三層電梯控制電路

1、 三層電梯控制電路設(shè)計一. 設(shè)計要求1. 每層電梯入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請求開關(guān)。2. 設(shè)有電梯入口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)一層樓。4. 電梯到達(dá)有停站請求的樓層，經(jīng)過1秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門4秒后，電梯門關(guān)閉(開門指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當(dāng)前層。5. 能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。6. 電梯運行規(guī)則一當(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請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高

2、層有下樓請求，則相反。7. 電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。二. 設(shè)計目的電梯控制器是控制電梯按顧客要求自動上下的裝置。本文采用VHDL語言來設(shè)計實用三層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性, 通過對三層電梯控制器的設(shè)計，可以發(fā)現(xiàn)本設(shè)計有一定的擴(kuò)展性，而且可以作為更多層電梯控制器實現(xiàn)的基礎(chǔ)。三. 控制器的設(shè)計方案.控制器的功能模塊如圖1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(dá)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(jìn)行

3、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。 圖1. 電梯控制器原理圖四. 三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計 首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了lO個狀態(tài)，分別是電梯停留在l層(stoponl)、開門(dooropen)、關(guān)門(doorclose)、開門等待第1秒(doorwaitl)、開門等待第2秒(doorwait2)、開門等待第3秒(doorwait3)、開門等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在實體說明定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體architecture和begin之間需要有如下的定義語句，來定義狀態(tài)

4、機(jī)。在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計了倆個進(jìn)程互相配合，一個是狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個是信號燈控制進(jìn)程作為輔助進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的很多判斷條件是以信號燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)的，而信號燈進(jìn)程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的clearup和cleardn信號來控制。在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯的上升狀態(tài)中，通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)上升還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)下降還是停止；在電梯停止?fàn)顟B(tài)中，判斷是最復(fù)雜的，通過對信號的判斷，決定電梯是上升、下降還是停止。 本設(shè)計需要完成的任務(wù)是編寫VHDL代碼來模擬現(xiàn)實中的三層電梯工作。在點陣上顯示電梯所

5、在的樓層，當(dāng)其它樓層有上或下的請求信號時，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈亮，電梯開始上或下運行，當(dāng)?shù)竭_(dá)該樓層時，表示該樓層上或下的綠色或黃色指示燈滅，表示到達(dá)該樓層的紅色指示燈亮，點陣顯示樓層數(shù)，紅色指示燈滅。五. vhdl源程序library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;-entity elevator is port( clk : in std_logic; -Clock Signal k1,k2u,k2d,k3 : in st

6、d_logic; -Push button d1,d2u,d2d,d3 : out std_logic; -Led of every floor door1,door2,door3 : buffer std_logic; -door led r0,r1,r2,r3,r4,r5,r6,r7 : out std_logic; -7 segment driver sa,sb,sc : out std_logic); -Display Selectend elevator;-architecture behave of elevator is signal state1,state3 : std_lo

7、gic; signal state2u,state2d : std_logic; signal doorflag : std_logic; signal udflag,runflag : std_logic; -up and down flag,run flag signal dcount : std_logic_vector(2 downto 0); -display counter signal display : std_logic_vector(7 downto 0); signal location : std_logic_vector(1 downto 0); signal wco

8、unt : std_logic_vector(10 downto 0); -wait counter signal doorcount : std_logic_vector(9 downto 0); -door counter signal col1,col2,col3,col4,col5,col6 : std_logic_vector(7 downto 0); begin process(clk) - judge the key is or is not been pushed begin if(clk'event and clk='1') then if(k1=&#

9、39;0' and door1='0') then state1<='1' d1<='1' elsif(location=0 and wcount=0) then d1<='0' if(doorcount=1020) then state1<='0' end if; end if; if(k2u='0' and door2='0') then state2u<='1' d2u<='1' elsif(locat

10、ion=1 and udflag='1' and wcount=0) then d2u<='0' if(doorcount=1020) then state2u<='0' end if; end if; if(k2d='0' and door2='0') then state2d<='1' d2d<='1' elsif(location=1 and udflag='0' and wcount=0) then d2d<='0'

11、; if(doorcount=1020) then state2d<='0' end if; end if; if(k3='0' and door3='0') then state3<='1' d3<='1' elsif(location=2 and wcount=0) then d3<='0' if(doorcount=1020) then state3<='0' end if; end if; end if; end process; process

12、(clk) begin if(clk'event and clk='1') then if(location=0) then -display 1 col1<="00000001" col2<="00100001" col3<="01111111" col4<="11111111" col5<="00000001" col6<="00000001" elsif(location=1) then -display 2

13、col1<="01100011" col2<="11100111" col3<="10001101" col4<="10011001" col5<="11110011" col6<="01100111" elsif(location=2) then -display 3 col1<="01000010" col2<="11011011" col3<="10011001&qu

14、ot; col4<="10011001" col5<="11111111" col6<="01100110" end if; end if; end process; process(clk) -accumulate dcount begin if(clk'event and clk='1') then dcount<=dcount+1; end if; end process; process(clk) begin if(clk'event and clk='1'

