EDA課程設(shè)計《電梯控制器》

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1、前言 1 1緒論 2 1.1課程設(shè)計題目 2 1.2設(shè)計目的 2 1.3課程設(shè)計要求 2 1.4課程設(shè)計思想 3 2軟件介紹 4 3課程設(shè)計步驟 6 3.1狀態(tài)機的基本原理 6 3.2電梯控制器的功能模塊 6 3.3電梯控制器的流程圖 7 3.4電梯控制器的VHDL描述模塊流程 8 3.5實體設(shè)計 8 3.6結(jié)構(gòu)體設(shè)計 8 3.7 VHDL源代碼語法的簡單說明 9 3.8電梯輸入輸出端口圖 10 4三層電梯控制器的調(diào)試及仿真 11 4.1程序的調(diào)試 11 4.2波形仿真 11 5課程設(shè)計的意義 15 5.1設(shè)計背景 15 5.2課程設(shè)計的意義 15

2、5.2.1中國電梯的現(xiàn)狀 15 5.2.2電梯的節(jié)能和環(huán)保 16 5.2.3電梯的智能化 16 6總結(jié) 17 參考文獻 18 附錄 19 冃U言 電梯作為垂直方向的交通工具，在高層建筑和公共場所已成為不可或缺 的設(shè)備。中國是全球最大的電梯市場，也具有最強的電梯生產(chǎn)能力，但由于 缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)和核心技術(shù)，自主品牌占市場的份額很少。因此要加大對 電梯技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，提升電梯的性能，就需要引進更好的技術(shù)，電梯控 制器就是很好的裝置，大力開發(fā)控制器是很必要的。 電梯控制器可以有很多實現(xiàn)方式，本設(shè)計用了 EDA技術(shù)進行操作。EDA 技術(shù)打破了軟件和硬件間的壁壘，使計算機的軟件技術(shù)與硬

3、件實現(xiàn)、設(shè)計效 率與產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。 VHDL主要用于描述數(shù)字系統(tǒng)的接口，結(jié)構(gòu)和功能，它的語法簡單易懂， 移植性好。 我設(shè)計的是一個3層電梯控制器。分為主控制器和分控制器。主控制器 是電梯內(nèi)部的控制器，每層電梯入口處有一個分控制器。本設(shè)計采用VHDL， 源程序Altera公司的Quartus II軟件仿真。運用有限狀態(tài)機的設(shè)計方法，設(shè) 計了兩個進程相互配合，狀態(tài)機進程作為主要進程，信號燈控制進程作為輔 助進程。在主進程中定義了十個狀態(tài)，ST0P0N1，DOOROPEN， DOORCLOSE，DOORWAIT1，D00RWAIT2, D00RWAIT

4、3, D00RWAIT4, UP，DOWN，STOP。在電梯時鐘的觸發(fā)下，通過當(dāng)前狀態(tài)和信號燈信號來 判定下一狀態(tài)。信號燈控制進程中，信號燈信號存儲按鍵請求情況，它的熄 滅是由狀態(tài)機進程中傳出的信號來控制。 1緒論 電梯控制器由硬件和軟件兩大部分組成。硬件包括控制器、控制器地板、 讀卡天線、電源、寫卡器、IC卡片等組成內(nèi)呼控制器，軟件包括下位機運行 控制軟件、上位機寫卡授權(quán)軟件。我設(shè)計的三層電梯控制器主要應(yīng)用EDA電 子電路技術(shù)。EDA的發(fā)展使得設(shè)計更具有靈活性。 隨著我國經(jīng)濟持續(xù)增長、城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速和房地產(chǎn)行業(yè)的進一步發(fā)展, 對電梯的需求越來越大。所以電梯控制器就需要大強度的發(fā)展，來

5、滿足社會 的需求。電梯的發(fā)展更加的智能化，節(jié)約化。對社會的發(fā)展，人民生活水平 的提咼具有很大的意義。所以加大對電梯控制器的發(fā)展，和技術(shù)上的研究是 很重要的。 隨著EDA技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴大與深入，EDA技術(shù)在電子信息、 通訊、自動控制及計算機應(yīng)用等領(lǐng)域的重要性突出。隨著技術(shù)市場與人才市 場對EDA的需求不斷提高,產(chǎn)品的市場需求和技術(shù)市場的要求也必然會反映 到教學(xué)領(lǐng)域和科研領(lǐng)域中來。EDA技術(shù)的提高，促進了電梯控制器的發(fā)展。 電梯行業(yè)也隨著科技的發(fā)展，不斷地出現(xiàn)在人們生活的各個場所，因此, 對電梯控制器的設(shè)計是一個很實用的例子，對掌握EDA技術(shù)的應(yīng)用也有很大 的幫助。 1.1課程設(shè)計題

6、目 電梯控制器 1.2設(shè)計目的 進一步鞏固理論知識，培養(yǎng)所學(xué)理論知識的在實際中的應(yīng)用能力；掌握 EDA設(shè)計的一般方法；熟悉一種EDA軟件，掌握一般EDA系統(tǒng)的調(diào)試方法; 利用EDA軟件設(shè)計一個電子技術(shù)綜合問題，培養(yǎng)VHDL編程、書寫技術(shù)報 告的能力。為以后進行工程實際問題的研究打下設(shè)計基礎(chǔ)。 1.3課程設(shè)計要求 設(shè)計一電梯控制器實現(xiàn)如下功能： 一個3層電梯控制器。分為主控制器和分控制器。主控制器是電梯內(nèi)部 的控制器，每層電梯入口處有一個分控制器。 主控制器的功能如下： 1?在電梯開關(guān)時相應(yīng)請求，否則不響應(yīng)； 2?電梯初始位置是一層； 3.電梯運行時，指示方向和當(dāng)前所在樓層；

