基于FPGA的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)大連海事大學(xué)大連海事大學(xué)畢畢 業(yè)業(yè) 論論 文文二二一四一四 年年 六六 月月裝訂線裝訂線精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)基于 FPGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí): 電子信息工程 10-1 班 姓 名: 劉刊儒 指導(dǎo)老師: 嚴(yán) 飛 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)摘摘 要要隨著科技的發(fā)展，電梯早在上個(gè)世紀(jì)就已進(jìn)入人們的生活。對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA 已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)電子設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)即利用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文基于 VH

2、DL 即超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的四層電梯控制系統(tǒng)，以 QuartusII 為開(kāi)發(fā)環(huán)境，最終在 EDA 實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)四層電梯控制系統(tǒng)的基本功能，其功能包括：顯示電梯樓層數(shù)、響應(yīng)樓層請(qǐng)求、電梯升降指示、電梯開(kāi)關(guān)門(mén)、電梯開(kāi)門(mén)超時(shí)報(bào)警等。本文采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，整個(gè)系統(tǒng)主要分為五個(gè)模塊，其中包括：請(qǐng)求信號(hào)顯示模塊、樓層檢測(cè)模塊、數(shù)碼管樓層顯示模塊、開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊及電梯運(yùn)行模塊。首先，通過(guò) EDA 實(shí)驗(yàn)箱上的按鍵輸入樓層請(qǐng)求，其中包括電梯內(nèi)部樓層請(qǐng)求、電梯外上升請(qǐng)求及電梯外下降請(qǐng)求；同時(shí)，利用 LED 燈及數(shù)碼管顯示輸入的請(qǐng)求；然后，遵照電梯運(yùn)行時(shí)的方向優(yōu)先原則及內(nèi)部響應(yīng)優(yōu)先原則來(lái)逐次應(yīng)答請(qǐng)求

3、；并且，如果開(kāi)門(mén)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，電梯將發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)關(guān)門(mén)。關(guān)鍵字：電梯控制；關(guān)鍵字：電梯控制；EDA；FPGA；QuartusII；VHDL 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)ABSTRACTWith the development of scientific technology, lift has come into our daily life since last century. The traditional approach for elevator control is to use relay-contactor system. While, thanks to the i

4、mprovement of EDA technology, FPGA has been widely used in various of electronic design. And this design uses the FPGA to realize the elevator control.Firstly, required information, including the interior floor required information and external required information for rising and external required i

5、nformation for dropping, will be input by button. Secondly, the required information will be show by LED. And then, following the principle of operation, the elevator control system will respond required information one by one. Finally, there is an alarm for overtime.This design is an elevator contr

6、ol system basing on VHDL. In the development environment of Quartus, the ultimate functions will be realize in test case of EDA. The basic functions of this elevator include showing the current floor of elevator, responding the required information of elevator, controlling the door of elevator and a

7、larming for overtime. And this elevator control system use modularization design. There are five block in this design, including displaying required information, detecting current floor, displaying current floor by LED, the control of the door and operation of elevator.Key words: elevator control sy

8、stem;EDA; FPGA; Quartus II; VHDL 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)目目 錄錄第 1 章 緒論.1 1.1 電梯的起源.1 1.2 電梯的現(xiàn)狀與發(fā)展.1 1.3 四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求.2第 2 章 開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ).3 2.1 EDA 技術(shù)簡(jiǎn)介 .3 2.1.1 EDA 技術(shù)基本概述 .3 2.1.2 EDA 技術(shù)的基本特征 .3 2.1.3 EDA 技術(shù)的主要內(nèi)容 .4 2.1.4 EDA 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) .4 2.2 FPGA 簡(jiǎn)介 .4 2.2.1 可編程邏輯器件（PLD）簡(jiǎn)介.4 2.2.2 FPGA 簡(jiǎn)介 .5 2.3 VHDL 設(shè)計(jì)基礎(chǔ) .6

9、 2.3.1 實(shí)體（Entity）.6 2.3.2 結(jié)構(gòu)體（Architecture）.6 2.3.3 配置（Configuration）.6 2.3.4 包集合（Package）.6 2.3.5 庫(kù)（Library）.7 2.4 開(kāi)發(fā)軟件 QuartusII .7 2.5 硬件介紹：ZY11EDA13BE.7 2.5.1 ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn) .7 2.5.2 ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板組成 .8第 3 章 四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).9 3.1 系統(tǒng)器件端口說(shuō)明.9 3.2 請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)模塊.11 3.2.1 外部上升請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng).11 3.2.2 外部下降請(qǐng)求信號(hào)

10、響應(yīng).12 3.2.3 內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng).14 3.3 電梯所處樓層檢測(cè)模塊.15 3.4 樓層數(shù)碼管顯示模塊.16 3.5 開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊.17 3.6 電梯運(yùn)行模塊.18第 4 章 四層電梯控制系統(tǒng)展示.21精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè) 4.1 系統(tǒng)軟件驗(yàn)證.21 4.2 四層電梯控制系統(tǒng)相應(yīng)圖片展示.22 第 5 章 總結(jié).35 參考文獻(xiàn).36 致謝.37精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第第 1 章章緒論緒論1.1 電梯的起源電梯的起源電梯，是指動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，利用剛性導(dǎo)軌運(yùn)行的箱體或者沿固定線路運(yùn)行的梯級(jí)，進(jìn)行升降或者平行運(yùn)送人、貨物的機(jī)電設(shè)備，包括人（貨）電梯、自動(dòng)

11、扶梯、自動(dòng)人行道。習(xí)慣上不論其驅(qū)動(dòng)方式如何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運(yùn)輸工具的總稱(chēng)。其實(shí)，人類(lèi)利用升降工具運(yùn)輸貨物、人員的歷史非常悠久。早在公元前2600 年，埃及人在建造金字塔時(shí)就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無(wú)變化：即一個(gè)平衡物下降的同時(shí)，負(fù)載平臺(tái)上升。早期的升降工具基本以人力為動(dòng)力。英國(guó)科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后，起重機(jī)裝置開(kāi)始采用蒸汽為動(dòng)力。緊隨其后，威廉湯姆遜研制出用液壓驅(qū)動(dòng)的升降梯。在這些升降梯的基礎(chǔ)上，一代又一代富有創(chuàng)新精神的工程師們?cè)诓粩喔倪M(jìn)升降梯的技術(shù)。然而，安全性問(wèn)題是人類(lèi)一直在突破的問(wèn)題。直到 1854 年，美國(guó)人伊萊沙格雷夫斯奧的發(fā)明了人類(lèi)歷史上第一部安

12、全升降梯。在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，他向世人展示了這一偉大的偉大的發(fā)明。此后搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。1889 年 12 月，美國(guó)奧的斯電梯公司制造出了名副其實(shí)的電梯，它采用直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)蝸輪減速器帶動(dòng)卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。1.2 電梯的現(xiàn)狀與發(fā)展電梯的現(xiàn)狀與發(fā)展隨著社會(huì)的發(fā)展，越來(lái)越多高層建筑出現(xiàn)在人們的生活中，電梯作為高層建筑中不可缺少的垂直運(yùn)輸設(shè)備，已然成為城市物質(zhì)文明的一個(gè)重要標(biāo)志。隨著電梯的普遍使用，電梯功能也在隨之提高，其控制方式也在不斷的改善。150 年來(lái)，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面

