三層電梯控制器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

wordword文檔可由B制編輯wordword文檔可白由復(fù)制編輯wordword文檔可|'|由復(fù)制編輯 大連理工大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目：三層電梯控制器課程名稱：數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)院（系）：電院信息與電氣工程學(xué)部專業(yè)：班級(jí)： 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 完成日期： 2012-7-5 成績： 2012年7月05題目：三層電梯控制器1設(shè)計(jì)要求隨著科技的發(fā)展，電梯的使用越來越普遍，在商業(yè)大廈、賓館酒店、辦公場所、居民住宅中廣泛使用。并且隨著生活水平的提高，人們對(duì)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方生變化。對(duì)于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器一一接觸器控制系統(tǒng)進(jìn)行控制技術(shù)的不斷發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)在電梯控制上的應(yīng)用口益廣泛，現(xiàn)在已進(jìn)入全微機(jī)化控制的時(shí)代。電梯的微機(jī)化控制主要由以下幾種形式：1.PLC控制；2.單板機(jī)控制；3.單片機(jī)控制；4.単微機(jī)控制；5.多微機(jī)控制：6.人工智能控制。目前FPGA己廣泛應(yīng)用與電子設(shè)計(jì)與控制的各個(gè)方面。本設(shè)計(jì)就是使用一片F(xiàn)PGA來實(shí)現(xiàn)對(duì)三層電梯的控制。電梯控制器是控制電梯按顧客的要求自動(dòng)上下的裝置。三層電梯控制器的功能如下：（1） 每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開關(guān)。（2） 設(shè)有電梯所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） 電梯每秒升（降）一層樓。（4） 電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層后，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)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。（□）能記憶電梯內(nèi)外的所有請(qǐng)求信號(hào)，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。（6） 電梯運(yùn)行規(guī)則：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(qǐng)求信號(hào)，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢；如更髙層有下樓請(qǐng)求，則直接升到有下樓請(qǐng)求的最高層接客，然后便進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)與上升模式相反。（7） 電梯初始狀態(tài)為一層開門。（8） 當(dāng)收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，電梯停止工作，電梯維持當(dāng)前狀態(tài)不動(dòng)。報(bào)警信號(hào)解除時(shí)，電梯繼續(xù)工作。（9） 電梯到達(dá)指定樓層時(shí)有聲音提示。2設(shè)計(jì)分析及系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)電梯控制器的設(shè)計(jì)方法有很多，本文采用狀態(tài)機(jī)來描述,其優(yōu)點(diǎn)是思路清晰?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_門、關(guān)門都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個(gè)以秒為周期的時(shí)鐘來觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況可以把狀態(tài)機(jī)設(shè)置為10個(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在一層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第1秒”、“開門等待第2秒”、“開門等待第3秒”、“開門等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止”狀態(tài)。務(wù)個(gè)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由設(shè)計(jì)要求所決定。圖1電梯控制器原理圖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(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)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(qǐng)求傳給主控制器進(jìn)行處理，同時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和電梯所在樓層數(shù)。