石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)46

1、石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)基于FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì)Elevator Controller Design Based on FPGA2012 屆 電氣工程 系專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 號 20086377 學(xué)生姓名 張煒瑋 指導(dǎo)老師 高迎霞 完成日期 2012年5月4日畢業(yè)設(shè)計(jì)成績單學(xué)生姓名張煒瑋學(xué)號20086377班級方0809-3專業(yè)電子信息工程畢業(yè)設(shè)計(jì)題目基于FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名高迎霞指導(dǎo)教師職稱講 師評 定 成 績指導(dǎo)教師得分評閱人得分答辯小組組長得分成績：院長(主任) 簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書題目基于FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì)姓名張煒瑋學(xué)號20086377班

2、級方0809-3專業(yè)電子信息工程承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣工程系導(dǎo)師姓名高迎霞導(dǎo)師職稱講師一、主要內(nèi)容該項(xiàng)目主要模擬電梯控制的整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)電梯控制。主要包含硬件部分和軟件部分，硬件部分完成模擬電梯控制所需控制電路和顯示部分，軟件部分通過VHDL語言完成電梯控制的整個(gè)過程。兩者協(xié)調(diào)工作可以完成電梯控制的整個(gè)過程。二、基本要求設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請求上下開關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯具有顯示電梯樓層數(shù)、電梯運(yùn)行方向、響應(yīng)樓層請求、電梯

3、開關(guān)門、電梯復(fù)位。三、主要技術(shù)指標(biāo)1完成主要功能。2. 原理圖，波形圖。3. 使用說明書撰寫。4. 論文正文不少于1萬字，查閱文獻(xiàn)資料不少于10篇，其中外文文獻(xiàn)2篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3000漢字。四、應(yīng)收集的資料及參考文獻(xiàn)VHDL語言開發(fā)。Quartus 開發(fā)工具。關(guān)于cyclone系列相關(guān)FPGA開發(fā)文檔。EP1C12Q240C8芯片的使用手冊和接口電路。五、進(jìn)度計(jì)劃第1 周第2周 開題報(bào)告和任務(wù)分配第3周第7 周 需求分析，概要設(shè)計(jì)第8 周第12 周 詳細(xì)設(shè)計(jì)，中期考核第13 周第14 周 寫論文第15 周第16 周 上交論文，答辯教研室主任簽字時(shí)間年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題

4、報(bào)告題 目基于FPGA電梯控制器的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名張煒瑋學(xué)號20086377班級方0809-3專業(yè)電子信息工程一、研究背景當(dāng)今社會，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運(yùn)行的交通工具已與人們的日常生活密不可分。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機(jī)作為信號控制單元，完成電梯信號的采樣、運(yùn)行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)電梯的自動(dòng)調(diào)度和集選運(yùn)行功能，拖動(dòng)控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機(jī)實(shí)現(xiàn)信號控制。從控制方式和性質(zhì)上來說，這兩中方法并沒有太大的區(qū)別。目前電梯控制系統(tǒng)主要有三種控制方式：繼電路控制系統(tǒng)（“早期安裝的電梯多位繼電器控制系統(tǒng)”）、FP

5、GA的控制系統(tǒng)、微機(jī)控制系統(tǒng)。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點(diǎn)，目前已逐漸被淘汰，微機(jī)控制系統(tǒng)雖在智能控制方面有較強(qiáng)的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。而FPGA控制系統(tǒng)由于運(yùn)行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強(qiáng)，設(shè)計(jì)和調(diào)試周期較短等優(yōu)點(diǎn)，倍受人們重視等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1、國內(nèi)電梯現(xiàn)狀隨著我國城鄉(xiāng)居民生活水平的不斷提高,住宅和一般公共建筑內(nèi),空調(diào)和電梯成為最大的兩只“電老虎”。據(jù)測算,在冬夏兩季,建筑中空調(diào)的能耗一

6、般占整個(gè)建筑能耗的50%,因此控制空調(diào)溫度、使用節(jié)能空調(diào),對降低建筑能耗起著至關(guān)重要的作用。與此同時(shí),電梯的耗能不容忽視,據(jù)了解,目前我國星級酒店每年每平方米耗電量為150度,其中將近一半用于電梯。中國電梯行業(yè)協(xié)會認(rèn)為,2005年我國所有電梯中,如果80%采用節(jié)能電梯,全年可節(jié)電122億度。如果2015年全部采用節(jié)能電梯,將節(jié)電800億度,幾乎相當(dāng)于三峽大壩一年的發(fā)電量。 2 國外電梯的情況目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。電梯是集機(jī)電一體的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅涉及機(jī)械傳動(dòng)、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可

7、靠性、舒適感和美學(xué)等問題。而對現(xiàn)代電梯而言，應(yīng)具有高度的安全性。事實(shí)上，在電梯上己經(jīng)采用了多項(xiàng)安全保護(hù)措施。在設(shè)計(jì)電梯的時(shí)候，對機(jī)械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險(xiǎn)系數(shù)。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達(dá)到高質(zhì)量，才能全面電子商務(wù)資料庫保證電梯的最終高質(zhì)量。在國外己"法規(guī)"實(shí)行電梯制造、安裝和維修一體化，實(shí)行由各制造企業(yè)認(rèn)可的、法規(guī)認(rèn)證的專業(yè)安裝隊(duì)和維修單位，承擔(dān)安裝調(diào)試、定期維修和檢查試驗(yàn)，從而為電梯運(yùn)行的可靠性和安全性提供了保證。因此，可以說乘坐電梯更安全。美國一家保險(xiǎn)公司對電梯的安全性做過認(rèn)真地調(diào)查和科學(xué)計(jì)算，其結(jié)論是:乘電梯比走樓梯安