13、更是步步出新，一款款集納了人類(lèi)在機(jī)械、電子、光學(xué)等領(lǐng)域最新科研成果的新型電梯競(jìng)相問(wèn)世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。伴隨經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)的電梯行業(yè)正經(jīng)歷著一個(gè)高速發(fā)展期。據(jù)前瞻網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電梯產(chǎn)量從 1990 年的 1.03 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到 2010 年的 36.5 萬(wàn)臺(tái)，年復(fù)合增長(zhǎng)率 19.5%，國(guó)內(nèi)電梯需求量從 2000 年的僅 3.72 萬(wàn)臺(tái)增長(zhǎng)到 2010 年的 32.97 萬(wàn)臺(tái)，到 2010 年底，我國(guó)電梯保有量超過(guò) 160 萬(wàn)臺(tái)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)1.3 四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)

14、的方法是使用繼電器接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展，F(xiàn)PGA 已廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)電子設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)即利用 FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的基于 FPGA 的四層電梯控制系統(tǒng)，要求按鍵輸入樓層請(qǐng)求、各樓層的上升下降請(qǐng)求及快速關(guān)門(mén)與延時(shí)關(guān)門(mén)，LED 燈顯示按鍵請(qǐng)求的狀況以及電梯運(yùn)行方向和電梯開(kāi)關(guān)門(mén)狀況，數(shù)碼管顯示電梯當(dāng)前所在樓層。具體要求如下：（1）每層電梯設(shè)有上升和下降請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)；（2）顯示電梯當(dāng)前所在樓層以及電梯運(yùn)行模式（上升或下降） ；（3）電梯每 3 秒升降一層，電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層后，電梯門(mén)開(kāi)，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén) 5 秒

15、后，電梯關(guān)門(mén)，關(guān)門(mén)指示燈滅，電梯繼續(xù)運(yùn)行，直到完成所有請(qǐng)求信號(hào)；（4）電梯運(yùn)行中，遵循電梯內(nèi)部樓層請(qǐng)求響應(yīng)優(yōu)先的原則，響應(yīng)請(qǐng)求信號(hào)時(shí)遵循運(yùn)行方向優(yōu)先的規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號(hào)，由下至上執(zhí)行；若多個(gè)樓層都有下降請(qǐng)求，則直接到達(dá)有下降請(qǐng)求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)，電梯運(yùn)行規(guī)律與上升模式相反；（5）電梯設(shè)有延時(shí)關(guān)門(mén)與快速關(guān)門(mén)功能。當(dāng)啟用延時(shí)關(guān)門(mén)時(shí)，電梯延時(shí)3 秒關(guān)門(mén)。當(dāng)啟用快速關(guān)門(mén)電梯則 1 秒后立即關(guān)門(mén)。當(dāng)電梯開(kāi)門(mén)時(shí)間超過(guò) 10 秒，則報(bào)警燈亮且 2 秒后電梯自動(dòng)關(guān)門(mén)；（6）電梯初始狀態(tài)為一層關(guān)門(mén)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-

16、專(zhuān)業(yè)第第 2 章章開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)2.1 EDA 技術(shù)簡(jiǎn)介技術(shù)簡(jiǎn)介2.1.1 EDA 技術(shù)基本概述技術(shù)基本概述 EDA 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以 EDA 軟件軟件工具為開(kāi)發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以可編程邏輯器件為實(shí)驗(yàn)載體，以 ASIC、SoC 芯片為目標(biāo)器件，以數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程1 13。 EDA 技術(shù)與傳統(tǒng)的硬件技術(shù)以及軟件技術(shù)有著很大的差別，它打破了計(jì)算機(jī)軟件以及硬件間的隔閡，使計(jì)算機(jī)軟件和硬件之間的結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)效率與產(chǎn)品性能互相融合。因此，它代表了數(shù)字電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。2.1.2 EDA 技術(shù)的基本特征技術(shù)的基本特征

17、 EDA 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，是電子技術(shù)的最新發(fā)展方向。EDA 技術(shù)具備著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員首先按照“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和功能劃分，然后采用硬件描述語(yǔ)言完成系統(tǒng)行為設(shè)計(jì)，最后通過(guò)綜合器和適配器生成目標(biāo)器件，這樣的設(shè)計(jì)方法被稱(chēng)為高層次的電子設(shè)計(jì)方法。因此，EDA 技術(shù)具備以下幾個(gè)基本的特征：（1） “自頂向下”的設(shè)計(jì)方法 傳統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)技術(shù)采取的是“自底向上”的設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法不僅效率低、易出錯(cuò)，而且成本很高。隨著技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)今的 EDA 技術(shù)采取“自頂向下”的全新設(shè)計(jì)方法，在結(jié)構(gòu)上對(duì)整體功能實(shí)現(xiàn)模塊化，分塊進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)，這樣有利于程序設(shè)計(jì)的修改，大大提高了

18、設(shè)計(jì)的效率以及正確率13。（2）設(shè)計(jì)中采用硬件描述語(yǔ)言 采用硬件描述語(yǔ)言進(jìn)行電路與系統(tǒng)的描述是當(dāng)前 EDA 技術(shù)的另一個(gè)特征。HDL(Hardware Description Language)是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，通過(guò)利用硬件描述語(yǔ)言，利用軟件編程的方式將硬件電路結(jié)構(gòu)、電子系統(tǒng)的邏輯功能連接起來(lái)。硬件描述語(yǔ)言的應(yīng)用是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)，它可以大大的縮小設(shè)計(jì)成本，減少研發(fā)的周期，不僅適用于小批量的生產(chǎn)，同時(shí)也適合于大批量的產(chǎn)品的成產(chǎn)，因此，不僅在設(shè)計(jì)研發(fā)上，在工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛的應(yīng)用13。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)（3）具有邏輯綜合和優(yōu)化功能 邏輯綜合功能是指

19、將高層次的抽象描述轉(zhuǎn)化為低級(jí)別抽象描述的一種方法，即根據(jù)芯片制造商提供的基本電路單元庫(kù)，將硬件描述語(yǔ)言描述的電路轉(zhuǎn)換為電路網(wǎng)表或者是一組邏輯方程13。優(yōu)化功能是指根據(jù)布爾方程等效的原則，利用邏輯綜合生成的結(jié)果，采取更小更快的綜合結(jié)果代替一些復(fù)雜的單元，然后根據(jù)指定的目標(biāo)將其映射成新的網(wǎng)表或者一組邏輯方程。優(yōu)化的作用是將電路設(shè)計(jì)的時(shí)延縮短到最小和有效利用資源。幾乎所有的 EDA 綜合工具都可以利用約束條件對(duì)電路進(jìn)行優(yōu)化。（4） 具有開(kāi)放性和標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu) 軟件架構(gòu)是一套配置使用的規(guī)范軟件包，其提供給 EDA 開(kāi)發(fā)的平臺(tái)以及相應(yīng)的開(kāi)發(fā)環(huán)境。同時(shí)，架構(gòu)還包括了各種與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的服務(wù)。架構(gòu)能將來(lái)自不