由于分控制器相對(duì)簡單很多，所以主控制器是核心部分。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)異步復(fù)位端口reset,用于在系統(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，一層是最低層，不需要有下降請(qǐng)求,三層是最高層，不需要有上升請(qǐng)求，二層則上升、下降請(qǐng)求端口都有；在電梯的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請(qǐng)求端口：一個(gè)電梯時(shí)鐘輸入端口，該輸入時(shí)鐘以1秒為周期，用于驅(qū)動(dòng)電梯的升降及開門關(guān)門等動(dòng)作；另有一個(gè)按鍵時(shí)鐘輸入端口，時(shí)鐘頻率比電梯時(shí)鐘高。其次是輸出端口，有升降請(qǐng)求信號(hào)以后，就得有一個(gè)輸岀端口來指示請(qǐng)求是否被響應(yīng)，有請(qǐng)求信號(hào)以后，該輸出端口輸出邏輯‘1’。被響應(yīng)以后則恢復(fù)邏輯’0':同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來顯示各層停留是否被響應(yīng)；在電梯外部，需要一個(gè)端口來指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開門關(guān)門的狀態(tài)也能用一個(gè)輸出端口來指示；為了觀察電梯的運(yùn)行是否正確，可以設(shè)置一個(gè)輸出端口來指示電梯的升降狀態(tài)。三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了10個(gè)狀態(tài)，分別是電梯停留在1層(stoponl)開|](dooropen)?關(guān)門(doorclose)?開門等待第1秒(waitl)、開門等待第2秒(wait2)、開門等待第3秒(wait3).開門等待第4秒(wait4)、上升(叫)、下降(down)和停止(stop)o在實(shí)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)機(jī)。typestate_typeis(stoponl>dooropen,doorclose*waitl?wait2>wait3,wait4,up*down,stop);signalstate—type:state;在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計(jì)了倆個(gè)進(jìn)程互相配合，一個(gè)是狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個(gè)是信號(hào)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(hào)燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號(hào)燈信號(hào)為依據(jù)的，而信號(hào)燈進(jìn)程中信號(hào)燈的熄滅又是由狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的clearup和cleardn信號(hào)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(duì)信號(hào)燈的判斷，決定下一個(gè)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(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；在電梯停止?fàn)顟B(tài)中，判斷是最復(fù)雜的，通過對(duì)信號(hào)的判斷，決定電梯是上升、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較高的按鍵時(shí)鐘，所以使得按鍵的靈敏度增大，但是時(shí)鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏。按鍵后產(chǎn)生的點(diǎn)亮的信號(hào)燈(邏輯值為‘1’)用于作為狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的判斷條件，而clearup和cleardn信號(hào)為邏輯’1'使得相應(yīng)的信號(hào)燈熄滅。3系統(tǒng)以及模塊硬件電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路如圖2所示。wordword文檔可由B制編輯wordword文檔可rmiu制編輯elkxeset圖elkxeset圖2三層旦梯控制器邏輯電路圖表1開發(fā)系統(tǒng)工作模式:cyclonell接口名稱類型（輸入/輸出）鍵位名引腳號(hào)說明elk輸入—PINN2系統(tǒng)時(shí)鐘caution輸入SW16PINV1報(bào)警按鍵reset輸入SW17PINV2異步復(fù)位upl輸入SW0PINN25外部一層上升up2輸入SW1PINN26外部二層上升down2輸入SW2PINP25外部二層下降down3輸入SW3PINAE14外部三層下降stopl輸入SW4PINAF14內(nèi)部一層停止stop2輸入SW5PINAD13內(nèi)部二層停止stop3輸入SW6PINAC13內(nèi)部三層停止position輸入/輸出OMB■■當(dāng)前位置udsig輸入/輸出■■U下降，宇上升doorliglit輸入/輸出———。關(guān)門，丫開門location輸出HEX6(6...0)PIN_R2PIN_P4PIN_P3PIN_M2PIN_M3PIN_M5PINM4當(dāng)前位置數(shù)碼管顯示udlightl輸出HEX4(6...0)PIN_U9PINU1當(dāng)前狀態(tài)數(shù)碼管顯示