7、 4?電梯每秒升降一層 5.當(dāng)電梯到達(dá)所請求的樓層時，自動開門，等待4秒后自動關(guān)門，繼續(xù) 運行，如果沒有請求信號，停留在當(dāng)前樓層； 6?收到請求后，自動到達(dá)用戶所在樓層，自動開門； 7. 記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按電梯運行順序執(zhí)行，在執(zhí)行后清除請求; 8. 電梯運行規(guī)則：當(dāng)電梯處于上升狀態(tài)時，僅響應(yīng)比電梯位置高的用戶 的請求；當(dāng)電梯處于下降狀態(tài)時，僅響應(yīng)比電梯位置更低的用戶請求； 分控制器的功能如下： 1?設(shè)有上升請求按鈕和下降請求按鈕，實時檢測用戶按鍵； 2. 指示電梯當(dāng)前坐在樓層 3. 當(dāng)電梯到達(dá)本層是，清除請求。 1.4課程設(shè)計思想 實驗?zāi)M生活中電梯運動控制，電梯

8、總共三層，最簡單的控制思想如下： 采集用戶呼叫樓層，并放入相應(yīng)的記憶單元中；不考慮電梯轎廂所在樓層。 若有用戶呼叫，電梯上行直到達(dá)到用戶呼叫最大層，再下行直到到達(dá)最低層， 由此構(gòu)成一次行程；每完成一次行程，檢測是否所用用戶呼叫均已響應(yīng)完畢。 如果沒有，電梯繼續(xù)運行，直到響應(yīng)完所有用戶呼叫。否則，電梯停止運行; 其中用戶請求包括外部請求和內(nèi)部請求。有外部升降請求信號需點亮相應(yīng)的 外部請求指示燈，內(nèi)部升降請求信號同外呼；根據(jù)電梯所在樓層，七段數(shù)碼 管顯示樓層數(shù)；根據(jù)用戶運行方向，點亮相應(yīng)升降指示燈；當(dāng)電梯運行到有 相應(yīng)外部呼叫或內(nèi)部呼叫樓層時，電梯停止運行，滅掉相應(yīng)的呼叫顯示燈， 電梯開關(guān)門后，繼

9、續(xù)運行。 電梯控制器設(shè)計兩個進程相互配合，狀態(tài)機進程作為主要進程，信號燈 控制進程作為輔助進程。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以為狀態(tài)機設(shè)置十個 狀態(tài)，它們分別是“電梯停在一層” “開門” “關(guān)門” “開門等待第一秒” “開 門等待第二秒”“開門等待第三秒”“開門等待第四秒”“上升”“下降”和“停 止”。由于電梯每秒上升或下降一層，則可以用周期為1S的信號作為電梯狀 態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時鐘。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈控制進程產(chǎn)生 的信號燈信號為依據(jù)，而信號燈控制進程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機進程 中傳出的信號來控制。 2軟件介紹 Quartus設(shè)計軟件是Altera提供的完整的多平臺設(shè)計

10、環(huán)境，能夠直接滿足 特定設(shè)計需要，為可編程芯片系統(tǒng)（SOPC）提供全面的設(shè)計環(huán)境。Quartus 軟件含有FPGA和CPLD設(shè)計所有階段的解決方案。 Quartus II作為一種可編程邏輯的設(shè)計環(huán)境，由于其強大的設(shè)計能 力和直觀易用的接口，越來越受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計者的歡迎。 Quartus II（3.0和更高版本）設(shè)計軟件是業(yè)界唯一提供 FPGA和固定 功能HardCopy器件統(tǒng)一設(shè)計流程的設(shè)計工具。工程師使用同樣的低價位 工具對Stratix FPGA進行功能驗證和原型設(shè)計，又可以設(shè)計HardCopy Stratix 器件用于批量成品。系統(tǒng)設(shè)計者現(xiàn)在能夠用Quartus II軟件評估Ha

11、rdCopy Stratix器件的性能和功耗，相應(yīng)地進行最大吞吐量設(shè)計。 Altera的Quartus II可編程邏輯軟件屬于第四代PLD開發(fā)平臺。該平臺支 持一個工作組環(huán)境下的設(shè)計要求，其中包括支持基于In ter net的協(xié)作設(shè)計。 Quartus 平臺與 Cadence、xemplarLogic、MentorGraphics、ynopsys和 Synplicity 等EDA供應(yīng)商的開發(fā)工具相兼容。改進了軟件的LogicLock模塊設(shè)計功能，增 添了 FastFit編譯選項，推進了網(wǎng)絡(luò)編輯性能，而且提升了調(diào)試能力。 2.0版Quartus II設(shè)計軟件現(xiàn)在除了支持 Altera的APE

12、X 20KE，APEX 20KC，APEX II，ARM 的 Excalibur 嵌入處理器方案，Mercury，F(xiàn)LEX10KE 和 ACEX1K 之外，還支持 MAX3000A，MAX7000 系列乘積項器件。 MAX3000A和MAX7000設(shè)計者現(xiàn)在可以使用 QuartusII設(shè)計軟件中才有 的所有強大的功能。 QuartusII2.0安裝軟件為290M,完全安裝為700M,如果定制安裝，不 選擇Excalibur嵌入處理器，則安裝所需空間為 460M,比QuartusII1.1版 本減少一半以上的空間要求，卻能支持 ALTERA全部芯片的開發(fā)。同時 軟件的裝載，編譯，仿真速度比