20、同廠商生產(chǎn)的工具軟件進(jìn)行優(yōu)化組合，集成在一個(gè)方便管理的統(tǒng)一的環(huán)境下，這樣有利與實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置以及資源共享13。2.1.3 EDA 技術(shù)的主要內(nèi)容技術(shù)的主要內(nèi)容 EDA 技術(shù)涉及面廣，從教學(xué)和實(shí)用的角度看，主要有以下四個(gè)方面內(nèi)容：一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?；二是硬件描述語(yǔ)言；三是軟件開(kāi)發(fā)工具；四是實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)12。 大規(guī)模可編程器件是利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的載體；硬件描述語(yǔ)言是利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要表達(dá)手段；軟件開(kāi)發(fā)工具是利用EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的智能化、自動(dòng)化的設(shè)計(jì)工具；實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)是利用 EDA 技術(shù)進(jìn)行電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的下載工具以及硬件驗(yàn)證工具12。2.

21、1.4 EDA 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及集成技術(shù)的快速發(fā)展，面對(duì)如今的電子產(chǎn)品市場(chǎng)，設(shè)計(jì)師們需要更加實(shí)用、方便、快捷的 EDA 工具，這對(duì) EDA 提出了更高的要求，從而也促進(jìn)了 EDA 技術(shù)的快速發(fā)展。從 EDA 技術(shù)的組成方面來(lái)看，在可編程器件方面，朝著高密度、高速度、寬帶寬方面發(fā)展，同時(shí)也朝著系統(tǒng)化、混合化、低電壓、低功耗方向發(fā)展；在開(kāi)發(fā)工具上，要求具備混合的信號(hào)處理能力，高效的仿真能力，高效的邏輯綜合能力以及優(yōu)化能力；系統(tǒng)描述方式更加的簡(jiǎn)便化、高效化和統(tǒng)一化13。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2.2 FPGA 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介2.2.1 可編程邏輯器

22、件（可編程邏輯器件（PLD）簡(jiǎn)介）簡(jiǎn)介 可編程邏輯器件以 SRAM、Flash 存儲(chǔ)器或者 EEPROM 為存儲(chǔ)基礎(chǔ)，由用戶(hù)根據(jù)自己的需要對(duì)其進(jìn)行編程，確定芯片的功能，然后應(yīng)用在用戶(hù)的電路系統(tǒng)中的電子設(shè)計(jì)技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，可編程邏輯器件也在很多方面有了飛速的發(fā)展：規(guī)模、性能、密度，這些發(fā)展使得它廣泛應(yīng)用與計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理、自動(dòng)化、集成電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域23。 可編程邏輯器件具有減小系統(tǒng)體積、增強(qiáng)邏輯設(shè)計(jì)的靈活性、提高系統(tǒng)的處理速度和可靠性、縮短設(shè)計(jì)周期、降低系統(tǒng)成本、具有系統(tǒng)加密功能等特點(diǎn)。 可編程邏輯器件的分類(lèi)： （1）按編程的性質(zhì)分：一次性編程 PLD、可對(duì)次編程 PLD、在線可重配置 I

23、CR 器件、在系統(tǒng)編程 ISPPLD。 （2）按器件的結(jié)構(gòu)分：可分為乘積項(xiàng)結(jié)構(gòu)器件和查找表結(jié)構(gòu)器件。 （3）按器件的集成程度分：可分為高密度可編程邏輯器件和低密度可編程邏輯器件。2.2.2 FPGA 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 1985 年，美國(guó) Xilinx 公司率先推出了一種新型的 PLD現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列（FPGA） 。在功能上，F(xiàn)PGA 的功能由邏輯結(jié)構(gòu)的配置數(shù)據(jù)決定，這些數(shù)據(jù)配置存放在片外的 EPROM 或者其他的存儲(chǔ)器上；在結(jié)構(gòu)上，F(xiàn)PGA 在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能模塊排列成陣列，并有可編程的內(nèi)部連接線連接這些功能模塊，以用于實(shí)現(xiàn)某些特定的邏輯功能。與 CPLD 相比，F(xiàn)PGA 可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜和更大規(guī)模的

24、邏輯電路2。 FPGA 由六個(gè)部分組成，分別是可編程輸入/輸出單元、基本可編程邏輯單元、豐富的布線資源、嵌入式塊 RAM、內(nèi)嵌專(zhuān)用硬核以及底層嵌入功能單元。（1）可編程輸入/輸出單元：該單元為芯片和外部電路的接口，可以完成不同電氣特性下的輸入輸出的匹配3。（2）基本可編程邏輯單元：該單元式可編程邏輯器件的核心，實(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件最基本的功能，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)的靈活性改變它的內(nèi)部連接和配置，以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能3。（3）豐富的布線資源：布線資源是器件內(nèi)部非常重要的連接渠道，連接著精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)驅(qū)動(dòng)功能以及數(shù)據(jù)的傳輸速度。FPGA 有著非常豐富的布線資源，它們從工藝、長(zhǎng)度

25、、寬度位置上被分為不同的等級(jí)，有專(zhuān)用的、有公用的3。（4）嵌入式塊 RAM：采用嵌入式塊 RAM，大大擴(kuò)展了 FPGA 的使用靈活性和應(yīng)用范圍3。（5）內(nèi)嵌專(zhuān)用硬核：內(nèi)嵌的專(zhuān)用內(nèi)核主要指那些通用性相對(duì)較弱的功能單元。FPGA 中的內(nèi)嵌專(zhuān)用內(nèi)核主要是為了實(shí)現(xiàn)某些特定功能開(kāi)發(fā)的3。（6）底層嵌入功能單元：它主要是指由生產(chǎn)商在出產(chǎn)前嵌入在 FGPA 中的一些通用程度較高的功能模塊3。2.3 VHDL 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 一個(gè)完整的 VHDL 語(yǔ)言程序一般情況下包括 5 個(gè)部分：實(shí)體（Entity） 、結(jié)構(gòu)體（Architecture） 、配置（Configuration） 、包集合（Package）