8、全5倍。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有540億人次之多。三、研究方案（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(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。（3）電梯到達(dá)有停站請求的樓層，開門指示燈亮，開門10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(gè)請求信號后停留在當(dāng)前層。    （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請求信號保留至執(zhí)行后消除。    （5）電梯運(yùn)行規(guī)則一當(dāng)電梯

9、處于上升模式時(shí)，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(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)則與上升模式相反。    （6）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。四、預(yù)期結(jié)果此系統(tǒng)是個(gè)3層樓的電梯控制器設(shè)計(jì)。該控制器可控制電梯完成3層樓的載客服務(wù)而且遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯具有顯示電梯樓層數(shù)、電梯運(yùn)行方向、響應(yīng)樓層請求、電梯開關(guān)門、電梯復(fù)位。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間 年 月 日摘要電梯作為現(xiàn)代化的產(chǎn)物，早

10、在上個(gè)世紀(jì)就進(jìn)入到我們的生活當(dāng)中，對于電梯的控制，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已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到電子設(shè)計(jì)控制的各個(gè)方面中。三層電梯廣泛應(yīng)用在大型的貨運(yùn)之中。其使用便捷，貨運(yùn)周期短，效率高，成本低，對貨運(yùn)事業(yè)具有普相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值。在客運(yùn)上，三層電梯雖然涉及樓層不高，應(yīng)用范圍不大，但就特殊而言，可以為一些上下樓層不方便的人們提供相當(dāng)?shù)膸椭?，照顧了這些特殊群體的感情。因此，在某些層面上說，三層電梯的設(shè)計(jì)也具有一定的社會價(jià)值。本設(shè)計(jì)是基于VHDL開發(fā)上的三層電梯控制器。以Quartus為開發(fā)環(huán)境，最終將在硬件環(huán)境實(shí)現(xiàn)三層電梯控制的基本功能顯示。其功能包括

11、：顯示電梯樓層數(shù)、電梯運(yùn)行方向、響應(yīng)樓層請求、電梯開關(guān)門、電梯復(fù)位。關(guān)鍵詞:電梯控制 EDA VHDL AbstractThe life,as the modernized result,are entered in ourlife in last century.For the elevator control,the traditional approch is to use relay-contactor system to contorl.With development of EDA technology.FPGA has been widely used in all aspect

12、s of electronic design control.Three layer elevator is widely used in the large cargo. Its easy to use, cargo short cycle, high efficiency, low cost, the cargo business has general considerable economic value. In passenger transport, three elevator while involving the floor is not high, the applicat

13、ion range is not big, but the special character, can provide some upper and lower floor is not convenient people with considerable help, to take care of these special groups of feelings. Therefore, in some sense, the three layer elevator design also has certain social value.The project is based on t

14、he VHDL language development of three elevator controller.To Quartus 7.2 development environment,the ultimate test case in the EDA to achieve three basic functions of the life controller demonstration.Its features include:show floor where the life current, show the direction of the lift ,floor to re

15、spond to the requset, setting elevator door open display, elevator reset.Key word: Lift control EDA VHDL 目 錄第1章 緒論11.1 課題研究的背景11.2 課題設(shè)計(jì)的意義11.3 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容2第2章 實(shí)現(xiàn)工具簡介32.1 EDA概述32.1.1 什么是EDA32.1.2 EDA的特點(diǎn)32.1.3 EDA的應(yīng)用42.2 FPGA的簡介及特點(diǎn)42.3 VHDL語言及程序概述62.3.1 VHDL語言的發(fā)展62.3.2 VHDL語言的特點(diǎn)72.3.3 VHDL語言程序的基本結(jié)構(gòu)82.4

16、QuartER 的概況8第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)103.1 簡要說明103.2 設(shè)計(jì)任務(wù)103.3 設(shè)計(jì)思路103.4 電梯處于各樓層的分析113.5 狀態(tài)原理圖說明133.6 三層電梯的電路圖163.7 電梯外部端口設(shè)計(jì)173.8 進(jìn)程分析173.8.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)程173.8.2 控制處理進(jìn)程173.8.3 顯示進(jìn)程183.9 仿真結(jié)果與說明18第4章 硬件環(huán)境及調(diào)試過程224.1 芯片介紹224.2 硬件實(shí)現(xiàn)224.2.1 選擇芯片224.2.2 引腳鎖定234.2.3 下載到硬件環(huán)境24第5章 結(jié)論與展望275.1 結(jié)論275.2 展望27參考文獻(xiàn)28致謝29附錄30附錄 A 外文資料31

