端口，一層不需要有下降請(qǐng)求，三層不需要有上升請(qǐng)求，二層則上升下降請(qǐng)求端口都有；在電梯內(nèi)部應(yīng)該有各層的停止請(qǐng)求按鈕；一個(gè)電梯時(shí)鐘輸入端口，以1秒為周期，用于驅(qū)動(dòng)電梯的上升，下降。開門以及關(guān)門動(dòng)作；另外一個(gè)按鍵時(shí)鐘輸入端口，頻率要比電梯的高得多在這里要64HZ。其次是輸出端口，有升降請(qǐng)求信號(hào)以后，就得有一個(gè)

8、輸出端口指示是否被響應(yīng)，同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有輸出端口來顯示各層停留是否響應(yīng)。在電梯外部需要一個(gè)端口來顯示電梯所在的位置，電梯開門，關(guān)門狀態(tài)也要用一個(gè)端口來顯示；為了觀察電梯的升降狀態(tài)，也要有一個(gè)端口來指示電梯的升降狀態(tài)。最后還要顯示開門時(shí)間，就要有一個(gè)端口來輸出。4.2 三層電梯的控制器設(shè)計(jì)首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)了10個(gè)狀態(tài)，分別是電梯停留在一層（STOPON1），開門（DOOROPEN），關(guān)門（DOORCLOSE），開門等待1秒（DOORWAIT1），開門等待2秒（DOORWAIT2），開門等待3秒（DOORWAIT3），開門等待4秒（DOORWAIT4），上升（UP），下降（DO

9、WN），和停止（STOP）。在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計(jì)兩個(gè)進(jìn)程互相配合，一個(gè)是狀態(tài)機(jī)進(jìn)程的主要進(jìn)程，另一個(gè)是信號(hào)燈控制進(jìn)程作為補(bǔ)助的進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的很多判斷條件是以信號(hào)燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號(hào)為依據(jù)的，而信號(hào)燈進(jìn)程中信號(hào)的熄滅又是以狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的CLEARUP，CLEARDN 信號(hào)來控制的。在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯上升狀態(tài)中，通過對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過對(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)狀態(tài)是繼續(xù)下降還是停止。在信號(hào)燈控制進(jìn)程中，由于使用了專門的頻率比較高的按鍵時(shí)鐘，所以按鍵靈敏度增大，但是時(shí)鐘頻率不能太高，否則容易按鍵過于靈敏。按下按鍵后產(chǎn)生的點(diǎn)亮的信號(hào)燈用于作為

10、狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中判斷條件，而CLEARUP和CLEARDN信號(hào)為邏輯1時(shí)相應(yīng)的信號(hào)燈熄滅。根據(jù)電梯的狀態(tài)變化畫出它的狀態(tài)流程圖如附件14.3 程序的編寫和調(diào)試通過4.1和4.2詳細(xì)分析，已經(jīng)清楚的弄清程序的基本結(jié)構(gòu)，輸入輸出端口，還有最重要的狀態(tài)機(jī)變化。所以就可以編寫程序了，通過多次的排錯(cuò)和糾正錯(cuò)誤，調(diào)出最終的程序。詳細(xì)的源程序和相應(yīng)的注釋在附件25 下載程序到GW48實(shí)驗(yàn)箱驗(yàn)證附件2：源程序LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;-輸

11、入輸出口定義ENTITY THREEFLIFT ISPORT(BUTTONCLK: IN STD_LOGIC;LIFTCLK: IN STD_LOGIC;QZSBUTTON: IN STD_LOGIC;RESET: IN STD_LOGIC;F1UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -一樓上升請(qǐng)求F2UPBUTTON:IN STD_LOGIC; -二樓上升請(qǐng)求F2DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -二樓下降請(qǐng)求F3DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -三樓下降請(qǐng)求FUPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -上升指

12、示燈FDNLIGHT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); -下降指示燈STOP1BUTTON,STOP2BUTTON,STOP3BUTTON:IN STD_LOGIC;STOPLIGHT: BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1);posITION: BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 3;TIMELIGHT:BUFFER INTEGER RANGE 0 TO 4; -開門時(shí)間顯示燈DOORLIGHT:OUT STD_LOGIC;UDSIG: BUFFER STD_LOGIC); - 下降指示燈END THRE

13、EFLIFT;- -ARCHITECTURE ART OF THREEFLIFT ISTYPE LIFT_STATE IS -十個(gè)狀態(tài)的定義(STOPON1,DOOROPON,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP);SIGNAL MYLIFT: LIFT_STATE;SIGNAL CLEARUP: STD_LOGIC; -用于清除上升請(qǐng)求信號(hào)SIGNAL CLEARDN: STD_LOGIC; -用于清除下降請(qǐng)求信號(hào)SIGNAL STOP1: STD_LOGIC; - 用于電梯自動(dòng)下到一樓BEGIN CTR