26、、庫(kù)（Library） 。2.3.1 實(shí)體（實(shí)體（Entity） 任何一個(gè) VHDL 程序必須包含并且只能有一個(gè)實(shí)體。實(shí)體是用于描述所設(shè)計(jì)芯片的外觀特性；它是 VHDL 的首要設(shè)計(jì)單元，實(shí)體是程序中最重要的幾個(gè)部分之一，其中定義了 VHDL 所描述的數(shù)字邏輯電路的外部接口，它相當(dāng)于一段程序的外部視圖，有輸入輸出的端口，也有參數(shù)的定義，相同的器件可以有不同的實(shí)現(xiàn)，但是只能對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)體12。2.3.2 結(jié)構(gòu)體（結(jié)構(gòu)體（Architecture） 結(jié)構(gòu)體用于描述所設(shè)計(jì)芯片的邏輯功能。它用于描述系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程、系統(tǒng)的行為，以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)構(gòu)成形式。在該部分，VHDL 語(yǔ)句的主要功能是指明所設(shè)計(jì)的芯片實(shí)現(xiàn)

27、什么具體的功能，以及元件的內(nèi)部聯(lián)系和連線。通常情況，結(jié)構(gòu)體對(duì)于輸入輸出的關(guān)系有三種方式進(jìn)行描述：行為描述、寄存器傳輸描述、和結(jié)構(gòu)描述，不同的描述方式僅僅是體現(xiàn)在所編寫(xiě)的語(yǔ)句上，其結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造是完全相同的。其實(shí)結(jié)構(gòu)體的功能描述共有 5 種：信號(hào)賦值語(yǔ)句、塊（BLOCK）語(yǔ)句、進(jìn)程（PROCESS）語(yǔ)句、元件例化（COMPONENT）語(yǔ)句和程序調(diào)用語(yǔ)句16。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)2.3.3 配置（配置（Configuration） 配置用于從庫(kù)中選取所需要單元來(lái)組成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不同規(guī)格的不同版本，使被設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能發(fā)生改變。配置語(yǔ)句用來(lái)描述層與層之間的連接關(guān)系以及實(shí)體與結(jié)構(gòu)體之間

28、的連接關(guān)系。在復(fù)雜的 VHDL 工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以利用這種配置語(yǔ)句來(lái)選擇不同的結(jié)構(gòu)體，使其與要設(shè)計(jì)的實(shí)體相對(duì)應(yīng)，或者為例化的各元件實(shí)體配置指定的結(jié)構(gòu)體。在仿真設(shè)計(jì)中，可以利用配置來(lái)選擇不同的結(jié)構(gòu)體進(jìn)行性能對(duì)比試驗(yàn)，以得到性能最佳的設(shè)計(jì)方案13。2.3.4 包集合（包集合（Package） 程序包主要用于存放各設(shè)計(jì)模塊能共享的數(shù)據(jù)類(lèi)型、常數(shù)、子程序等。它主要由兩個(gè)部分組成：程序包首、程序包體。程序包首用于說(shuō)明程序包中所定義的常量、數(shù)據(jù)類(lèi)型、過(guò)程首、函數(shù)首以及元件定義；程序包體主要是對(duì)程序包體部分所定義的函數(shù)首和過(guò)程首所對(duì)應(yīng)的函數(shù)體和過(guò)程體進(jìn)行說(shuō)明。在 VHDL程序中，程序包不是必需的，程序包

29、首可以獨(dú)立的定義和使用13。 2.3.5 庫(kù)（庫(kù)（Library） 在 VHDL 設(shè)計(jì)中，為了提高便捷性以及使用的規(guī)范性，必須將一些常用的、預(yù)先定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，子程序等存放在一起，以供調(diào)用，這就是庫(kù)，因此，庫(kù)就是經(jīng)編譯的數(shù)據(jù)的集合，它可以存放實(shí)體定義、程序包定義、構(gòu)造體定義以及配置的定義。庫(kù)包含了 5 種：IEEE 庫(kù)、STD 庫(kù)、WORK 庫(kù)、VITAL 庫(kù)以及用戶(hù)自定義庫(kù)。需注意的是，在 VHDL 語(yǔ)言中，庫(kù)的說(shuō)明語(yǔ)句總是放在實(shí)體單元前面，即一段 VHDL 程序的開(kāi)始一定是庫(kù)說(shuō)明語(yǔ)句。由于庫(kù)是程序包的集合，因此，庫(kù)的調(diào)用其實(shí)就是程序包的使用12。2.4 開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)軟件 QuartusII

30、 QuartusII 是 Altera 公司推出的新一代 FPGA/CPLD 開(kāi)發(fā)軟件，適合于大規(guī)模復(fù)雜的邏輯電路設(shè)計(jì)。它是 Altera 公司的第 4 代可編程邏輯器件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了從設(shè)計(jì)輸入到器件編程的全部功能1。 本次設(shè)計(jì)是在 QuartusII9.0 環(huán)境下進(jìn)行的，QuartusII9.0 是 Altera 公司于 2009 年推出的新一代 PLD 開(kāi)發(fā)集成環(huán)境。可在多種平臺(tái)運(yùn)行，具有開(kāi)放性、多平臺(tái)、與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)、完成集成化、豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)、模塊化工具、支持多種HDL 語(yǔ)言、易學(xué)習(xí)、易操作等特點(diǎn)。QuartusII 提供了方便的實(shí)體設(shè)計(jì)、快速的精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)

31、業(yè)編譯處理以及編程功能，是目前 FPGA/CPLD 開(kāi)發(fā)工具中較為理想的綜合、仿真軟件1。QuartusII 是 EDA 技術(shù)的一個(gè)綜合性平臺(tái)。運(yùn)用 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程如圖 2.2 所示。應(yīng)用 QuartusII 軟件，可以完成所有的設(shè)計(jì)工作。2.5 硬件介紹：硬件介紹：ZY11EDA13BE2.5.1 ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）采用主板 A 基本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)+適配板（擴(kuò)展板）的結(jié)構(gòu)：板是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置系統(tǒng)，是一個(gè)最簡(jiǎn) EDA 工具系統(tǒng)，包含了核心芯片 A（EP1K30QC208） ，在主板系統(tǒng)基礎(chǔ)上擴(kuò)展了不同系統(tǒng)，比如主板+單片機(jī)+擴(kuò)展板構(gòu)成單片機(jī)系統(tǒng)，

32、以及主板+擴(kuò)展 CPLD/FPGA 等多重系統(tǒng)11。（2）主板中所有 I/O 口開(kāi)放：主芯片的 I/O 口分為三個(gè)部分使用，三個(gè)部分的 I/O 口無(wú)重合。第一部分連接到外部資源（數(shù)碼管、譯碼器、時(shí)鐘源、液晶、LCD、LED、按鍵、開(kāi)關(guān)等） ，第二部分連接到試配板接口，第三部分連接到擴(kuò)展版接口11。（3）數(shù)字 EDA 與模擬 EDA 混合實(shí)驗(yàn)與開(kāi)發(fā)：除了主板的模數(shù)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)，如果配以模擬 EDA 器件適配板，就能在主板系統(tǒng)上完成模擬 EDA 實(shí)驗(yàn)或模數(shù)混合實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)18。 （4）編程下載通用性強(qiáng)：主板系統(tǒng)含 FPGA/CPLD 通用下載編程模塊，可用于對(duì) Altera 、Lattice、Xilin