17、附錄 B 電路總圖37附錄 C 程序清單38石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章緒 論1.1 課題研究的背景當(dāng)今世界，部分地區(qū)人口高度密集，人和土地資源短缺的矛盾日趨激化。這就注定了必須合理地利用土地去解決人和土地的矛盾。而興建高層建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人們快速、便捷地到達(dá)目的樓層的電梯便應(yīng)運(yùn)而生了。在一些發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，人均電梯擁有數(shù)量一般在每萬人30臺以上，某些國家甚至達(dá)到每萬人120臺以上，隨著城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場會更加繁榮。中國的電梯市場增長也很樂觀，目前，每年增長率為15%18%。隨著電梯普及率的升溫，人們對電梯的要求也會越來越高。如何更安全、更快捷地到達(dá)目的樓層

18、，也就成了人們對電梯最為根本的要求。而電梯系統(tǒng)里控制這方面技術(shù)參數(shù)的是電梯控制系統(tǒng)。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成了在電梯設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品進(jìn)一步提高 ，加速了電子設(shè)計(jì)激素的普及進(jìn)程及技術(shù)革新。電子設(shè)計(jì)在日常生活和物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)都占到了舉足輕重的地位，這尤其體現(xiàn)在其對電子產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)上。面對如此廣袤的電梯市場，所謂“科技就是第一生產(chǎn)力”，處于科技前沿的電子設(shè)計(jì)技術(shù)很自然地就與電梯控制設(shè)計(jì)一拍即合，給設(shè)計(jì)師們以巨大的設(shè)計(jì)空間。因此，本設(shè)計(jì)就是希望在以開發(fā)更

19、安全、更快捷的三層電梯控制系統(tǒng)為前提下，結(jié)合電子設(shè)計(jì)技術(shù)，對電梯控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 課題設(shè)計(jì)的意義三層電梯廣泛應(yīng)用在大型的貨運(yùn)之中。其使用便捷，貨運(yùn)周期短，效率高，成本低，對貨運(yùn)事業(yè)具有普相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值。在客運(yùn)上，三層電梯雖然涉及樓層不高，應(yīng)用范圍不大，但就特殊而言，可以為一些上下樓層不方便的人們提供相當(dāng)?shù)膸椭?，照顧了這些特殊群體的感情。因此，在某些層面上說，三層電梯的設(shè)計(jì)也具有一定的社會價(jià)值。本著“一理通，百理明”的原則，本設(shè)計(jì)希望通過在簡單的三層電梯控制設(shè)計(jì)之中如何解決升、降請求信號因電梯所處狀態(tài)而產(chǎn)生的沖突等問題發(fā)散出去，由此及彼，對高層電梯控制的開發(fā)作一個(gè)技術(shù)的鋪墊，對高層電梯設(shè)計(jì)者

20、提供一個(gè)基礎(chǔ)。1.3 課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成3個(gè)樓層的載客服務(wù)。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請求上下開關(guān)，供乘客選擇到達(dá)樓層。電梯運(yùn)行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯具有顯示電梯樓層數(shù)、電梯運(yùn)行方向、響應(yīng)樓層請求、電梯開關(guān)門、電梯復(fù)位。本控制設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)以下功能：（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(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。（3）電梯到達(dá)有停站請求的樓層，開門指示燈亮，開門10秒后，電梯門關(guān)閉(開門指示燈滅)，

21、電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請求信號后停留在當(dāng)前層。    （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請求信號保留至執(zhí)行后消除。    （5）電梯運(yùn)行規(guī)則一當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，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(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)則與上升模式相反。    （6）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。第2章 實(shí)現(xiàn)工具簡介2.1 EDA概述EDA在通信行業(yè)（電信）里的另一個(gè)

22、解釋是企業(yè)數(shù)據(jù)架構(gòu)，EDA給出了一個(gè)企業(yè)級的數(shù)據(jù)架構(gòu)的總體視圖，并按照電信企業(yè)的特征，進(jìn)行了框架和層級的劃分。 EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫，在20世紀(jì)60年代中期從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來的。2.1.1 什么是EDA 20世紀(jì)90年代，國際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普

23、及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。 EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可操作性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。 利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等

24、開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出IC版圖或PCB版圖的整個(gè)過程的計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。 現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機(jī)械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個(gè)領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。目前EDA技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機(jī)制造過程中，從設(shè)計(jì)、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到EDA技術(shù)。2.1.2 EDA的特點(diǎn)(1) 高層綜合和優(yōu)化為了能更好地支持自頂向下的設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)代的EDA工具能夠在系統(tǒng)進(jìn)行綜合和優(yōu)化，這樣就縮短了設(shè)計(jì)的周期，提高了設(shè)計(jì)效率。(2)采用硬件描

25、述語言進(jìn)行設(shè)計(jì)采用硬件描述語言進(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。與傳統(tǒng)的原理圖設(shè)計(jì)方法相比，HDL語言更適合描述規(guī)模大的數(shù)字系統(tǒng)，它能夠使設(shè)計(jì)者在比較抽象的層次上對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和邏輯功能進(jìn)行描述。采用HDL語言設(shè)計(jì)的突出優(yōu)點(diǎn)是：語言的公開性和利用性；設(shè)計(jì)與工藝的無關(guān)性；寬范圍的描述能力；便于組織大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；便于設(shè)計(jì)的復(fù)用，交流，保存和修改等。目前最常用的硬件描述語言有VHDL和Verilog HDL,它們都已經(jīng)成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。（3）開放性和標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)代EDA工具普遍采用標(biāo)準(zhǔn)化和開放性框架結(jié)構(gòu)，任何一個(gè)EDA系統(tǒng)只要建立了一個(gè)符合標(biāo)準(zhǔn)的開放式框架結(jié)構(gòu)，就可以接納其他廠商

