四層電梯控制器

課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院信息科學(xué)與項目學(xué)院專業(yè)學(xué)生姓名學(xué)號設(shè)計題目四層電梯控制器設(shè)計目的1.掌握電子系統(tǒng)設(shè)計方法.學(xué)會使用PLD和硬件描述語言設(shè)計數(shù)字電路，掌握MAXPLUSII等開發(fā)工具的使用方法.培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、正確分析和解決問題的能力計要求1、設(shè)計一個4層電梯全自動控制電路。2、每層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達層次的停站請求開關(guān)。3、設(shè)有電梯所處位置指示裝置及電梯運行模式＜上升或下降）指示裝置。4、電梯每秒升降一層。5、電梯到達有停站請求的樓層后，經(jīng)過1s電梯打開，開門只是燈亮，開門4s后，電梯門關(guān)閉＜關(guān)門指示燈火），電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完請求信號后停在當(dāng)前樓層。6、能記憶電梯內(nèi)外的所以請求信號，并按照電梯運行規(guī)則依次響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。7、電梯運行規(guī)則：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信號，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請求時，則直接升到有下降請求的最高樓接客，然后進入下降模式，但電梯處于下降模式時，則與上升模式相反。8、電梯初始狀態(tài)為一層門開。進度安排：周一：根據(jù)設(shè)計要求查閱相關(guān)資料；周二：源代碼設(shè)計；周三、四：程序設(shè)計及程序調(diào)試；周五：寫課程設(shè)計報告和驗收準備。指導(dǎo)教師〈指導(dǎo)教師〈簽字）：學(xué)院院長〈簽字）：目錄第1目錄第1章引言?????????????????????????????????????????????????2TOC\o"1-5"\h\zEDA技術(shù)的概念 2EDA技術(shù)的特點 2EDA設(shè)計流程 2VHDL介紹 3第2章電梯控制器的設(shè)計要求與設(shè)計思路 4設(shè) 計 目 的??????????????????????????????????????????????????42.2設(shè)計要求??????????????????????????????????????????????????4第3章電梯控制器的綜合設(shè)計????????????????????????????????53.1電梯控制器功能?????????????????????????????????????????53.2電梯控制器設(shè)計方案???????????????????????????????????53.3電梯控制器實體設(shè)計???????????????????????????????????63.4電梯控制器結(jié)構(gòu)體設(shè)計 636?電梯控制器VHDL設(shè)計??????????????????????????????7TOC\o"1-5"\h\z3.6電梯控制器仿真圖形 10小結(jié) 11參考文獻 1 2一、引言EDA技術(shù)的概念EDA是電子設(shè)計自動化〈ElectronicDesignAutomation）的縮寫，在20世紀90年代初從計算機輔助設(shè)計＜CAD）、計算機輔助制造＜CAM）、計算機輔助測試＜CAT）和計算機輔助項目＜CAE）的概念發(fā)展而來的。EDA技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在EDA軟件平臺上，用硬件描述語言HDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、化簡、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的特點利用EDA技術(shù)進行電子系統(tǒng)的設(shè)計，具有以下幾個特點：①用軟件的方式設(shè)計硬件；②用軟件方式設(shè)計的系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換是由有關(guān)的開發(fā)軟件自動完成的；③設(shè)計過程中可用有關(guān)軟件進行各種仿真；④系統(tǒng)可現(xiàn)場編程，在線升級；⑤整個系統(tǒng)可集成在一個芯片上，體積小、功耗低、可靠性高。因此，EDA技術(shù)是現(xiàn)代電子設(shè)計的發(fā)展趨勢。EDA設(shè)計流程典型的EDA設(shè)計流程如下：1、文本/原理圖編輯與修改。首先利用EDA工具的文本或圖形編輯器將設(shè)計者的設(shè)計意圖用文本或圖形方式表達出來。2、編譯。完成設(shè)計描述后即可通過編譯器進行排錯編譯，變成特定的文本格式，為下一步的綜合做準備。綜合。將軟件設(shè)計與硬件的可實現(xiàn)性掛鉤，是將軟件轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟。行為仿真和功能仿真。