33、x 等多家國(guó)際著名的 PLD 公司幾乎所有 isp 或現(xiàn)場(chǎng)配置的 CPLD/FPGA 進(jìn)行編程下載11。 （5）良好的混合電壓（MV）兼容功能：綠色能源電子系統(tǒng)要求器件低功耗、低噪聲和高電磁兼容性。因此低電壓器件的使用將更加重要和普遍，如筆記本電腦、嵌入式系統(tǒng)等，其中的主要器件皆為低電壓器件 11。2.5.2 ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板組成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板組成 ZY11EDA13BE 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主板，主要由以下幾部分構(gòu)成：通用編程模塊、液晶顯示模塊、數(shù)碼管顯示模塊、A/D、D/A 轉(zhuǎn)換模塊、LED 顯示模塊、數(shù)字可調(diào)信號(hào)源、濾波模塊、信號(hào)調(diào)節(jié)模塊、邏輯筆模塊、配置模塊、模式選擇模塊、模擬信

34、號(hào)源、44 鍵盤(pán)模塊、開(kāi)關(guān)按鍵模塊、電源模塊、分立元件模塊、喇叭模塊、I/O 口插孔、核心芯片 A、適配板 B 插座、擴(kuò)展板 C 插座、40PIN 插座11。 本次設(shè)計(jì)中用到了通用編程模塊即核心芯片 EPF1K30QC2082、數(shù)碼管顯精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)示模塊、LED 顯示模塊、44 鍵盤(pán)模塊、開(kāi)關(guān)按鍵模塊、電源模塊、喇叭模塊。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第第 3 章章四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，此次四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)、樓層檢測(cè)、當(dāng)前樓層數(shù)碼管顯示、開(kāi)關(guān)門(mén)控制、電梯運(yùn)行五個(gè)模塊。四層電梯控制系統(tǒng)的整體流程圖

35、如圖 3.1 所示。圖圖 3.13.1 四層電梯控制系統(tǒng)整體流程圖四層電梯控制系統(tǒng)整體流程圖3.1 系統(tǒng)器件端口說(shuō)明系統(tǒng)器件端口說(shuō)明 本次設(shè)計(jì)全部使用 VHDL 語(yǔ)言編程，在程序中完成對(duì)各模塊的設(shè)計(jì)以及整體系統(tǒng)對(duì)各模塊的調(diào)用。 系統(tǒng)生成器件如圖 3.2 所示。 精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)clkrstinner_f1inner_f2inner_f3inner_f4outer_u1outer_u2outer_u3outer_d2outer_d3outer_d4delaycloseled7s6.0up_req4.1down_req4.1inner_req4.1u_dalarmdoor

36、1.0runliftinst1圖圖 3.23.2 四層電梯控制系統(tǒng)生成器件四層電梯控制系統(tǒng)生成器件端口信號(hào)說(shuō)明：clk：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)；rst：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)；inner_f1inner_f4：分別為電梯內(nèi)用戶(hù)到 1、2、3、4 樓的請(qǐng)求信號(hào)；outer_u1outer_u3：分別為 1、2、3 樓用戶(hù)的請(qǐng)求上樓信號(hào)；outer_d2outer_d4：分別為 2、3、4 樓用戶(hù)的請(qǐng)求下樓信號(hào)；up_req：用戶(hù)上升請(qǐng)求樓層指示；down_req：用戶(hù)下降請(qǐng)求樓層指示；inner_req：電梯內(nèi)用戶(hù)到達(dá)樓層請(qǐng)求信號(hào)；led7: 七段數(shù)碼管樓層顯示信號(hào)；delay：延時(shí)關(guān)門(mén)信號(hào)；close：快速關(guān)門(mén)信

37、號(hào)：door：門(mén)控信號(hào)，00 為關(guān)門(mén)，01 為等待關(guān)門(mén)，11 為開(kāi)門(mén)；alarm：報(bào)警信號(hào)；u_d：上升下降指示，0 為下降，1 為上升；state：電梯運(yùn)行狀態(tài)指示，其中 state（2）：1 為運(yùn)行允許標(biāo)志，0 為運(yùn)行禁止標(biāo)志，state（1）：1 為上行任務(wù)標(biāo)志，0 為下行任務(wù)標(biāo)志；state（0）：1為正在上行標(biāo)志，0 為正在下行標(biāo)志；current_floor：當(dāng)前所在樓層；door_time:門(mén)開(kāi)關(guān)控制計(jì)數(shù)信號(hào)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.2 請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)模塊請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)模塊 請(qǐng)求信號(hào)燈的亮滅是根據(jù)該層是否有請(qǐng)求信號(hào)以及電梯的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定的。當(dāng)該層有人請(qǐng)求時(shí)，則

38、該層的請(qǐng)求信號(hào)燈亮，直到電梯響應(yīng)該層的請(qǐng)求時(shí)，請(qǐng)求信號(hào)燈才滅。請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)分為外部上升請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)、外部下降請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)、內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)三部分。3.2.1 外部上升請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)外部上升請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng) 四層電梯控制系統(tǒng)的外部上升請(qǐng)求信號(hào)有 3 個(gè)，根據(jù)運(yùn)行規(guī)律，采用逐層判斷的方法，先從 3 樓開(kāi)始判斷，最后到 1 樓。當(dāng)有本層的外部上升請(qǐng)求信號(hào)時(shí)，外部請(qǐng)求信號(hào)指示燈亮，當(dāng)電梯響應(yīng)了本層外部上升請(qǐng)求信號(hào)，則本層的外部上升請(qǐng)求信號(hào)燈滅。外部上升請(qǐng)求信號(hào)流程圖如圖 3.3 所示。圖圖 3.33.3 外部上升請(qǐng)求指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖外部上升請(qǐng)求指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)

39、業(yè) （1）當(dāng) 3 樓有外部上升請(qǐng)求時(shí)：3 樓外部上升請(qǐng)求指示燈亮，若電梯處于上升狀態(tài)響應(yīng)此上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）11） ，或下降狀態(tài)響應(yīng)此上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）10） ，則當(dāng)電梯停止（run0）且停在 3 樓時(shí)，3 樓的外部上升請(qǐng)求指示燈滅；若電梯處于下降狀態(tài)響應(yīng)下降請(qǐng)求時(shí)（state（1 downto 0）00） ，3 樓的內(nèi)部請(qǐng)求和 3 樓的外部請(qǐng)求信號(hào)也可將電梯停在 3 樓，因此不能簡(jiǎn)單的通過(guò)電梯是否停止來(lái)判斷信號(hào)燈熄滅，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當(dāng) 2 樓沒(méi)有外部下降信號(hào)且 1-2 樓沒(méi)有內(nèi)部請(qǐng)求時(shí)，電梯停止（run0）且停在 3 樓，3 樓