13、1.1版本大大加快。 QuartusII2.0設(shè)計軟件通過增強層次LogicLock模塊級設(shè)計方式，將 性能平均改善15%。LogicLock設(shè)計流程把整個模塊的放置交由設(shè)計者控 制，如果必要的話，可以采用輔助平面布置。LogicLock設(shè)計流程運行設(shè) 計者單獨地優(yōu)化和鎖定每個模塊的性能，在大型 SOPC設(shè)計的構(gòu)建過程 中也保持整個系統(tǒng)的性能。2.0版Quartus II設(shè)計軟件把新的LogicLock 設(shè)計流程算法集成到未來的Altera器件中，該算法充分利用了模塊級設(shè) 計的優(yōu)勢。 QuartusII2.0增加了一個新的快速適配編譯選項，選擇中這個選項， 將會比缺省設(shè)置要縮短50%的編譯

14、時間。快速適配功能保留了最佳性能 的設(shè)置，加快了編譯過程。這樣布局適配算法反復(fù)的次數(shù)更少，編譯速 度更快，對設(shè)計性能的影響最小。 2.0版Quartus II設(shè)計軟件引入了新的功能，加快驗證過程，這通常 是SOPC設(shè)計流程中最漫長的階段。在最初的編譯時間中，新的 SignalProbe技術(shù)允許用戶在保留設(shè)計最初布線，時限和設(shè)計文件的同時 把內(nèi)部節(jié)點引到未用的管腳進行分析。SignalProbe技術(shù)完成了現(xiàn)有 SignalTap嵌入邏輯分析的功能。而且，設(shè)計者能夠使用新版本中提供的 HDL測試模板快速地開發(fā)HDL仿真矢量。 2.0版Quartus II設(shè)計軟件也可以自動地從 Quartus

15、II仿真器波形文件 中創(chuàng)建完整的HDL測試平臺。 2.0版Quartus II設(shè)計軟件也支持高速I/O設(shè)計，生成專用I/O緩沖 信息規(guī)范（IBIS ）模型導(dǎo)入到常用的EDA信號集成工具中。IBIS模型根據(jù) 設(shè)計中每個管腳的I/O標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置來定制，簡化第三方工具的分析。 3課程設(shè)計步驟 3.1狀態(tài)機的基本原理 狀態(tài)機是表示有限個狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移和動作等行為的數(shù)學(xué) 模型，它是由一組狀態(tài)、一個初始狀態(tài)、輸入和根據(jù)輸入及現(xiàn)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換為 下一個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)組成。有限狀態(tài)機是一種基本的、簡單的、重要的形 式化技術(shù)，在軟件設(shè)計中常常采用。它是描述一個由有限個獨立狀態(tài)組成的 過程，這些狀態(tài)可

16、以互相遷移，直到最終離開這個過程。采用有限狀態(tài)機可 以使設(shè)計過程直觀簡單易于理解，隨著硬件設(shè)計軟件化趨勢的加劇，在運用 VHDL硬件描述語言設(shè)計數(shù)字系統(tǒng)時，利用有限狀態(tài)機成為了可靠方便的途 徑?？刂破髯鳛殡娮酉到y(tǒng)設(shè)計的核心部分，在EDA軟件平臺上，借助有限狀 態(tài)機表示方法符合人的邏輯思維的特征，將控制功能用有限狀態(tài)機來建模實 現(xiàn)，有許多優(yōu)越之處，以使FSM成為大型控制電路設(shè)計的有力工具。 除了輸人信號、輸出信號外，狀態(tài)機還包含一組寄存器記憶內(nèi)部狀態(tài)。 狀態(tài)機寄存器的下一個狀態(tài)及輸出，不僅同輸入信號有關(guān)，而且還與寄存器 的當(dāng)前狀態(tài)有關(guān)，狀態(tài)機有兩個主要部分：即組合邏輯和寄存器部分。組合 邏輯部

17、分又可分為狀態(tài)譯碼器和輸出譯碼器，狀態(tài)譯碼器確定狀態(tài)機的下一 個狀態(tài)，即確定狀態(tài)機的激勵方程，輸出譯碼器確定狀態(tài)機的輸出，即確定 狀態(tài)機的輸出方程。 3.2電梯控制器的功能模塊 電梯控制器的功能模塊如圖4-1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行處理，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3-1電梯控制

18、器原理圖 圖3-3電梯控制主流程圖 3.4電梯控制器的VHDL描述模塊流程 三層電梯控制器的設(shè)計主要是對實體和結(jié)構(gòu)體的設(shè)計，它的VHDL描述 模塊流程如圖4-4所示： 圖3-4三成電梯控制器的VHDL描述模塊流程 3.5實體設(shè)計 實體設(shè)計即是對端口名、端口模式及數(shù)據(jù)類型的說明。首先考慮輸入端 口，一個異步復(fù)位端口 “RESET”，用于當(dāng)電梯出現(xiàn)非正常情況時回到初始狀 態(tài)；在電梯外部，一層入口處設(shè)有上升請求端，二層入口處設(shè)有上升和下降 請求端，三層入口處設(shè)有下降請求端；在電梯內(nèi)部，應(yīng)設(shè)有各層停站請求端 口； 一個電梯時鐘輸入端口，它提供周期為Is的時鐘信號，用作電梯狀