26、的EDA工具儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。這樣就可以實(shí)現(xiàn)各種EDA工具的優(yōu)化組合，并集成在一個(gè)易于管理的統(tǒng)一環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)資源共享。2.1.3 EDA的應(yīng)用 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，可編程邏輯器件和EDA技術(shù)已廣泛應(yīng)用于通信、工業(yè)自動(dòng)化、智能儀表、圖像處理、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。EDA(ElectronincDesign Automation,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化)技術(shù)是現(xiàn)代電子工程領(lǐng)域的一門新技術(shù)，它提供了基于計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。EDA技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用極大地推動(dòng)了電子工業(yè)的發(fā)展。隨著EDA技術(shù)的發(fā)展，硬件電子電路的設(shè)計(jì)幾乎全部可以依靠計(jì)算機(jī)來完成，這樣就大大縮短了硬件電子電路設(shè)計(jì)的周期，從而使制造商可以

27、快速開發(fā)出品種多、批量小的產(chǎn)品，以滿足市場的眾多需求。EDA教學(xué)和產(chǎn)業(yè)界的技術(shù)推廣是當(dāng)今世界的一個(gè)技術(shù)熱點(diǎn)，EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子工業(yè)中不可缺少的一項(xiàng)技術(shù)。2.2 FPGA的簡介及特點(diǎn)背景目前以硬件描述語言（Verilog或 VHDL）所完成的電路設(shè)計(jì)，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進(jìn)行測試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計(jì)驗(yàn)證的技術(shù)主流。這些可編輯元件可以被用來實(shí)現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更復(fù)雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學(xué)方程式。在大多數(shù)的FPGA里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件。例如觸發(fā)器（Flipflop）或者其他更加完整的記憶塊。 系統(tǒng)

28、設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要通過可編輯的連接把FPGA內(nèi)部的邏輯塊連接起來，就好像一個(gè)電路試驗(yàn)板被放在了一個(gè)芯片里。一個(gè)出廠后的成品FPGA的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計(jì)者而改變，所以FPGA可以完成所需要的邏輯功能。FPGA一般來說比ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而且消耗更多的電能。但是他們也有很多的優(yōu)點(diǎn)比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯(cuò)誤和更便宜的造價(jià)。廠商也可能會提供便宜的但是編輯能力差的FPGA。因?yàn)檫@些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設(shè)計(jì)的開發(fā)是在普通的FPGA上完成的，然后將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到一個(gè)類似于ASIC的芯片上。另外一種方法是用CPLD（復(fù)雜可編程邏輯器件備

29、）。 CPLD與FPGA的關(guān)系早在1980年代中期，F(xiàn)PGA已經(jīng)在PLD設(shè)備中扎根。CPLD和FPGA包括了一些相對大數(shù)量的可以編輯邏輯單元。CPLD邏輯門的密度在幾千到幾萬個(gè)邏輯單元之間，而FPGA通常是在幾萬到幾百萬。 CPLD和FPGA的主要區(qū)別是他們的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。CPLD是一個(gè)有點(diǎn)限制性的結(jié)構(gòu)。這個(gè)結(jié)構(gòu)由一個(gè)或者多個(gè)可編輯的結(jié)果之和的邏輯組列和一些相對少量的鎖定的寄存器。這樣的結(jié)果是缺乏編輯靈活性，但是卻有可以預(yù)計(jì)的延遲時(shí)間和邏輯單元對連接單元高比率的優(yōu)點(diǎn)。而FPGA卻是有很多的連接單元，這樣雖然讓它可以更加靈活的編輯，但是結(jié)構(gòu)卻復(fù)雜的多。 CPLD和FPGA另外一個(gè)區(qū)別是大多數(shù)的FPG

30、A含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）和內(nèi)置的記憶體。一個(gè)因此有關(guān)的重要區(qū)別是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系統(tǒng)內(nèi)重新配置。允許他們的設(shè)計(jì)隨著系統(tǒng)升級或者動(dòng)態(tài)重新配置而改變。一些FPGA可以讓設(shè)備的一部分重新編輯而其他部分繼續(xù)正常運(yùn)行。 FPGA工作原理FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個(gè)部分。 FPGA的基本特點(diǎn)：（1）采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路(特定用

31、途集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 （2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 （3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和IO引腳。 （4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一。 （5）FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對片內(nèi)的RAM進(jìn)行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。 加電時(shí)，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中

32、，配置完成后，F(xiàn)PGA進(jìn)入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時(shí)，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。 2.3 VHDL語言及程序概述 VHDL 的英文全名是 Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于 1982 年。1987 年底，VHDL被 IEEE 和美國國防部確

33、認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。 VHDL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(jì)算機(jī)高級語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。 2.3.1 VHDL語言的發(fā)展在集成電路制造工藝的發(fā)展的過程中，微電子設(shè)計(jì)工藝已