利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行功能仿真，以便了解設(shè)計描述與設(shè)計意圖的一致性。5、適配。利用FPGA/CPLD布局布線適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，其中包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化、布局布線。適配報告指明了芯片內(nèi)資源的分配與利用、引腳鎖定、設(shè)計的布爾方程描述情況。功能仿真和時序仿真。下載。如果以上的所有過程都沒有發(fā)現(xiàn)問題，就可以將適配器產(chǎn)生的下載文件通過FPGA/CPLD下載電纜載入目標芯片中。硬件仿真與測試。1.4硬件描述語言＜VHDL）VHDL（Very-High-SpeedIntegratedCircuitHardwareDescriptionLanguage,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算機高級語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項項目設(shè)計，或稱設(shè)計實體＜可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部＜或稱可是部分,及端口＞和內(nèi)部＜或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實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)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計的基本。.用VHDL代碼而不是用原理圖進行設(shè)計，意味著整個電路板的模型及性能可用計算機模擬進行驗證。.VHDL元件的設(shè)計與工藝無關(guān)，與工藝獨立，方便工藝轉(zhuǎn)換。.VHDL支持各種設(shè)計方法，自頂向下、自底向上或者混合的都可以。.可以進行從系統(tǒng)級到邏輯級的描述，即混合描述。.VHDL區(qū)別于其他的HDL，已形成標準，其代碼在不同的系統(tǒng)中可交換建模。二、電梯控制器的設(shè)計要求與設(shè)計思路設(shè)計目的本次設(shè)計的目的就是通過實踐深入理解EDA技術(shù)并掌握VHDL硬件描述語言的設(shè)計方法和思想。通過學(xué)習(xí)的VHDL語言結(jié)合電子電路的設(shè)計知識理論聯(lián)系實際，掌握所學(xué)的課程知識和基本單元電路的綜合設(shè)計應(yīng)用。通過對實用電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計，鞏固和綜合運用所學(xué)知識，提高設(shè)計能力，提高分析、解決計算機技術(shù)實際問題的獨立工作能力。設(shè)計要求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)計實用六層電梯控制器，其代碼具有良好的可讀性和易理解性，源程序經(jīng)Altera公司的MAX+plusII軟件仿真。通過對四層電梯控制器的設(shè)計，可以發(fā)現(xiàn)本設(shè)計有一定的擴展性，而且可以作為更多層電梯控制器實現(xiàn)的基礎(chǔ)。通過獨立的設(shè)計，能夠完整的完成老師分配的課程設(shè)計任務(wù)。通過對電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握所學(xué)EDA課程的基本知識和對VHDL語言的綜合設(shè)計應(yīng)用。通過課程設(shè)計，提高設(shè)計能力，提高分析解決實際問題的能力，并在設(shè)計中了解硬件編程的流程和思路，為以后工作和發(fā)揮技術(shù)打下基礎(chǔ)。三、電梯控制器的綜合設(shè)計電梯控制器功能每層電梯的入口處設(shè)有上下請求開關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有乘客到達層次的停站請求開關(guān)。設(shè)有電梯所處位置指示裝置及電梯運行模式＜上升或下降）指示裝置。電梯每秒升降一層。電梯到達有停站請求的樓層后，經(jīng)過1s電梯打開，開門只是燈亮，開門4s后，電梯門關(guān)閉〈關(guān)門指示燈滅），電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完請求信號后停在當(dāng)前樓層。能記憶電梯內(nèi)外的所以請求信號，并按照電梯運行規(guī)則依次響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。電梯運行規(guī)則：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信號，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請求時，則直接升到有下降請求的最高樓接客，然后進入下降模式，但電梯處于下降模式時，則與上升模式相反。電梯初始狀態(tài)為一層門開。電梯控制器設(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行處理，同時顯示電梯的運行狀態(tài)和電梯所在樓層數(shù)。因為分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。電梯控制器采用狀態(tài)機來實現(xiàn)，思路比較清晰?？梢詫㈦娞莸却?/p>