14、LIFT: PROCESS(RESET,LIFTCLK)VARIABLE pos: INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1;VARIABLE TIM: INTEGER RANGE 5 DOWNTO 0; -用于檢測(cè)電梯5秒內(nèi)無任何請(qǐng)求BEGINIF RESET='1' THEN -初始化時(shí)MYLIFT<=STOPON1;CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIM:=0;ELSE -正常運(yùn)行時(shí)IF LIFTCLK'EVENT AND LIFTCLK='1' THENCASE MYLIF

15、T ISWHEN STOPON1=>DOORLIGHT<='1'posITION<=1; pos:=1;mylift<=doorwait1;when doorwait1=>TIMELIGHT<=1;MYLIFT<=DOORWAIT2;WHEN DOORWAIT2=>CLEARUP<='0'CLEARDN<='0'TIMELIGHT<=2;MYLIFT<=DOORWAIT3;WHEN DOORWAIT3=>MYLIFT<=DOORWAIT4;TIMELIGHT<

16、;=3;WHEN DOORWAIT4=>MYLIFT<=DOORCLOSE;TIMELIGHT<=4;WHEN DOORCLOSE=>DOORLIGHT<='0'TIMELIGHT<=0;-電梯在關(guān)門狀態(tài)下執(zhí)行IF UDSIG='0' THEN IF posITION=3 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='1' MYLIFT<=DO

17、ORCLOSE;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;ELSIF posITION=2 THENIF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000"THENUDSIG<='0'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒內(nèi)無任何請(qǐng)求電梯下到一樓ELSE STOP1<

18、;='0'END IF;ELSIFSTOPLIGHT(3)='1' OR (STOPLIGHT(3)='0' AND FDNLIGHT(3)='1')THENUDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;ELSE UDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;END IF;-ELSIF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FDNLIGH

19、T="000" AND FUPLIGHT="000"THEN UDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;END IF;END IF;-ELSIF UDSIG<='1' THEN IF posITION=1 THEN TIM:=0;STOP1<='0'IF STOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT=&

20、quot;000" THENUDSIG<='0'MYLIFT<=DOORCLOSE;ELSE UDSIG<='0'TIM:=0;MYLIFT<=UP;END IF;ELSIF POSITION=2 THENIFSTOPLIGHT="000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENUDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE; IF TIM=5 THEN STOP1&

21、lt;='1' TIM:=0;ELSE STOP1<='0' -若5秒內(nèi)無任何請(qǐng)求電梯下到一樓END IF;ELSIF STOPLIGHT(1)='1'OR(STOPLIGHT(1)='0' AND FUPLIGHT(1)='1') THENUDSIG<='1'MYLIFT<=DOWN;TIM:=0;ELSE UDSIG<='0'MYLIFT<=UP;TIM:=0;END IF;ELSIF posITION=3 THEN IF STOPLIGHT=&qu

22、ot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THEN UDSIG<='1'TIM:=TIM+1;MYLIFT<=DOORCLOSE;IF TIM=5 THEN STOP1<='1'TIM:=0; -若5秒內(nèi)無任何請(qǐng)求電梯下到一樓ELSE STOP1<='0'END IF;ELSE UDSIG<='1'TIM:=0;MYLIFT<=DOWN;END IF;END IF;IF STOPLIGHT=&qu

23、ot;000" AND FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" THENTIM:=TIM+1;ELSE TIM:=0;IF TIM=2 THEN IF POSITION=1 THENTIM:=0;ELSE TIM:=0;STOP1<='1'END IF;END IF;END IF;END IF;-當(dāng)電梯在上升狀態(tài)時(shí)執(zhí)行WHEN UP=>posITION<=posITION+1;pos:=pos+1;IF pos<3 AND(STOPLIGHT(pos)='1'

24、OR FUPLIGHT(pos)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS>1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FDNLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-當(dāng)電梯在下降狀態(tài)時(shí)執(zhí)行WHEN DOWN=>posITION<=posITION-1;pos:=pos-1;IF pos>1 AND(STOPLIGHT(pos)='1' OR FDNLIGHT(pos)=&

25、#39;1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSIF POS=1 AND(STOPLIGHT(POS)='1'OR FUPLIGHT(POS)='1')THEN MYLIFT<=STOP;ELSE MYLIFT<=DOORCLOSE;END IF;-當(dāng)電梯在停止?fàn)顟B(tài)下執(zhí)行WHEN STOP=>MYLIFT<=DOOROPON;WHEN DOOROPON=>DOORLIGHT<='1'IF UDSIG='0' THENIF posITION<=2 AND (STOPLI

26、GHT(posITION)='1' OR FUPLIGHT(posITION)='1') THENCLEARUP<='1'ELSE CLEARUP<='1' CLEARDN<='1'END IF;ELSIF UDSIG='1'THEN IF posITION>=2 AND (STOPLIGHT(posITION)='1' OR FDNLIGHT(posITION)='1') THENCLEARDN<='1'ELSE CLEARUP<='1'CLEARDN<='1'END IF;END IF;MYLIFT<=DOORWAIT1;END CASE;END IF;END IF;END PROCESS CTRLIFT;-CTRLIGHT: PROCESS(RESET,BUTTONCLK)BEGINIF RESET='1'THEN -正常運(yùn)行時(shí)復(fù)位按下STO