34、經(jīng)達(dá)到了深亞微米時(shí)代，在EDA設(shè)計(jì)中主要有軟硬件協(xié)作設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)有的工具支持SOC設(shè)計(jì)尚有難度，迫切需要提高設(shè)計(jì)能力。在設(shè)計(jì)語言中，由于VHL和Verilog HDL是目前通用的設(shè)計(jì)語言，在設(shè)計(jì)大系統(tǒng)時(shí)，不夠方便直觀，所以需要進(jìn)一步完善。電子產(chǎn)品隨著技術(shù)的進(jìn)步，更新?lián)Q代日新月異，而掌握電子產(chǎn)品開發(fā)研制的動(dòng)力源EDA技術(shù)，是我們國家工程技術(shù)人員不可推卸的責(zé)任，因?yàn)橹袊脑O(shè)計(jì)公司大多還處在發(fā)展的初級階段，所使用的設(shè)計(jì)工具都是幾年前國外的主流工具。2.3.2 VHDL語言的特點(diǎn)VHDL 語言能夠成為標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語言并獲得廣泛應(yīng)用 , 它自身必然具有很多其他硬件描述語言所不具備的優(yōu)點(diǎn)。歸納起來

35、,VHDL 語言主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) VHDL 語言功能強(qiáng)大 , 設(shè)計(jì)方式多樣 VHDL 語言具有強(qiáng)大的語言結(jié)構(gòu), 只需采用簡單明確的VHDL語言程序就可以描述十分復(fù)雜的硬件電路。同時(shí), 它還具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能。此外 ,VHDL 語言能夠同時(shí)支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn), 這是其他硬件描述語言所不能比擬的。VHDL 語言設(shè)計(jì)方法靈活多樣 , 既支持自頂向下的設(shè)計(jì)方式, 也支持自底向上的設(shè)計(jì)方法; 既支持模塊化設(shè)計(jì)方法, 也支持層次化設(shè)計(jì)方法。 (2) VHDL 語言具有強(qiáng)大的硬件描述能力 VHDL 語言具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能，既可描述系統(tǒng)級電路 , 也可以描述

36、門級電路；描述方式既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者的混合描述方式。同時(shí)，VHDL 語言也支持慣性延遲和傳輸延遲，這樣可以準(zhǔn)確地建立硬件電路的模型。VHDL 語言的強(qiáng)大描述能力還體現(xiàn)在它具有豐富的數(shù)據(jù)類型。VHDL 語言既支持標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類型，也支持用戶定義的數(shù)據(jù)類型，這樣便會給硬件描述帶來較大的自由度。 (3) VHDL 語言具有很強(qiáng)的移植能力 VHDL 語言很強(qiáng)的移植能力主要體現(xiàn)在: 對于同一個(gè)硬件電路的 VHDL 語言描述 , 它可以從一個(gè)模擬器移植到另一個(gè)模擬器上、從一個(gè)綜合器移植到另一個(gè)綜合器上或者從一個(gè)工作平臺移植到另一個(gè)工作平臺上去執(zhí)行。 (4) V

37、HDL 語言的設(shè)計(jì)描述與器件無關(guān) 采用 VHDL 語言描述硬件電路時(shí), 設(shè)計(jì)人員并不需要首先考慮選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)的器件。這樣做的好處是可以使設(shè)計(jì)人員集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化, 而不需要考慮其他的問題。當(dāng)硬件電路的設(shè)計(jì)描述完成以后 ,VHDL 語言允許采用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)。 (5) VHDL 語言程序易于共享和復(fù)用 VHDL 語言采用基于庫 ( library) 的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過程中 , 設(shè)計(jì)人員可以建立各種可再次利用的模塊 , 一個(gè)大規(guī)模的硬件電路的設(shè)計(jì)不可能從門級電路開始一步步地進(jìn)行設(shè)計(jì) , 而是一些模塊的累加。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計(jì)或者使用以前設(shè)計(jì)中的存檔模塊, 將這些模塊存放在庫

38、中 , 就可以在以后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)用。 由于 VHDL 語言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言 , 因此它可以使設(shè)計(jì)成果在設(shè)計(jì)人員之間方便地進(jìn)行交流和共享, 從而減小硬件電路設(shè)計(jì)的工作量, 縮短開發(fā)周期。2.3.3 VHDL語言程序的基本結(jié)構(gòu)實(shí)體（Entity）結(jié)構(gòu)體(Architecture) 包集合(Package)配(Configuration) 庫(Library)2.4 QUARTER的概況Quarter是Altera提供的FPGA/CPLD開發(fā)集成環(huán)境，Altera 是世界上最大的可編程邏輯器件供應(yīng)商之一。Quarter在21世紀(jì)初推出，是Altera前一代FPG

39、A/CPLD集成開發(fā)環(huán)境Max+plus的更新?lián)Q代產(chǎn)品，其界面友好，使用便捷。Quarter7.2中允許將軟件界面設(shè)置為Max+plus風(fēng)格，支持RTL View也就是通常所講的能夠查看VHDL對應(yīng)的電路原理圖。這個(gè)功能對于使用HDL進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)的人員還是很有用的，一方面可以充分理解HDL和硬件電路的對應(yīng)關(guān)系，另一方面可以更加方便的查找設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。同時(shí)它支持綜合布線和優(yōu)化，以及功耗的計(jì)算。Altera的Quarter提供了完整的多平臺設(shè)計(jì)環(huán)境，能滿足各種特定的設(shè)計(jì)要求，也是單芯片可編程系統(tǒng)(SOPC)設(shè)計(jì)的綜合性環(huán)境和SOPC開發(fā)的基本設(shè)計(jì)工具，并為AlteraDSP開發(fā)包進(jìn)行系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)提