每秒鐘以及開門、關(guān)門都看成一個獨立的狀態(tài)。因為電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個統(tǒng)一的1秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以把狀態(tài)機設(shè)置10個狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1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)”。各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計要求所決定狀態(tài)顯示器分控制器主控制照分控制器主控制照—?謙鵑器—?極羞齒示器樓房選捕襦圖1電稅控制器原理圖作；另有一個按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個輸出端口來指示請求是否被響應(yīng)，有請求信號以后，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)也能用一個輸出端口來指示；為了觀察電梯的運行是否正確，可以設(shè)置一個輸出端口來指示電梯的升降狀態(tài)。件求信號玲入座技'］檸制信號

期就根警件求信號玲入座技'］檸制信號

期就根警圖2電梯控制器系統(tǒng)怩圖CLklN：mLAY

CL0S2時序輪

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CL0S2時序輪

出及摟敷器+1瓦R)電解升降

控制器

(LIFTGH\T*譏REtT以一Q；，f*RUH.戰(zhàn)IT區(qū)」!力悌次態(tài)

生口黑

(LAD&)LWdoor。wait4,up,down,stop＞：SIGNALmylift：lift_state：在結(jié)構(gòu)體中,設(shè)計了倆個進程互相配合,一個是狀態(tài)機進程作為主要進程,另外一個是信號燈控制進程作為輔助進程。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈進程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)的,而信號燈進程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機進程中傳出的clearup和cleardn信號來控制。在狀態(tài)機進程中,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；在電梯停止狀態(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。在信號燈控制進程中,因為使用了專門的頻率較高的按鍵時鐘,所以使得按鍵的靈敏度增大,但是時鐘頻率不能過高,否則容易使按鍵過于靈敏。按鍵后產(chǎn)生的點亮的信號燈(邏輯值為‘1’＞用于作為狀態(tài)機進程中的判斷條件，而clearup和cleardn信號為邏輯’1’使得相應(yīng)的信號燈熄滅。3、5電梯控制器仿真圖形libraryieee。useieee.std_logic_1164.all。useieee.std_logic_unsigned.all。useieee.std_logic_arith.all。entitydiantiisport(clk:instd_logic。full,deng,quick,clr:instd_logic。c_u1,c_u2,c_u3:instd_logic。c_d2,c_d3,c_d4:instd_logic。d1,d2,d3,d4:instd_logic。g1,g2,g3,g4:instd_logic。door:outstd_logic_vector(1downto0＞。led:outstd_logic_vector(6downto0＞。led_c_u:outstd_logic_vector(3downto0＞。led_c_d:outstd_logic_vector(3downto0＞。ifupdownifupdown='1'thenelsifen_up='1'thenelsifen_up='1'thenled_d:outstd_logic_vector(3downto0>。wahaha:outstd_logic。ud,alarm:outstd_logic。up,down:outstd_logic>。enddianti。architecturebehaveofdiantiissignald11,d22,d33,d44:std_logic。signalc_u11,c_u22,c_u33:std_logic。signalc_d22,c_d33,c_d44:std_logic。signalq:integerrange0to1。signalq1:integerrange0to6。signalq2:integerrange0to9。signaldd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(3downto0>。signalopendoor:std_logic。signalupdown:std_logic。signalen_up,en_dw:std_logic。begincom:process(clk>beginif(clk'eventandclk='1'>thenif(clr=T>thenq1<=0。q2<=0。wahaha<='0'。elsiffull='1'thenalarm<='1'。q<=0。if(q1>=3>thendoor<="10"。elsedoor<="00"。endif。elsifq=1thenq<=0。alarm<='0'。ifq2=3thenwahaha<='1'。