19、態(tài)轉(zhuǎn) 換的觸發(fā)時鐘；還有一個頻率很高的按鍵時鐘輸入端口。其次考慮輸出端口， 當(dāng)有各層上升或下降請求時，各層入口處應(yīng)該有端口顯示請求是否被響應(yīng)， 有請求時端口輸出邏輯‘ 1'，被執(zhí)行后則恢復(fù)成邏輯‘0'；同樣的，電梯 內(nèi)部也應(yīng)有各層停站請求是否被響應(yīng)的指示端口； 一個開關(guān)門指示端口，當(dāng) 門開著時，它為邏輯‘ 1'，門關(guān)著時，則為邏輯‘0'；還需要端口來顯示 電梯所處的位置和模式(上升或下降)。 3.6結(jié)構(gòu)體設(shè)計 在結(jié)構(gòu)體中，首先說明了狀態(tài)機設(shè)置的十個狀態(tài)，分別是：電梯停在1 層(STOPON1)、開門(DOOROPEN)、關(guān)門(DOORCLOSE)、開門等待第 1 秒 (D00RWAIT1

20、)、開門等待第2秒(D00RWAIT2)、開門等待第3秒 (D00RWAIT3)、開門等待第 4 秒(D00RWAIT4)、上升(UP)、下降(DOWN) 和停止(STOP)。在結(jié)構(gòu)體最前端用如下的定義語句，來定義狀態(tài)機。 TYPE LIFT_STATE IS (STOPON1,DOOROPEN,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DO ORWAIT3,DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP); 圖3-5狀態(tài)圖 接著描述電梯內(nèi)部功能實現(xiàn)，在結(jié)構(gòu)體中設(shè)計了兩個進程，一個狀態(tài)機 進程（CTRLIFT），它是以RESET和LIFTCLK作為敏感信號，控制電

21、梯的 狀態(tài)轉(zhuǎn)移；另外一個是信號燈控制進程（CTRLIGHT），它是以RESET和 BUTTONCLK作為敏感信號，控制寄存信號的邏輯值。在狀態(tài)機進程中，電 梯關(guān)門后根據(jù)信號燈的情況，來決定下一個狀態(tài)是上升、下降還是停止；在 信號燈控制進程中，由于使用了專門的頻率較高的按鍵時鐘，所以使得按鍵 的靈敏度大，但是時鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏，而信號燈 的熄滅是由狀態(tài)機進程中傳出CLEARUP和CLEARDN信號來控制。 3.7 VHDL源代碼語法的簡單說明 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

22、。本設(shè)計米用 STD-LOGIC-1164、STD-LOGIC-UNSIGNED、STD-LOGIC-ARITH 程序包。 以關(guān)鍵詞ENTITY引導(dǎo)，END ENTITY THREELIFT結(jié)尾的部分是程序 的實體部分。VHDL的實體描述了電路器件的外部情況，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、信號燈指示端口、電梯的 請求端口。它描述了端口模式主要有IN、BUFFER、OUT,以及各端口信號 的數(shù)據(jù)類型主要有 STD-LOGIC、STD-LOGIC-VECTOR、INTEGERo 以關(guān)鍵詞 ARCHITECTURE 引導(dǎo)，END ARCHITECTURE ONE

23、結(jié)尾的 語句部分是結(jié)構(gòu)體部分，結(jié)構(gòu)體描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能。 3.8電梯輸入輸出端口圖 BUTTONCLK POSITION [1..0] LIFTCLK UDSIG RESET FUPLIGHrr[3..1] F1UPBUTTON FDMLIGHT[3..1] F2UPBUTTON STOPLIGHTI3..1] F2DN BUTTON DOORLIGHT F3DN BUTTON DCUT1[3..O] STOP1 BUTTON STOP2BUTTON STOP3BUTTON : Z|X : : : : Z|X : 5^宀

24、 圖3-6電梯輸入輸出口 4三層電梯控制器的調(diào)試及仿真 4.1程序的調(diào)試 在程序編寫完成并保存于工程文件夾后，可以把它置頂進行編譯，看是 否出現(xiàn)錯誤。在第一次編譯時出現(xiàn)了很多問題，主要是由于沒有注意到文件 名必須與實體名相同，并且后綴是.VHD,還有粗心所造成的端口名書寫錯誤， 以及有的IF語句結(jié)束時忘了寫END IF。在波形仿真中，發(fā)現(xiàn)一個錯誤，在 狀態(tài)進程中，在當(dāng)前狀態(tài)為DOORCLOSE，討論次態(tài)的過程中，忽略了對本 層請求的考慮，即當(dāng)電梯停在某層時，當(dāng)前層入口處有上升或下降請求時， 無法響應(yīng)。經(jīng)過思考，我添加了本層請求響應(yīng)語句，最終實現(xiàn)了三層

25、電梯控 制器的功能。 4.2波形仿真 在波形仿真中，根據(jù)實際，我們有必要做一些假設(shè)，即是： 1.外部請求上升的乘客，進入電梯后一定是按更高層的停站按鈕； 2?外部請求下降的乘客，進入電梯后一定是按更低層的停站按鈕； 3.如果有乘客進入電梯，則一定有停站請求； 4?同一時刻有很多人按鍵的概率很小，所以我們認(rèn)為請求信號都有一定 的先后順序。 設(shè)定仿真時間長度為 200us，LIFTCLK信號為周期10ns的時鐘信 號,BUTTONCLK信號為周期1ns的時鐘信號。DOORLIGHT信號邏輯‘1’ 表示開門，邏輯‘0'表示關(guān)門。UDSIG信號為邏輯‘1’表示電梯處在上升 模式，邏輯‘ 0