40、供了集成綜合環(huán)境。Quarter設(shè)計(jì)工具完全支持VHDL、Verilog的設(shè)計(jì)流程，其內(nèi)部嵌有VHDL、Verilog邏輯綜合器。Quartus也可以利用第三方的綜合工具，同時(shí)Quartus也具備仿真功能，可以進(jìn)行基于FPGA的DSP系統(tǒng)開發(fā)和數(shù)字通信模塊開發(fā)。Quarter包括模塊化的編譯器。編譯器包括的功能塊有分析/綜合器(Analysis與Synthesis)、適配器(Fitter)、裝配器(Assembler)、時(shí)序分析器(Timing Analyzer)、輔助設(shè)計(jì)模塊、EDA網(wǎng)表文件生成器、編輯數(shù)據(jù)接口等。可以通過選擇Start單獨(dú)運(yùn)行各個(gè)模塊。還可以通過選擇Compiler Too

41、l，在Compiler Tool窗口中運(yùn)行該模塊來啟動(dòng)編譯器模塊。在Compiler Tool窗口中，可以打開該模塊的設(shè)置文件或報(bào)告文件，或打開其他相關(guān)窗口。Quarter具有如下的多種設(shè)計(jì)輸入方法：原理圖輸入和富豪編輯、硬件描述語言、波形設(shè)計(jì)輸入、平面圖編輯及層次設(shè)計(jì)輸入。如此眾多的涉及輸入方法幫助設(shè)計(jì)者輕松的完成涉及輸入。Quarter處理一個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)，軟件編輯器讀取設(shè)計(jì)文件信息，產(chǎn)生用于器件編程、仿真、時(shí)序分析的輸出文件。消息處理器可以自動(dòng)定位編譯過程中發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤，編譯器還可以優(yōu)化設(shè)計(jì)文件。Quarter提供的設(shè)計(jì)校驗(yàn)功能包括功能仿真與時(shí)序分析，用于測試設(shè)計(jì)的羅技操作和內(nèi)部時(shí)序。Quart

42、er編程器使用編譯器生成的編程文件對Altera器件進(jìn)行下載編程，它可以用來進(jìn)行編程、校驗(yàn)、檢查及功能測試。第3章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 簡要說明此系統(tǒng)是個(gè)3層樓的電梯控制器設(shè)計(jì)。該控制器可控制電梯完成3層樓的載客服務(wù)而且遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時(shí)只響應(yīng)上升（下降）信號，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。電梯具有顯示電梯樓層數(shù)、電梯運(yùn)行方向、響應(yīng)樓層請求、電梯開關(guān)門、電梯復(fù)位。3.2 設(shè)計(jì)任務(wù)（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(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。（3）電梯到達(dá)有停站請求的樓層，開門指示燈亮

43、，開門10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(gè)請求信號后停留在當(dāng)前層。    （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請求信號保留至執(zhí)行后消除。    （5）電梯運(yùn)行規(guī)則一當(dāng)電梯處于上升模式時(shí)，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(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)則與上升模式相反。    （6）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。3.3 設(shè)計(jì)思路本系統(tǒng)的主要

44、輸入有電梯外上下控制按鈕Button（其中Button(0)表示一樓電梯外上升請求，Button(1)表示二樓電梯外上升請求， Button(2)表示二樓電梯外下降請求， Button(3)表示三樓電梯外下降請求）；電梯內(nèi)到達(dá)樓層控制按鈕floor（其中floor(0)表示請求到達(dá)一層， floor(1)表示請求到達(dá)二層， floor(2)表示請求到達(dá)三層）。系統(tǒng)的輸出包括電梯位置標(biāo)識position，表示電梯當(dāng)前所在樓層；電梯開門關(guān)門顯示按鈕door（當(dāng)door=1時(shí)表示開門，door=0表示關(guān)門）；電梯當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)按鈕up_down（當(dāng)up_down=1時(shí)表示電梯處于上升狀態(tài)，當(dāng)up_do

45、wn=0時(shí)表示電梯處于下降狀態(tài)）。3.4 電梯處于各樓層的分析處于一樓時(shí)，不管是電梯內(nèi)或電梯外，電梯都只可能接收到上升的請求信號。此時(shí)，電梯就進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)，準(zhǔn)備作上升運(yùn)行，如果電梯沒有接收到請求信號，電梯則在一樓待機(jī)。處于二樓時(shí)，電梯則可能出現(xiàn)三種情況：1.電梯并沒有接受到電梯內(nèi)或電梯外的任何請求信號時(shí)，電梯則停留在當(dāng)前樓層。2.電梯接收到上升請求信號，進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)。3.電梯接收到下降請求信號，進(jìn)入預(yù)下降狀態(tài)。處于最高層時(shí)，不管電梯內(nèi)或電梯外電梯都只可能接收到下降的請求信號。此時(shí)，電梯就進(jìn)入預(yù)下降狀態(tài)，準(zhǔn)備作下降運(yùn)行。如果電梯沒有接收到請求信號，電梯則停留在最高層。如圖所示：處于一樓待上升