15、;) then sa<=dcount(0); sb<=dcount(1); sc<=dcount(2); case dcount is when "111"=>display<="00000000" when others=>display<="00000000" end case; end if; end process; process(clk) -In this process, a,b,c,d,e,f,g and dot will output begin if(clk'eve

16、nt and clk='1') then r0<=display(7); r7<=display(0); end if; end process; end behave; 注釋：1. 本程序設(shè)計調(diào)用了IEEE庫，IEEE庫是VHDL設(shè)計中最為常用的庫，它包含有IEEE標(biāo)準(zhǔn)的程序包和其他一些支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的程序包。本設(shè)計采用了STD_LOGIC_1164、STD_LOGIC_ARITH、STD_LOGIC_UNSIGNED程序包。 圖2. 三層電梯控制器的vhdl描述 2以關(guān)鍵詞ENTITY引導(dǎo)，END ENTITY threeflift結(jié)尾的語句部分，稱為實體。VHD

17、L的實體描述了電路器件的外部情況及各信號端口的基本性質(zhì)。本設(shè)計定義了關(guān)于三層電梯控制器用到的各類時鐘、異步復(fù)位按鍵、信號燈指示、電梯的請求。端口模式主要就是IN、BUFFER、OUT端口。及定義了各端口信號的數(shù)據(jù)類型，主要是STD_LOGIC(標(biāo)準(zhǔn)邏輯位數(shù)據(jù)類型)、INTEGER(整數(shù)類型)、STD_LOGIC_VECTOR(標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量數(shù)據(jù)類型)。這些都滿足上面調(diào)用的IEEE庫中的程序包。3. 以關(guān)鍵詞ARCHITECTURE引導(dǎo)，END ARCHITECTUREa結(jié)尾的語句部分，稱為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體負(fù)責(zé)描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能或電路結(jié)構(gòu)。本設(shè)計定義了lO個狀態(tài)。描述了在三層電梯中出現(xiàn)的各種

18、可能的情況作為控制電梯的主要進(jìn)程。信號燈控制作為輔助進(jìn)程。六. 三層電梯控制器模塊原理圖 圖3. 三層電梯控制器模塊原理圖七. 三層電梯控制器的仿真模塊1. 下圖所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請求，也就是f2upbuttton信號的一個脈沖，可以看到電梯從一層上升到二層，position信號由1變到2，doorlight信號1表示開門，0表示關(guān)門。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3button產(chǎn)生一個脈沖，電梯上升到第3層，開門4秒以后關(guān)門，停留在第三層，position最后的值為3。在仿真圖中看不到buttonclk，只顯示為一條黑色的線，是因為采用了頻率較

19、大的時鐘。再看fuplight信號燈，當(dāng)二層有上升請求的時候，它的值由0變到2。(注意fuplight和fdnlight是3位的二進(jìn)制向量，這里的2代表“010”，表示二層有請求；“100”也就是4，表示三層有請求)。當(dāng)電梯停留到第二層以后，表明該請求被響應(yīng)，所以它的值變?yōu)?，由于沒有下降請求信號，所以fdnlight信號燈的值一盲都為O。 圖4. 有上升請求的仿真波形.2. 是有下降請求的情況，它是圖4的繼續(xù)，當(dāng)電梯停留在第三層的時候，在電梯外第二層有下降請求，這時候fdnlight信號燈由0變?yōu)?，說明第二層有下降請求。電梯下降到第二層，響應(yīng)了下降請求，所以fdnlight信號燈清0。這時

20、候，在電梯內(nèi)部沒有停留在哪層的請求，所以電梯就停留在第二層，position信號的值保持在2。 圖5有下降請求的仿真波形 3. 同時有上升和下降請求信號時，電梯的運行情況如圖6所示。圖6仿真的情況是，原先電梯停留在第一層，這時候電梯外第三層有下降請求，電梯上升到第三層，乘客進(jìn)入電梯以后要求下降到一層，與此同時，在電梯外第二層有上升請求，電梯首先要響應(yīng)下降請求然后再響應(yīng)這個上升請求，所以電梯得先下降到一層，然后再上升到第二層來，這是符合常理的。從仿真的波形看，電梯的位置變化和想象是一致的。電梯的運行情況完全正確。最后乘客在電梯內(nèi)部要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置為三層。 圖6. 有上升和下降請求信號時的仿真波形 4. 圖7所示的仿真，原先電梯停留在第一層，電梯外第三層有下降請求，電梯上升到三層，乘客進(jìn)入電梯以后要求下降到一層，此時，二層有下降請求，接著又有上升請求，電梯首先在二層停留。然后下降到一層。隨后要響應(yīng)二層上升請求，上升到二層，乘客進(jìn)入電梯以后要求上升到三層，所以電梯最后的停留位置在三層。 圖7. 復(fù)雜情況下請求信號的仿真波形 八. 設(shè)計的擴(kuò)展性 在本設(shè)