40、的外部上升信號(hào)指示燈才可以熄滅；若電梯處于上升狀態(tài)來(lái)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，3 樓的外部下降請(qǐng)求同樣可以使電梯停在三樓，因此同樣不能簡(jiǎn)單的通過(guò)電梯是否停止來(lái)判斷 3 樓外部上升請(qǐng)求指示燈的亮滅，因此電梯在這種情況的，只有當(dāng)2 樓沒(méi)有外部下降請(qǐng)求時(shí)，電梯停止（run0）且停在 3 樓，3 樓的外部上升請(qǐng)求指示燈才可以熄滅。（2）當(dāng) 2 樓有外部上升請(qǐng)求時(shí)：同樣的方法可以判斷 2 樓是否有上升請(qǐng)求和控制指示燈的亮滅。（3）當(dāng)電梯有 1 樓上升請(qǐng)求時(shí)：1 樓上升請(qǐng)求指示燈亮，但由于 1 樓是最底層，不能往下運(yùn)行，所以只要1 樓外部有上升請(qǐng)求時(shí)，只需要判斷電梯是否到達(dá)

41、 1 樓且電梯停止運(yùn)行（run0） ，當(dāng)響應(yīng)完畢時(shí)，1 樓外部上升信號(hào)指示燈滅。 3.2.2 外部下降請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)外部下降請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)外部下降請(qǐng)求信號(hào)有 3 個(gè)，采用逐層判斷的方法，先從 4 層開(kāi)始判斷，最后到 2 樓。其流程圖如圖 3.4 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 3.43.4 下降請(qǐng)求指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖下降請(qǐng)求指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖 （1）當(dāng) 4 樓有外部下降請(qǐng)求時(shí)： 由于 4 樓是最高層，不能往上運(yùn)行，所以只要 4 樓外部有上升請(qǐng)求時(shí)，只需要判斷電梯是否到達(dá) 4 樓且電梯停止運(yùn)行，當(dāng)響應(yīng)完畢時(shí)，4 樓外部下降信號(hào)指示燈滅。 （2）當(dāng) 3 樓有外部下降請(qǐng)求時(shí)：

42、3 樓外部下降請(qǐng)求指示燈亮，若電梯處于下降狀態(tài)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）00）或上升狀態(tài)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，則當(dāng)電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 3 樓時(shí)，3 樓的外部下降請(qǐng)求指示燈滅；若電梯處于上升狀態(tài)響應(yīng)上升請(qǐng)求時(shí)（state（1 downto 0）11） ，精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3 樓的內(nèi)部請(qǐng)求和 3 樓的外部上升請(qǐng)求信號(hào)也可將電梯停在 3 樓，因此不能簡(jiǎn)單的通過(guò)電梯是否停止來(lái)判斷信號(hào)燈熄滅，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當(dāng) 4樓沒(méi)有內(nèi)部請(qǐng)求時(shí)，電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 3 樓，3 樓的外部下降信號(hào)指示燈才可

43、以熄滅；若電梯處于上升狀態(tài)來(lái)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，3 樓的外部上升請(qǐng)求同樣可以使電梯停在三樓，但由于 3 樓的外部上升請(qǐng)求信號(hào)時(shí) 4 層電梯控制系統(tǒng)中可以有外部上升請(qǐng)求的最高層，因此在這種狀態(tài)下，當(dāng)電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 3 樓，3 樓的外部上升請(qǐng)求指示燈即熄滅。（3）當(dāng) 2 樓有外部上升請(qǐng)求時(shí)： 2 樓外部下降請(qǐng)求指示燈亮，若電梯處于下降狀態(tài)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）00）或上升狀態(tài)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，則當(dāng)電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 2 樓時(shí)，2 樓的外部下降請(qǐng)求指示燈滅；若電梯處于上

44、升狀態(tài)響應(yīng)上升請(qǐng)求時(shí)（state（1 downto 0）11） ，2 樓的內(nèi)部請(qǐng)求和 2 樓的外部上升請(qǐng)求信號(hào)也可將電梯停在 2 樓，因此不能簡(jiǎn)單的通過(guò)電梯是否停止來(lái)判斷信號(hào)燈熄滅，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當(dāng) 3-4 樓沒(méi)有內(nèi)部請(qǐng)求且 3 樓沒(méi)有外部上升請(qǐng)求時(shí)，電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 2 樓，2 樓的外部下降信號(hào)指示燈才可以熄滅；若電梯處于上升狀態(tài)來(lái)響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，2 樓的外部上升請(qǐng)求同樣可以使電梯停在 2 樓，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當(dāng)電梯 3 樓沒(méi)有外部上升請(qǐng)求時(shí)，當(dāng)電梯停止運(yùn)行（run0）且停在 2 樓，2 樓的外部上升請(qǐng)求指示燈即熄

45、滅。3.2.3 內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)有 4 個(gè)。先判斷是否有 1 樓內(nèi)部請(qǐng)求，若有則 1 樓內(nèi)部信號(hào)指示燈亮，且保持到請(qǐng)求被響應(yīng)，則 1 樓內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)指示燈滅。用同樣的方法可以判斷 24 樓的內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)，若某層有內(nèi)部請(qǐng)求，則該層的內(nèi)部請(qǐng)求指示燈亮，并保持到內(nèi)部請(qǐng)求響應(yīng)完畢。內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖如圖 3.5 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 3.53.5 內(nèi)部樓層請(qǐng)求信號(hào)指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖內(nèi)部樓層請(qǐng)求信號(hào)指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖3.3 電梯所處樓層檢測(cè)模塊電梯所處樓層檢測(cè)模塊 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，電梯顯示樓層為 1 樓。當(dāng)系統(tǒng)置位時(shí)，樓層顯示信

46、號(hào)根據(jù)電梯運(yùn)行方向和運(yùn)行狀態(tài)來(lái)決定。當(dāng)電梯處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，樓層信號(hào)保持當(dāng)前數(shù)值，當(dāng)電梯運(yùn)行時(shí)，若電梯向上運(yùn)行則層數(shù)加 1，若電梯向下運(yùn)行則樓層數(shù)減 1。電梯的運(yùn)行方向由后續(xù)的電梯運(yùn)行程序來(lái)決定。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，電梯每秒升降一層，系統(tǒng)時(shí)鐘選擇 2HZ,因此設(shè)有計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器到 6 時(shí)，3 秒時(shí)間到，計(jì)數(shù)器的值恢復(fù)為 0，樓層顯示則相應(yīng)地加 1 或減 1。樓層檢測(cè)流程圖如圖3.6 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 3.63.6 樓層檢測(cè)模塊流程圖樓層檢測(cè)模塊流程圖3.4 樓層數(shù)碼管顯示模塊樓層數(shù)碼管顯示模塊 表 3.1 為 7 段譯碼真值表：當(dāng)輸出端狀態(tài)為 1 時(shí)表示該段亮，當(dāng)