46、待機(jī)圖3-1 處于一樓 處于二樓待上升待下降待機(jī)圖3-2 處于二樓處于三樓待下降待機(jī)圖3-3 處于三樓電梯的運(yùn)行規(guī)則確立后，需對整個(gè)控制程序的設(shè)計(jì)做一個(gè)流程規(guī)范。根據(jù)VHDL語言的規(guī)則，程序必須由最基本的實(shí)體和結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。實(shí)體對控制器的端口進(jìn)行定義，結(jié)構(gòu)體對各端口的行為進(jìn)行描述。因此程序運(yùn)行需經(jīng)過以下流程：VHDL庫調(diào)用：確立控制器的端口及相關(guān)的寄存器；根據(jù)電梯運(yùn)行規(guī)則，設(shè)計(jì)相關(guān)運(yùn)行描述；對電梯內(nèi)信號進(jìn)行處理?？偭鞒虉D如下圖3-4上升信號到二樓二樓待機(jī)上升信號三樓待機(jī)下降信號下降信號到二樓一樓待機(jī)無信號無信號無信號是否是否圖3-4 總流程圖3.5 狀態(tài)原理圖說明本系統(tǒng)的狀態(tài)比較復(fù)雜，狀態(tài)中嵌套

47、狀態(tài)。f1&(b0|b2|f0);!f1&b1&（b0|f0|b2）;!f1&!b1&(f0|b0)f1&(b2|b0|f0);!f1&b2&(f0|b0);!f1&!b2&(b0|f0)f1&(b1|b3|f2);!f1&b1&(f2|b3);!f1&!b1&(b3|f2)(b3|f2)&(f0|f1);! (b3|f2)&(b0|b1|b2|f0|f1)(b0|f0)&(f1|f2);!(b0|f0)&(b1|b2|b3|f2|f1)（b3

48、|f3）&(!(f0|f1)；!（b3|f2|b0|b1|b2|f0|f1）圖3-5 狀態(tài)原理圖S2S1DS1US0（b0|f0)&(!(f1|f2);!(b0|f0|b1|b2|b3|f1|f2)f1&(!(b0|b1|b2|b3|f0);!f1&b1&(f2|b3|b0|f0|b2);!f1&!b1&b2&(!(f0|b0)f1&(!(b2|b0|f0|b1|b3|f2);!f1&b2&(!(f0|b0|b1| |f2);!f1&!b2&b1&(!(f2|b3) f1&(

49、b1|b3|f2);!f1&b2&(b1|f2);!f1&!b2&(b1|f2|b3)）（1）電梯始終處于S0狀態(tài)（b0|f0)&(!(f1|f2)表示一樓上或一樓內(nèi)有請求時(shí)，但沒有一樓到達(dá)二樓或三樓請求，電梯仍處于S0狀態(tài)；!(b0|f0|b1|b2|b3|f1|f2)表示一樓上、一樓內(nèi)、二樓上、二樓下、二樓內(nèi)、三樓下或三樓內(nèi)沒有請求，電梯仍處于S0狀態(tài)。（2）電梯由S0狀態(tài)到S1U狀態(tài)(b0|f0)&(f1|f2)表示一樓外或一樓內(nèi)有請求，且有一樓到達(dá)二樓或三樓請求，電梯由S0狀態(tài)到S1U狀態(tài)；!(b0|f0)&(b1|b2|b3|f

50、2|f1) 表示一樓外或一樓內(nèi)有請求，且有二樓上、二樓下、三樓下、三樓內(nèi)或二樓內(nèi)請求時(shí)，電梯由S0狀態(tài)到S1U狀態(tài)。（3）電梯由S1U狀態(tài)到S0狀態(tài)f1&(b0|b2|f0)表示二樓內(nèi)有請求，一樓上、二樓下或一樓內(nèi)請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S0狀態(tài)；!f1&b1&（b0|f0|b2）)表示二樓內(nèi)沒有請求，二樓上有請求，一樓上、一樓內(nèi)或二樓下有請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S0狀態(tài)；!f1&!b1&(f0|b0) 表示二樓內(nèi)沒有請求，二樓上沒有請求，一樓內(nèi)或一樓上有請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S0狀態(tài)。（4）電梯始終處于S1U狀態(tài)f1&(!(b0|b1|

51、b2|b3|f0)表示二樓內(nèi)有請求，且一樓上、二樓上、二樓下、三樓下或一樓內(nèi)沒請求時(shí)，電梯始終處于S1U狀態(tài)；!f1&b1&(f2|b3|b0|f0|b2) )表示二樓內(nèi)沒請求，二樓上有請求，且三樓內(nèi)、三樓下、一樓上、一樓內(nèi)或二樓下沒請求時(shí)，電梯始終處于S1U狀態(tài)；!f1&!b1&b2&(!(f0|b0) )表示二樓內(nèi)沒請求，二樓上沒請求，二樓下有請求，但一樓內(nèi)或一樓下沒請求時(shí)電梯始終處于S1U狀態(tài)。（5）電梯由S1U狀態(tài)到S2狀態(tài)f1&(b1|b3|f2)表示二樓內(nèi)有請求時(shí)，二樓上、三樓下或三樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S2狀態(tài)；!f1&a