26、'表示處在下降模式。FUPLIGHT,FDNLIGHT,STOPLIGHT 是三位二進制向量，波形圖中的1代表“001”,表示一層有請求,2代表“010”， 表示二層有請求，4代表“100”，表示三層有請求。 圖4-1所示的波形是在一層有上升請求的仿真波形，在RESET信號產(chǎn)生 一個脈沖時，電梯回復(fù)初始狀態(tài)，即STOPON1狀態(tài)，然后等待4s，關(guān)門檢 測沒有請求信號，于是電梯此時停在一層。當(dāng)電梯時鐘上升沿檢測到一層上 升請求信號FUPLIGHT⑴為“ 1”時，電梯開門，F(xiàn)UPLIGHT(1)清零，等待 4s，關(guān)門檢測到二層停站請求,于是電梯上升到二層停止,開門STOPLIGHT(2) 清零，

27、POSITION信號由1變?yōu)?，電梯最終停在二層。 9.6 ns Pointer: Start: | 34.19 ns Interval: 24.59 ns | 怎 Master Time Bar: 圖4-1有上升請求的仿真波形 圖4-2所示的波形是三層有下降請求的波形，三樓有請求時FDNLIGHT 顯示喂“100”為4。當(dāng)電梯在一層關(guān)門后，檢測到FDLIGHT為“100”，則 上升到三層，相應(yīng)過請求后，F(xiàn)DNLIGHT變?yōu)椤?00”。開門等待4s，關(guān)門 檢測到STOPLIGHT為“1”，于是電梯下降到一層，最終停在一層。POSITION 在一樓為“ 1”，在二樓為“2”

28、，在三樓為“3”。 Master Time Bar: | 9.6 ns >\ Pointer: | 81.92 ns Interval: | 72.32 ns Start: | End: Name 20 0 ns 60. C n 100. j HE 140. 0 ns 180. °址 220. °ns 260. °ns 300-,°ns 9. 6 ns 2. 6 n= P0 BI.ITTONCLEC A 1

29、 ?1 D00RUGHT 丸LI 1 1 1 @>2 □ noi.rri A [3] □ ] ：?⑵X [31 X [2] — [1] 0 FIBPBBTTON A 0

30、 F2DNB1TTT0N A 0 "9 F2BPBBTT0N A 0 *10 F3DNB1TTT0N A 0 — @>11 [+] FDNLIGHT A [Li

31、] [0] ⑷ LOJ 參15 □ FlfT'LIGHT A [LU —— —— —— —— [0] — —— —— —— — —— —— P19 LIFTCLK A 1 @>20 S POSITION A [3] t [1: [2] X [3] X⑵

32、[1] *23 EESET A 0 1^*24 ST0P1BUTT0K A 0 — "25 ST0P2BUTT0N 丸LI 1^*26 ST0P3BUTT0N A 0 — — — — — — —

33、 — — —— — — — — — — — — — ——1—— — — — — — — — — — — —— ?27 □ STOFUGHT A [LU [0] X [1] [0： 抄31 l.fliSIG A 0 J L J 圖4-2有下降請求的仿真波形 圖4-3所示的波形是二層和三層都有下降請求的仿真

34、波形，當(dāng)電梯在一 層關(guān)門后，檢測到FDNLIGHT為“010”為2,說明二樓有下降請求，然后 檢測到FDNLIGHT為“ 110”為6，說明二樓三樓都有下降請求，則直接上 升到三層，開門后FDNLIGHT(3)清零，等待4s后，關(guān)門下降到二層停止， 開門后FDNLIGHT(2)和STOPLIGHT(2)清零，再下降到一層。 9.6 ns ±1 Pointer: | Start: | Master Time Bar: 92.97 ns Interval: Enc 圖4-3有多個下降請求的仿真波形 圖4-4所示的波形為有多個停站請求的仿真波形，電梯在一層關(guān)門后， 檢測到有二樓

35、停站請求，STOPLIGHT為“010”，又有三樓停站請求，所以 STOPLIGHT為“110”，則上升至二層停止開門，STOPLIGHT⑵清零，等 待4s后關(guān)門，繼續(xù)上升至三層，開門后STOPLIGHT(3)清零，乘客下站后電 梯最終停在三層。 Master Time Bar: | 9.6 ns 彳 Pointer: 「 98.56 ns Interval: 1 88.96 ns Start: 1 End: 40.0 ns 120. 0 ns 160. 240.0 ns 280.0 ns 320.0 ns

36、 i 1 i N am e 9. 6 ns 1^0 El.rTTONCLlL A 1 妙1 IiOORUGKT A 0 L l I 1 1 1 I 參2 □ D0UT1 A [3] [ 1] * [2] X [3] AT Fll.TEl.fTTON A 0 rn F2DHBUTT0N A 0

37、 A9 F2UFBUTT0N A 0 ? 10 F3DHBUTT0N A 0 @11 田 FDNLIGHT A [0] [L ] 尋15 □ FUFUGHT A [0] [0] : EH X [0] ? 19 UFTCLK A 1

38、 @20 H POSITION A [3] [1] [2] ■X [3] A 23 EESET A 0 ST0F1BUTT0N A 0 A 25 ST0F2EUTT0N A 0 n A 26 ST0F3EUTT0N A 0

39、 @27 田 STOFUGKT A [0] [0] [6] X [4] X 0] 襯31 imsiG A 0 1 | 圖4-4有多個停站請求的仿真波形 圖4-5所示，二層同時有上升和下降請求,FUPLIGHT (2)和FDNLIGHT (2)都為“1”，電梯上升至二層，門打開等待4s，關(guān)門后檢測到STOPIGHT⑶ 和FDNLIGHT(2)都為“1”，它會先上升至三層，再下降至二層，待有下降