47、輸出端狀態(tài)為 0 時(shí)表示該段滅。數(shù)碼管顯示當(dāng)前電梯所在樓層，即 current_floor。表表 3.13.1 七段譯碼真值表七段譯碼真值表輸出筆狀態(tài)顯示數(shù)字abcdefg10110000210110113100111141100110精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.5 開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊開(kāi)關(guān)門(mén)控制模塊 當(dāng) state（2）0 時(shí)，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)控制，電梯門(mén)共有三個(gè)狀態(tài)，分別為開(kāi)門(mén)(door11)、準(zhǔn)備關(guān)門(mén)（door01）和關(guān)門(mén)（door00）狀態(tài)。其中，一般情況下開(kāi)門(mén)時(shí)間為 4 秒（0door_time8） ，準(zhǔn)備關(guān)門(mén)狀態(tài)為 1 秒(7door_time20）則電梯開(kāi)始報(bào)警，準(zhǔn)備關(guān)門(mén)，

48、并在 3 秒后自動(dòng)關(guān)門(mén)。開(kāi)關(guān)門(mén)控制流程圖如圖 3.7 所示。圖圖 3.73.7 開(kāi)關(guān)門(mén)控制流程圖開(kāi)關(guān)門(mén)控制流程圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)3.6 電梯運(yùn)行模塊電梯運(yùn)行模塊 電梯運(yùn)行模塊是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，這個(gè)模塊中的很多判斷條件是以信號(hào)燈的狀態(tài)為依據(jù)，而后根據(jù)本模塊輸出的電梯上升、下降、停止等狀態(tài)信號(hào)反過(guò)來(lái)又控制信號(hào)燈的狀態(tài)。 電梯運(yùn)行時(shí)，遵循電梯內(nèi)部請(qǐng)求優(yōu)先響應(yīng)的原則，同時(shí)響應(yīng)請(qǐng)求信號(hào)遵循運(yùn)行方向優(yōu)先原則，即：電梯處于上升模式時(shí)，電梯只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號(hào)，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請(qǐng)求時(shí)，則直接上升到有下降請(qǐng)求的最高樓接客，然后進(jìn)

49、入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)，電梯只響應(yīng)比所在樓層低的下樓信號(hào)，由上至下依次響應(yīng)，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢，若更低樓層有上升請(qǐng)求，則直接下降到有上升請(qǐng)求的最低樓接客，然后進(jìn)入上升模式。電梯運(yùn)行流程圖如圖 3.8 所示。 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，電梯處于停止和等待的狀態(tài)。 （1）當(dāng)電梯在 1 樓時(shí)： 若電梯停在 1 樓（run0） ，先判斷 1 樓是否有上升請(qǐng)求，若有 1 樓的外部上升請(qǐng)求，則電梯開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)，再判斷 2-3 樓是否有外部上升請(qǐng)求或內(nèi)部 2-4樓的請(qǐng)求，若 2-3 樓有外部上升請(qǐng)求或有內(nèi)部請(qǐng)求到達(dá) 24 樓，則電梯運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯處于上升狀態(tài)去應(yīng)答上升請(qǐng)求（state（1

50、downto 0）11） ，最后判斷 2-4 樓是否有外部下降請(qǐng)求，若 2-4 樓有外部下降請(qǐng)求，則電梯運(yùn)行（run1）此時(shí)電梯處于上升狀態(tài)去應(yīng)答下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） 。 若電梯正在運(yùn)行（run1）：當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)時(shí)且 1 樓有上升請(qǐng)求或有內(nèi)部到達(dá) 1 樓的請(qǐng)求時(shí)，電梯停止運(yùn)行并開(kāi)門(mén)。（2）當(dāng)電梯在 2 樓時(shí)：當(dāng)電梯停在 2 樓時(shí)（run0）：先判斷 2 樓是否有外部上升或下降的請(qǐng)求，若電梯在 2 樓有外部上升或下降請(qǐng)求，則電梯開(kāi)門(mén)；若電梯當(dāng)前處于下降狀態(tài)（state（0）0） ，則再判斷電梯是否有內(nèi)部 1 樓請(qǐng)求，若有內(nèi)部請(qǐng)求去 1 樓，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（ru

51、n1） ，電梯變?yōu)橄陆禒顟B(tài)去響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）00） ，再判斷電梯是否有 1 樓的外部上升請(qǐng)求，若電梯有 1 樓外部上升請(qǐng)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，電梯變?yōu)橄陆禒顟B(tài)去響應(yīng)上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）10） ，再判斷電梯是否有 3-4 樓的內(nèi)部請(qǐng)求或 3 樓的外部上升請(qǐng)求，如果電梯內(nèi)部有 3-4 樓請(qǐng)求或 3 樓有外部上升請(qǐng)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯變?yōu)樯仙隣顟B(tài)去應(yīng)答上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）11） ；最后判斷是否有 3-4 樓的外部下降請(qǐng)求，若有 3-4 樓的外部下降請(qǐng)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-

52、專(zhuān)業(yè)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯變?yōu)樯仙隣顟B(tài)去響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ；若電梯當(dāng)前處于上升狀態(tài)（state（0）1） ，則再判斷電梯是否有 3-4 樓的內(nèi)部請(qǐng)求或 3 樓的外部上升請(qǐng)求，如果電梯內(nèi)部有 3-4 樓請(qǐng)求或 3 樓有外部上升請(qǐng)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯變?yōu)樯仙隣顟B(tài)去應(yīng)答上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）11） ；再判斷是否有 3-4樓的外部下降請(qǐng)求，若有 3-4 樓的外部下降請(qǐng)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯變?yōu)樯仙隣顟B(tài)去響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）01） ，再判斷電梯是否有內(nèi)部

53、1 樓請(qǐng)求，若有內(nèi)部請(qǐng)求去 1 樓，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，電梯變?yōu)橄陆禒顟B(tài)去響應(yīng)下降請(qǐng)求（state（1 downto 0）00） ，最后判斷電梯是否有 1 樓的外部上升請(qǐng)求，若電梯有 1 樓外部上升請(qǐng)求，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，電梯變?yōu)橄陆禒顟B(tài)去響應(yīng)上升請(qǐng)求（state（1 downto 0）10） ； 若電梯正在運(yùn)行（run1） ，則當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)去完成上升請(qǐng)求時(shí)（state（1 downto 0）11） ，若 2 樓有外部上升請(qǐng)求，則電梯停運(yùn)并開(kāi)門(mén)；若電梯處于上升狀態(tài)去應(yīng)答下降信號(hào)時(shí)（state（1 downto 0）01） ，若 2 樓有外部下降請(qǐng)求且 34 樓沒(méi)有外

54、部下降請(qǐng)求，則電梯停運(yùn)并開(kāi)門(mén)；若電梯處于下降狀態(tài)去應(yīng)答下降信號(hào)時(shí)（state（1 downto 0）00） ，若 2 樓有外部下降請(qǐng)求，則電梯停運(yùn)并開(kāi)門(mén)；若電梯處于下降狀態(tài)去完成上升請(qǐng)求時(shí)（state（1 downto 0）10） ，若 2 樓有外部上升請(qǐng)求且 1 樓沒(méi)有上升請(qǐng)求時(shí)，電梯停運(yùn)并開(kāi)門(mén)。（3）當(dāng)電梯在 3 樓時(shí)：電梯運(yùn)行狀態(tài)與 2 樓類(lèi)似。（4）當(dāng)電梯在 4 樓時(shí)：當(dāng)電梯停在 4 樓時(shí)（run0）：先判斷是否有 4 樓的外部下降請(qǐng)求 4 樓有外部下降請(qǐng)求，則電梯開(kāi)門(mén)；在判斷 2-3 樓是否有外部下降請(qǐng)求或 1-3 樓的內(nèi)部請(qǐng)求，若 23 樓有外部下降請(qǐng)求或電梯內(nèi)部有到 13 樓的請(qǐng)