52、mp;b1&(f2|b3) 表示二樓內(nèi)沒請求時(shí)，二樓上有請求，三樓內(nèi)或三樓下有請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S2狀態(tài)；!f1&!b1&(b3|f2) 表示二樓內(nèi)沒請求時(shí)，二樓上沒請求，三樓下或三樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S1U狀態(tài)到S2狀態(tài)。（6）電梯始終處于S2狀態(tài)（b3|f3）&(!(f0|f1)表示三樓下或三樓內(nèi)有請求時(shí)，但但沒有一樓到達(dá)二樓或三樓請求，電梯始終處于S2狀態(tài)；?。╞3|f2|b0|b1|b2|f0|f1）表示三樓下、三樓內(nèi)、一樓上、二樓上、二樓下、一樓內(nèi)或二樓內(nèi)沒請求時(shí)，電梯始終處于S2狀態(tài)。（7）電梯由S2狀態(tài)到S1D狀態(tài)(b3|f2)&(

53、f0|f1)表示三樓下或三樓內(nèi)有請求時(shí)，且有一樓到達(dá)二樓或三樓請求時(shí)，電梯由S2狀態(tài)到S1D狀態(tài)；! (b3|f2)&(b0|b1|b2|f0|f1) 表示三樓下或三樓內(nèi)沒請求時(shí)，且一樓上、二樓上、二樓下、一樓內(nèi)或二樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S2狀態(tài)到S1D狀態(tài)。（8）電梯由S1D狀態(tài)到S2狀態(tài)f1&(b1|b3|f2)表示二樓內(nèi)有請求，且二樓上、三樓下或三樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S2狀態(tài)；!f1&b2&(b1|f2) 表示二樓內(nèi)沒請求，二樓下有請求時(shí)，且二樓上或三樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S2狀態(tài)；!f1&!b2&(b1|f2|b3)

54、表示二樓沒有請求，二樓下沒請求時(shí)，且二樓上、三樓內(nèi)或三樓下有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S2狀態(tài)。（9）電梯始終處于S1D狀態(tài)f1&(!(b2|b0|f0|b1|b3|f2)表示二樓內(nèi)有請求時(shí)，但二樓下、一樓上、一樓內(nèi)、二樓上、三樓下或三樓內(nèi)沒請求時(shí)，電梯始終處于S1D狀態(tài)；!f1&b2&(!(f0|b0|b1| |f2) 表示二樓內(nèi)沒請求時(shí)，二樓下有請求，但一樓內(nèi)、一樓上、二樓上或三樓內(nèi)沒請求時(shí)，電梯始終處于S1D狀態(tài)；!f1&!b2&b1&(!(f2|b3) 表示二樓內(nèi)沒請求時(shí)，二樓下沒請求，二樓上有請求時(shí)，但三樓內(nèi)或三樓下沒請求時(shí)，電梯始終處

55、于S1D狀態(tài)。（10）電梯由S1D狀態(tài)到S0狀態(tài)f1&(b2|b0|f0)表示二樓內(nèi)有請求，且二樓下、一樓上或一樓內(nèi)有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S0狀態(tài)；!f1&b2&(f0|b0) 表示二樓內(nèi)沒請求，二樓下有請求，且一樓內(nèi)或一樓上有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S0狀態(tài)；!f1&!b2&(b0|f0) 表示二樓內(nèi)沒請求，二樓下沒請求，且一樓內(nèi)或一樓上有請求時(shí)，電梯由S1D狀態(tài)到S0狀態(tài)。本狀態(tài)圖主要說明系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)與下一個(gè)狀態(tài)的關(guān)系，考慮了從當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的所有觸發(fā)因素，較為復(fù)雜。3.6 三層電梯的電路圖圖3-6 電路總圖3.7 電梯外部端口設(shè)計(jì)時(shí)

56、鐘信號（clk）；一樓電梯外人的上升請求信號（button0），二樓電梯外人的上升請求（Button1）;二樓電梯外人的下降請求信號（Button2），三樓電梯外人的下降請求（Button3）；電梯內(nèi)人請求到達(dá)一樓的信號（fllor0），電梯內(nèi)人請求到大二樓的信（floor1），電梯內(nèi)人請求到大三樓的信號（floor2）；電梯控制信號（opendoor）；電梯所在樓層顯示（position3.0）；電梯開門狀態(tài)（door）；電梯上下指示（up-down）；3.8 進(jìn)程分析3.8.1 狀態(tài)轉(zhuǎn)化進(jìn)程狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程P1的作用是：時(shí)鐘為上升沿時(shí)，把下一狀態(tài)賦值給當(dāng)前狀態(tài)。3.8.2狀態(tài)處理進(jìn)程此狀態(tài)處理進(jìn)程的作用是：使電梯控制系統(tǒng)在一樓、二樓、三樓狀態(tài)之間轉(zhuǎn)化。1 、一樓狀態(tài)處理當(dāng)它收到二層電梯外上下樓請求、三層電梯外下樓請求、一層電梯內(nèi)到達(dá)二層和三層請求時(shí)，電梯會按照指令上升到相應(yīng)樓層并開門、關(guān)門；若收到一層電梯外上樓請求只做開門響應(yīng)，隨后根據(jù)使用者進(jìn)入電梯后請求進(jìn)行響應(yīng)；其他請求不響應(yīng)。2、二樓狀態(tài)處理當(dāng)電梯處在第二層時(shí)，若系統(tǒng)收到二層電梯外上下樓請求只做開門響應(yīng)；若收到三層電梯外下樓或二層電梯內(nèi)到達(dá)三層請求，