40、請 求的乘客上電梯后，最后下降至一層。 鳥 Master Time Bar: Pointer: |_ 81.83 ns Interval: 72.23 nw Start:「 End:「 鈕2 畛T P9 畛10 參11 參15 畛19 參20 畛23 畛24 M25 1^26 參2T ■￡>31 Value at 9. 6 ns 20^0 ns 60. 0 ns 工6 ns 100.0 ns 140.0 ns 180.0 ns 220. 0 ns 260. 0 ns 300.0 ns 340.0 ns BUTTONCLK

41、k 1 DOOmGHT A 0 田 D0UT1 A [3] FIUPBUTTOIT k 0 F2DKBUTT0W k 0 F21.TBl.rnOK A 0 F3DffBirrT01T A 0 國 FIIHUGHT A [0] 田 FUFUGHT A [Li] UFTCIZ A 1 S POSITIOff A [3] RESET 九0 ST0F1BUTT0N A 0 ST0P2BUTT0H k 0 ST0P3BUTT0M 九0 S ETDFUGHT A [0] IHSIG k 0 Name [1] ￥

42、 [2] X [3] [2] I： 1] n [ 0] :：

43、 [2 X [ 3] [CO [2] X 0] [1 [2] X [3] X ：2] :?: [ 1] J ~n

44、 n [0] X, t 4] [1

45、] 沖］ 1 /~: rTi W f?i V rvi V r?i : W rii-i- 圖4-5同時有上升和下降請求的仿真波形 從前面所有的仿真波形來看，電梯的運行情況完全符合它的運行規(guī)則。 5課程設(shè)計的意義 5.1設(shè)計背景 近年來，隨著我國房地產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，高層建筑越來越多。因此， 一種能使人們快速、便捷地到達(dá)目的樓層的電梯便應(yīng)運而生了。分析近幾年 房地產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，特別是商品住宅的

46、高速發(fā)展，將使住宅對電梯的需求 量持續(xù)攀升。人們對電梯安全性、高效性、舒適性的不斷追求也推動了電梯 技術(shù)的進步。隨著電梯技術(shù)的發(fā)展，綠色化、低能耗、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、藍(lán)牙 技術(shù)的電梯成為一段時間內(nèi)的發(fā)展趨勢。為保證人們能更安全、更快捷地到 達(dá)目的樓層，實現(xiàn)人性化的功能，對電梯系統(tǒng)中的控制部分進行優(yōu)化設(shè)計是 非常必要。因此這部分的設(shè)計也就成了在電梯設(shè)計領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。 為了實現(xiàn)電梯的智能化，可以采用許多方法。它的智能化控制可以有以下幾 種形式：1.PLC控制；2.單板機控制；3.單片機控制；4.單微機控制；5.多微 機控制；6?人工智能控制。 隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，電子設(shè)計自動化（ED

47、A）逐漸成為重要的 設(shè)計手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于模擬與數(shù)字電路系統(tǒng)等許多領(lǐng)域。它是一種實現(xiàn) 電子系統(tǒng)或電子產(chǎn)品自動化設(shè)計的技術(shù)，與電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展密 切相關(guān)，并吸收了計算機科學(xué)領(lǐng)域的大多數(shù)最新研究成果，以高性能的計算 機作為工作平臺，促進了工程發(fā)展。傳統(tǒng)單片機設(shè)計的電梯控制外圍電路復(fù) 雜，性能不穩(wěn)定，而采用EDA設(shè)計，卻擁有電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可 靠性、開發(fā)過程投資小、周期短等優(yōu)點，而且還可以通過軟件編程對硬件結(jié) 構(gòu)和工作方式進行重構(gòu)，使得硬件設(shè)計如軟件設(shè)計那般方便快捷。本次設(shè)計 就是應(yīng)用EDA電子電路技術(shù)來設(shè)計電梯控制器,從而使用一片芯片就可以實 現(xiàn)對電梯的控制的。 5.2課程

48、設(shè)計的意義 電梯作為垂直方向的交通工具，在高層建筑和公共場所已經(jīng)成為重要的 建筑設(shè)備而不可或缺。電梯產(chǎn)業(yè)的前景和走勢隨著社會的需求而悄然發(fā)生著 改變，除了考慮安全、舒適、豪華裝修等要求外，市場對新一代的綠色電梯、 節(jié)能電梯和智能電梯的需求越來越旺盛。國內(nèi)外電梯企業(yè)順應(yīng)市場需要，加 大研發(fā)投入，都準(zhǔn)備在未來新概念電梯產(chǎn)業(yè)發(fā)展中占得先機。 5.2.1中國電梯的現(xiàn)狀 近年來，隨著中國房地產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，與之配套的電梯生產(chǎn)制造業(yè)也 經(jīng)歷了迅猛發(fā)展的階段，電梯產(chǎn)量保持了每年20%以上的增長速度。我國電 梯的出口年均增長率將保持在35%以上，電梯行業(yè)逐步成為國內(nèi)比較重要的 行業(yè)。 隨著我國經(jīng)濟持續(xù)

49、增長、城鎮(zhèn)化建設(shè)的加速和房地產(chǎn)行業(yè)的進一步發(fā)展, 對電梯的需求越來越大。估計未來50年中國新增住房面積將達(dá)到200億平方 米。國家規(guī)定20米以上高樓就應(yīng)安裝電梯，因此未來電梯最大的市場就是住 宅市場。此外，機場、商場、地鐵等大型公共設(shè)施建設(shè)對自動扶梯、觀光電 梯等電梯的需求量也十分可觀。 電梯作為終端消費品，品牌在市場競爭中的作用非常明顯。品牌往往成 為人們在選擇電梯產(chǎn)品時的重要考慮因素，電梯生產(chǎn)要想建立良好的品牌并 獲得市場的認(rèn)可，也必須經(jīng)過市場一定時間的不斷考驗。面對外資巨頭的貼 身進逼，我國電梯品牌在服務(wù)和營銷上難以匹敵，其生存狀況不容樂觀。所 以大力發(fā)展電梯控制器技術(shù)對我國電梯行業(yè)的