55、求時(shí)，則電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯處于下降狀態(tài)去完成下降信號(hào)（state（1 downto 0）00） ，最后判斷電梯是否有 1-3 樓的外部上升請(qǐng)求，若 13 樓有外部上升請(qǐng)求時(shí)，電梯運(yùn)行（run1） ，此時(shí)電梯處于下降狀態(tài)去應(yīng)答上升信號(hào)（state（1 downto 0）01） 。若電梯正在運(yùn)行（run1） ，當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)且 4 樓外部有下降請(qǐng)求或有到 4 樓的內(nèi)部請(qǐng)求時(shí)，電梯停止運(yùn)行并開(kāi)門(mén)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 3.83.8 電梯運(yùn)行流程圖電梯運(yùn)行流程圖精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)第第 4 章章四層電梯控制系統(tǒng)展示四層電梯控制系統(tǒng)展

56、示4.1 系統(tǒng)軟件驗(yàn)證系統(tǒng)軟件驗(yàn)證 系統(tǒng)通過(guò)仿真后，根據(jù) EDA 實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的實(shí)際情況，選擇可編程邏輯器件 CPLD/FPGA，進(jìn)行管腳分配，鎖定管腳進(jìn)行編譯，將編譯產(chǎn)生的 SOF 文件，通過(guò)下載電纜配置到硬件中，將目標(biāo)板和并口通信線連接好，驗(yàn)證電子密碼鎖的功能。該系統(tǒng)選擇器件為 EP1K30QC208-2。管腳鎖定對(duì)照表如表 4.1 所示。系統(tǒng)仿真圖如圖 4.1 所示。表表 4.14.1 信號(hào)與管教對(duì)照表信號(hào)與管教對(duì)照表精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 4.14.1 系統(tǒng)仿真圖系統(tǒng)仿真圖 如圖 4.1，當(dāng)復(fù)位時(shí)（rst1） ，電梯門(mén)關(guān)閉（door00） ，電梯處于 1 樓（l

57、ed7s） ，電梯停止運(yùn)行（run1） 。當(dāng)有外部的 2 樓上升請(qǐng)求時(shí)，2 樓的外部上升信號(hào)指示燈亮（up_req(2)=1） ，電梯開(kāi)始運(yùn)行（run1） ，電梯上升（u_d=1） 。3 秒后，電梯到達(dá) 2 樓（led7s） ，電梯停止運(yùn)行（run1） ，電梯開(kāi)門(mén)（door11） ，2 樓外部上升請(qǐng)求指示燈滅（up_req(2)=0） 。4 秒后電梯準(zhǔn)備關(guān)門(mén)（door10） ，再過(guò) 1 秒后電梯關(guān)門(mén)（door00） 。4.24.2 四層電梯控制系統(tǒng)相應(yīng)圖片展示四層電梯控制系統(tǒng)相應(yīng)圖片展示程序下載成功后，運(yùn)行系統(tǒng)可得到展示結(jié)果。（1） 電梯復(fù)位如圖 4.2 所示，當(dāng)復(fù)位時(shí)，電梯處于 1 樓停止的

58、狀態(tài)。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 4.24.2 成果展示圖成果展示圖 1 1：電梯復(fù)位：電梯復(fù)位 （2） 電梯有 3 樓內(nèi)部請(qǐng)求： 如圖 4.3 所示，當(dāng)內(nèi)部有 3 樓的請(qǐng)求信號(hào)時(shí) 3 樓的請(qǐng)求指示燈亮，上升/下降指示燈亮,說(shuō)明電梯在向上運(yùn)行，run 運(yùn)行指示燈亮。 當(dāng)電梯到達(dá) 3 樓時(shí)，3 樓指示燈滅，run 運(yùn)行指示燈滅，電梯開(kāi)門(mén)，門(mén)控指示燈都亮。如圖 4.4 所示。圖圖 4.34.3 成果展示圖成果展示圖 2 2：電梯在：電梯在 1 1 樓，內(nèi)部有到樓，內(nèi)部有到 3 3 樓的請(qǐng)求，開(kāi)始上升樓的請(qǐng)求，開(kāi)始上升精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 4.44.4

59、成果展示圖成果展示圖 3 3：電梯上升到：電梯上升到 3 3 樓，開(kāi)門(mén)樓，開(kāi)門(mén) （3）電梯在 1 樓，2 樓 3 樓同時(shí)發(fā)出外部上升請(qǐng)求： 如圖 4.5 所示，當(dāng)電梯在 1 樓時(shí)，2 樓 3 樓外部同時(shí)有向上請(qǐng)求時(shí)，電梯2 樓 3 樓上升指示燈亮，上升/下降指示燈亮，run 運(yùn)行指示燈亮。電梯先應(yīng)答2 樓的上升請(qǐng)求，然后再應(yīng)答 3 樓的上升請(qǐng)求。如圖 4.6、4.7 所示。圖圖 4.54.5 成果展示圖成果展示圖 4 4：電梯在：電梯在 1 1 樓，上升狀態(tài)樓，上升狀態(tài) 2 2、3 3 樓外部有上升請(qǐng)求樓外部有上升請(qǐng)求精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 4.64.6 成果展示圖成果

60、展示圖 5 5：上升狀態(tài)，應(yīng)答：上升狀態(tài)，應(yīng)答 2 2 樓上升請(qǐng)求，開(kāi)門(mén)樓上升請(qǐng)求，開(kāi)門(mén)圖圖 4.74.7 成果展示圖成果展示圖 6 6：上升狀態(tài)，應(yīng)答：上升狀態(tài)，應(yīng)答 3 3 樓上升請(qǐng)求，開(kāi)門(mén)樓上升請(qǐng)求，開(kāi)門(mén) （4）電梯在 4 樓，2 樓 3 樓同時(shí)發(fā)出外部向下請(qǐng)求： 如圖 4.8 所示，當(dāng)電梯在 4 樓時(shí)，2 樓 3 樓有外部下降請(qǐng)求時(shí)，2 樓 3 樓的下降請(qǐng)求指示等亮，運(yùn)行指示燈亮，上升/下降指示燈滅，電梯向下運(yùn)行。電梯先應(yīng)答 3 樓的下降信號(hào)再應(yīng)答 2 樓的下降信號(hào)。如圖 4.9、4.10 所示。精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)圖圖 4.84.8 成果展示圖成果展示圖 7 7