elseif(opendoor='1'>thendoor<="10"。q1<=0。q2<=0。up<='0'。down<='0'。if(deng='1'>thendoor<="10"。q1<=0。q2<=q2+1。elsifquick='1'thenq1<=3。elsifq1=6thendoor<="00"。updown<='1'。up<='1'。elsifq1>=3thendoor<="01"。q1<=q1+1。elseq1<=q1+1。door<="00"。endif。elsifen_dw='1'thenif(deng='1'>thendoor<="10"。q1<=0。q2<=q2+1。elsifquick='1'thenq1<=3。elsifq1=6thendoor<="00"。updown<='0'。down<='1'。elsifq1>=3thendoor<="01"。q1<=q1+1。elseq1<=q1+1。door<="00"。endif。endif。if(g1='1'>thenled<="1001111”。ifd11='1'orc_u11='1'thend11<='0'。c_u11<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc>"0001"thenen_up<='1'。opendoor<='0'。elsifdd_cc="0000"thenopendoor<='0'。endif。elsifg2='1'thenled<="0010010”。ifupdown='1'thenifd22='1'orc_u22='1'thend22<='0'。c_u22<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc>"0011"thenen_up<='1'。opendoor<='0'。elsifdd_cc<"0010"thenen_dw<='1'。opendoor<='0'。endif。elsifd22='1'orc_d22='1'thend22<='0'。c_d22<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc>"0011"thenen_up<='1'。opendoor<='0'。elsifdd_cc<"0010"thenen_dw<='1'。opendoor<='0'。endif。elsifg3='1'thenled<="0000110”。ifd33='1'orc_u33='1'thend33<='0'。c_u33<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc>"0111"thenen_up<='1'。opendoor<='0'。elsifdd_cc<"0100"thenen_dw<='1'。opendoor<='0'。endif。elsifd33='1'orc_d33='1'thend33<='0'。c_d33<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc>"0111"thenen_up<='1'。opendoor<='0'。elsifdd_cc<"0100"thenen_dw<='1'。opendoor<='0'。endif。elsifg4='1'thenled<="1001100”。ifd44='1'orc_d44='1'thend44<='0'。c_d44<='0'。opendoor<='1'。elsifdd_cc<"1000"thenen_dw<='1'。opendoor<='0'。endif。elseen_up<='0'。en_dw<='0'。endif。endif。elseq<=1。alarm<='0'。if(d1='1'>thend11<二d1。elsifd2='1'thend22<=d2。elsifd3='1'thend33<=d3。elsifd4='1'thend44<=d4。endif。ifc_u1='1'thenc_u11<=c_u1。elsifc_u2='1'thenc_u22<=c_u2。elsifc_u3='1'thenc_u33<=c_u3。endif。ifc_d2='1'thenc_d22<=c_d2。elsifc_d3='1'thenc_d33<=c_d3。elsifc_d4='1'thenc_d44<=c_d4。endif。dd<=d44&d33&d22&d11。cc_u<二'0'&c_u33&c_u22&c_u11。

ccd<=cd44&cd33&cd22&'0'。dd_cc<=ddorcc_uorcc_d。endif。ud<=updown。ledd<=dd。ledcu<=ccu。ledcd<=ccd。endif。endprocess。endbehave。3、6電梯控制器仿真圖形仿真1：在一樓的電梯內(nèi)部有一個去向三樓的申請，在二樓有一個電梯向上的外部的申請信號，在四樓有個電梯向下的外部申請信號。電梯先響應(yīng)二樓外部的申請信號，關(guān)門、向上，led顯示1、樓外部的申請信號，關(guān)門、向上，led顯示1、2、3、4,到二樓時執(zhí)行開門動作，二樓的申請清零，到達三樓時，執(zhí)行開門動作，去向三樓的申請信號清零，并向四樓運行，到達四樓后，響應(yīng)四樓向下的申請信號并把該信號清零。B0000011000doorledName.clrdengquickelk?^g42-g3?^g2n^-d4d3fdoorled—Jled_c_dled_d@q2wahahaudqdownupalarmValueB0000011000doorledName.clrdengquickelk?^g42-g3?^g2n^-d4d3fdoorled—Jled_c_dled_d@q2wahahaudqdownupalarmValueI 00001000000B00B0000B0000B0000BXXXX0