50、發(fā)展至關(guān)重要。 5.2.2電梯的節(jié)能和環(huán)保 “綠色”已成為21世紀(jì)的主流色調(diào)，一個全球性的綠色市場為企業(yè)的發(fā)展 提供了廣闊的空間，當(dāng)今社會誰先推出綠色產(chǎn)品，搶占綠色營銷市場，誰就 能掌握競爭的主動權(quán)。 老式電梯噪音、占用空間、耗能等形成的危害積累起來是相當(dāng)大的，因 此，在城市環(huán)保社區(qū)建設(shè)中，如何盡量減少電梯對環(huán)境的危害是相當(dāng)重要的 課題之一。目前，我國市場每年銷售各種類型的電梯達(dá)4.5萬部，如果這些 電梯全部實現(xiàn)環(huán)?；洵h(huán)境效益是難以估量的。 5.2.3電梯的智能化 隨著城市化的高速發(fā)展，越來越多的摩天大樓拔地而起。就摩天大樓的 高度而言，不僅受建筑技術(shù)上的制約，而且還有電梯升高方

51、面的困惑，因而, 在摩天大樓日益完備智能化的趨勢中，電梯的智能化也不容忽視。它不僅是 人們上上下下的代步工具，同時，也是摩天大樓智能化的一個重要標(biāo)志。盡 管電梯在摩天大樓中只是一個細(xì)節(jié)，但電梯智能化程度的高低卻決定著它服 務(wù)質(zhì)量的優(yōu)劣。因而，電梯的智能化在一定程度上反映出智能大廈的智能程 度。 計算機技術(shù)，通訊技術(shù)與控制技術(shù)的發(fā)展使大廈的智能化成為現(xiàn)實，而 電梯是智能建筑中的重要交通工具，其技術(shù)發(fā)展及智能化程度也倍受世人關(guān) 注。智能化的電梯要與智能大廈中所有自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，如與樓宇控制系統(tǒng)、 消防系統(tǒng)、保安監(jiān)控系統(tǒng)等交互聯(lián)系，使電梯成為高效優(yōu)質(zhì)、安全舒適的服 務(wù)工具。 6總結(jié) 在這一周的

52、設(shè)計過程中，除找資料外，大多時間都是在電腦上進行的， 通過反復(fù)的編譯，仿真，不斷試驗來實現(xiàn)所得結(jié)果。在設(shè)計上，運用了 EDA 自上而下的設(shè)計思想，逐步完善所設(shè)計功能，同時，用到V HDL語言中的狀 態(tài)機，多進程，CASE、IF???.ELSE等語句，才達(dá)到以上結(jié)果。在設(shè)計中也 遇到許多困難，在自己及同學(xué)的共同努力下才完成此設(shè)計。因此這次課設(shè)給 我?guī)淼氖斋@主要有： 進一步熟悉Quartus II軟件的使用和操作方法，以及硬件實現(xiàn)時的下載 方法與運行方法；對vhdl語言的自頂向下設(shè)計方法有了進一步的認(rèn)識，對其 中的許多語句也有了新了解，掌握；對自己獨立思考和解決問題的能力也有 了很大的鍛煉，同

53、時同學(xué)間的互幫互助精神也是在課程設(shè)計中很好體現(xiàn)的。 自己做的三層電梯控制器的運行情況都能正確的實現(xiàn)，更好的理解了電 梯控制器的工作方式。 人們生活中的每個地方都需要技術(shù)的支持，電梯的發(fā)展極大地提高了人 們的生活水平，使社會向著繁榮的方向發(fā)展！ 參考文獻 [1] 潘松?黃繼業(yè).《EDA技術(shù)實用教程》.北京：科學(xué)出版社,2005. [2] 徐志軍?徐光輝.《CPLD/FPGA的開發(fā)與應(yīng)用》.北京：電子工業(yè)出版社,2001. [3] 蘇長贊.《電梯設(shè)計與應(yīng)用》.北京:人民郵電出版社,2008. [4] 樓然苗.《CPLD設(shè)計指導(dǎo)》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007. ⑸彭為.《

54、數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》?北京：電子工業(yè)出版社，2006. ⑹戴佳.《VHDL程序設(shè)計實例精講》.北京：電子工業(yè)出版社，2007. [7]李華.《EDA實用接口技術(shù)》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社2003. 附錄 LIBRARY IEEE; ―庫的說明 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; --程序包的說明 USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; ENTITY THREELIFT IS --實體 PORT(BUTTONCLK:IN STD_LOGIC; --按鍵時鐘信

55、號 LIFTCLK:IN STD_LOGIC; --電梯時鐘信號 RESET:IN STD_LOGIC; -異步復(fù)位端口 F1UPBUTTON:IN STD_LOGIC; --一層上升請求端口 F2UPBUTTON:IN STD_LOGIC; --一層上升請求端口 F2DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -一層下降請求端口 F3DNBUTTON:IN STD_LOGIC; -二層下降請求端口 STOP1BUTTON:IN STD_LOGIC; -一層停站請求端口 STOP2BUTTON:IN STD_LOGIC; -一層停站請求端口 STOP3BUT