PIN_U2PIN_T4PIN_R7PIN_R6PINT3udlight2輸出HEX5(6...0)PIN_T2PIN_P6PIN_P7PIN_T9PIN_R5PIN_R4PINR3當(dāng)前狀態(tài)數(shù)碼管顯示dliglitl輸出HEX0(6...0)PIN_AF10PIN_AB12PIN_AC12PIN_AD11PIN_AEUPIN_V14PINV13門狀態(tài)數(shù)碼管顯示dliglit2輸出HEX1(6...0)PIN_V20PIN_V21PIN_W21PIN_Y22PIN_AA24PIN_AA23PINAB24門狀態(tài)數(shù)碼管顯示dliglit3輸出HEX2(6...0)PIN_AB23PIN_V22PIN_AC25PIN_AC26PIN_AB26PIN_AB25PINY24門狀態(tài)數(shù)碼管顯示uplight輸出LEDR(2...0)PIN_AD21PIN_AD23PINAD22外部上升位置顯示downlight輸出LEDR(6...4)PIN_AB21PINAF23PINAE23外部下降位置顯示stoplight輸出LEDG(7...5)PINU17PIN_AA20PINY18內(nèi)部停止位置顯示cleamp中間信號(hào)清除上升請(qǐng)求指示燈信號(hào)cleardii中間信號(hào)清除下降請(qǐng)求指示燈信號(hào)

4系統(tǒng)的VHDL設(shè)計(jì)libraiyieee;useieee.std_logic_1164.all;??系統(tǒng)時(shí)鐘??異??系統(tǒng)時(shí)鐘??異步復(fù)位按鍵??報(bào)警按鍵-第一層上升請(qǐng)求按鈕■?第二層上升請(qǐng)求按鈕..第二層下降請(qǐng)求按鈕-第三層下降請(qǐng)求按鈕reset:instdjogic;caution:iustdlogic;upl:instdlogic;up2:instdlogic;do\vn2:instdlogic;down3:instdjogic;stopl,stop2,stop3:instdjogic;-電梯內(nèi)部請(qǐng)求按鈕uplight:bufferstd_logic_vector(3downto1);■-電梯外部上升請(qǐng)求指示燈downlight:bufferstd_logic_vector(3downto1);—電梯外部下降請(qǐng)求指示燈 --stoplight:bufferstd_logic_vector(3downto1):??電梯內(nèi)部務(wù)層請(qǐng)求指示燈position:bufferintegerrange1to3;"電梯位置指小location:outstd_logic_vector(6downto0);??電梯位置數(shù)碼管顯示udsig:bufferstd_logic; ―電梯升降指示doorlight:bufferstdlogic; -■電梯門開關(guān)指示燈dlightl,dlight2,dlight3:outstdjogic_vector(6downto0);??電梯門開關(guān)數(shù)碼管顯示 一一udlight1.udlight2:outstd_logic_vector(6downto0));■■電梯升降數(shù)碼管指示endflift;architecturebehavoffliftistypestate^typeis(stopon1,dooropen,doorclose,waitl,wait1,wait2,wait3.wait4,iip.down,stop);signalstate:state_type:=stoponl;??用于清除上升請(qǐng)求指示燈信號(hào)??用于清除下降請(qǐng)求指示燈信號(hào)??按鍵時(shí)鐘與電梯時(shí)鐘signalcleamp:??用于清除上升請(qǐng)求指示燈信號(hào)??用于清除下降請(qǐng)求指示燈信號(hào)??按鍵時(shí)鐘與電梯時(shí)鐘signalcount:integerrange0to49999999：“計(jì)數(shù)器signalclkl:stdjogic; ■?計(jì)數(shù)器時(shí)鐘begin-1秒時(shí)鐘進(jìn)程-1秒時(shí)鐘進(jìn)程beginifreset=frthencountv=o；clklv=，o‘；elsifrisingedge(clk)thenifcount=49999999thenwordword文檔可I'l由B制編輯wordword文檔可I'l由B制編輯wordword文檔可I'l由B制編輯countv=o；clkiv=i；elsecountv=count+l;clklv=，(y；endif;endif;buttonclk<=clk;fliclk<=clkl;endprocess;process(reset.fliclk) ?■控制電梯狀態(tài)進(jìn)程variablepos:integerrange3downto1;begin遷reset-Tthenstate<=stoponl;clearupv=o；cleardii<=tO,;elsifrisingedge(fliclk)andcaution/-rthencasestateis “狀態(tài)轉(zhuǎn)移whenstopon1=>dooiiight<=,1position<=l;pos:=l;state<=waitl;whenwaitl=>state<=wait2;whenwait2=>cleamp<=l0f;cleaidn<-0,;state<=wait3;whenwait3=>state<=wait4;whenwait4=>state<=dooiclose;whendoorclose=>doorlight<—0\ifudsig=fOfandcaution/=Tthen??上升情況ifposition=3then ??電梯在三樓ifstoplight=H000Mandupliglit=f,000nanddownlight=”000”thenudsig<-r；state<=doorclose;elsifstoplight=M100noruplight=f,100Mordownlight=M100Mtheniidsig<-r；state<=dooropen：elseudsig<=,1'：statev=down;endif;elsifposition=2then ??電梯在二樓ifstoplight=H000Mandupliglit=f,000nanddownlight=”000”thenudsig<-0,;state<=doorclose;elsifstate=doorcloseandstoplight=M010nthenstate<=dooropen;elsifstate=doorcloseanduplight=H010uthenudsig<-0,;state<=<iooropen:elsifstate=doorcloseanddownlight=”010"thenudsig<-1\state<=<iooropen:elsifstoplight(3)-Tordownlight(3)=Tthenudsigv=。;state<=up;elsewdsig<=,r；state<=down;endif;elsifposition=lthen ??電梯在一樓ifstoplight=H000Mandupliglit=,,OOOManddo\vnlight=”000”thenudsig<-Of;state<=doorclose;elsifstoplight=,,OOr,orupliglit=M00r,ordownlight=”001”thenudsig<-0,;state<=dooropen:elseudsig<-O';state<=up;endif;endif;endif;ifudsig='l'andcaution/-1'then―卜?降情況ifposition=lthen ??電梯在一樓ifstoplight=H000Mandupliglit-,000Manddownlight=”000”thenudsig<-Of;state<=doorclose;elsifstoplight=MOOriorupliglit=M001H01downliglit=”001”thenudsig<-0,;state<=dooropen:elseudsig<=fOf;state<=up;endif;elsifposition=2then ??電梯在二樓ifstoplight=H000Mandupliglit=,,000Manddo\vnlight=”000”thenudsig<=f11;state<=doorclose:elsifstate=doorcloseandstoplight=H010Mthenstate<=dooropen;elsifstate=doorcloseanduplight=K010Hthenudsig<-0,;state<=dooropen:elsifstate=doorcloseanddownlight=”010”thenudsig<=,1,;state<=dooiopen;elsifstoplight(l)='1'oruplight(1)=Tthenudsig<=f1';statev=down;elseudsig<=fOf;state<=iip;endif;elsifposition=3then ??電梯在三樓ifstoplight=nOOOMandupliglit=f,000nanddownlight=”000”thenudsig<=,1,;state<=doorclose;elsifstoplight=M100noruplight=r100Hordownlight=M100Mtheniidsig<-r；state<=dooropen：elseudsig<=f1';statev=down;endif;endif;endif;whenup=>position<=position+l:pos:=pos+1;ifpos=2and(stoplight(3)=!1fordownlight(3)=l)thenstate<=up;elsestate<=stop;endif;whendown=>position<=position-1:pos:=pos-l;ifpos=2and(stoplight(1)=,1foiuplight(1)=*1')thenstate<=do\\n;elsestate<=stop:endif：whenstop=>state<=dooiopen;whendooropen=>doorlight<—1\cleamp<=,l,;cleardnv=T；state<=\vaitl;whenotliers=>state<=doorclose;endcase:endif;endprocess;process(clk) “控制按鍵指示燈進(jìn)程beginifreset=Tthenstoplightv=”000“：uplightv=”000”;downlightv=”000”；elsiflisingedge(buttonclk)andcautionerthenifcleanip-Tthenstoplight(position)<-0,;uplight(position)<-0,;elseifupl=Tthenuplight(l)v=T；eadif;ifup2-1'thenuplight(2)<-1r;endif;endif;ifcleardn-1*thenstoplight(position)<-0,;downlight(position)<-01;elseifdown2=Uthendownlight(2)v=T；endif;ifdown3=Ttheudownlight(3)v=T；endif;endif;ifstopl-Tthenstopliglit(1)<=,T;endif;i