56、TON:IN STD_LOGIC; -二層停站請求端口 P0SITI0N:BUFFER INTEGER RANGE 1 TO 3;--電梯位置信號 UDSIG:BUFFER STD_LOGIC; --電梯模式（上升或下降）信 號 FUPLIGHT,FDNLIGHT,STOPLIGHT:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 1); --上升、下降、停站請求寄存信號 DOORLIGHT:OUT STD_LOGIC; --開關(guān)門信號 DOUT1:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END ENTIT

57、Y THREELIFT; ARCHITECTURE ONE OF THREELIFT IS --結(jié)構(gòu)體 TYPE LIFT_STATE IS --定義十個狀態(tài) (STOPON1,DOOROPEN,DOORCLOSE,DOORWAIT1,DOORWAIT2,DOORWAIT3, DOORWAIT4,UP,DOWN,STOP); SIGNAL MYLIFT:LIFT_STATE; SIGNAL CLEARUP:STD_LOGIC; 號 -上升和停站請求清除信 SIGNAL CLEARDN:STD_LOGIC; --下降和停站請求清除 信號 BEGIN CT

58、RLIFT:PROCESS(RESET,LIFTCLK) —狀態(tài)機進程 VARIABLE POS:INTEGER RANGE 3 DOWNTO 1; BEGIN IF RESET=T THEN -異步復(fù)位，電梯的初始狀態(tài)為一層開門狀 態(tài) MYLIFTv=STOPONl; CLEARUPv='O'; CLEARDNv='O'; ELSE IF LIFTCLK'EVENT AND LIFTCLK=T THEN CASE MYLIFT IS WHEN STOPON1=> DOORLIGHTv=T; POSITION<=1; POS:=1; MYLIFT<=DOORWAI

59、T1; WHEN DOORWAIT1=> MYLIFT<=DOORWAIT2; WHEN DOORWAIT2=> CLEARUP<='0'; CLEARDN<='0'; MYLIFT<=DOORWAIT3; WHEN DOORWAIT3=> MYLIFT<=DOORWAIT4; WHEN DOORWAIT4=> MYLIFT<=DOORCLOSE; WHEN DOORCLOSE=> 方式 DOORLIGHT<='0'; IF UDSIG=T THEN IF POSITION=3 THEN IF FUPLIGHT="( -電梯等待4S --關(guān)門，判定電梯下一個

60、運行 -電梯處在上升模式 AND FDNLIGHT="000" AND STOPLIGHT="000" THEN ―沒有請求信號時，電 梯停在當(dāng)前層 UDSIGv='O'; MYLIFTv=DOORCLOSE; ELSIF FDNLIGHT(3)=T OR STOPLIGHT(3)=T THEN --本層有請求信號是，電梯開門 UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOOROPEN; ELSE ―否則下降 UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOWN; END IF; ELSIF POSITION=2 THEN IF FUPLIGHT="000" AN

61、D FDNLIGHT="000" AND STOPLIGHT="000" THEN UDSIGv=T; MYLIFTv=DOORCLOSE; ELSIF FUPLIGHT(2)=T OR STOPLIGHT(2)=T THEN --本層有上升或停站請求時時，電梯開門 UDSIGv=T; MYLIFTv=DOOROPEN; ELSIF FUPLIGHT="000" AND STOPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="010" THEN ―只有二層有下降請求時，電 梯開門 UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOOROPEN; ELSIF STOPLIG

62、HT(3)=T OR FDNLIGHT(3)=T THEN -三層有停站請求或下降請求，則上升 UDSIGv=T; MYLIFT<=UP; ELSE UDSIG<='0'; MYLIFT<=DOWN; END IF; ELSIF POSITIONS THEN IF FUPLIGHT="OOO" AND FDNLIGHT="OOO" STOPLIGHT="000" THEN UDSIGv=T; MYLIFTv=DOORCLOSE; ELSIF STOPLIGHT(1)=T OR FUPLIGHT(1)=T THEN UDSIGv=T; MYLIFTv=DOOROPEN;

63、 ELSE UDSIGv=T; MYLIFT<=UP; END IF; END IF; ELSIF UDSIG='0' THEN ―電梯處在下降模式 IF POSITION=3 THEN IF FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" STOPLIGHT="000" THEN UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOORCLOSE; ELSIF FDNLIGHT(3)=T OR STOPLIGHT(3)=T THEN UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOOROPEN; ELSE UDSIG<='0'; MYLIFTv=DO

64、WN; END IF; ELSIF POSITION=2 THEN IF FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" STOPLIGHT="000" THEN UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOORCLOSE; ELSIF FDNLIGHT(2)=T OR STOPLIGHT(2)=T THEN UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOOROPEN; ELSIF FDNLIGHT="000" AND STOPLIGHT="000" AND AND AND AND FUPLIGHT="010" THEN UDSIGv=T;

65、MYLIFTv=DOOROPEN; ELSIF FUPLIGHT(1)=T OR STOPLIGHT(1)=T THEN -一層有停站請求或上升請求，則下降 UDSIG<='0'; MYLIFTv=DOWN; ELSE UDSIGv=T; MYLIFT<=UP; END IF; ELSIF POSITIONS THEN IF FUPLIGHT="000" AND FDNLIGHT="000" AND STOPLIGHT="000" THEN UDSIGv=T; MYLIFT<=DOORCLOSE; ELSIF STOPLIGHT(1)=T OR FUPLIGHT(1

66、)=T THEN UDSIGv=T; MYLIFT<=DOOROPEN; ELSE UDSIGv=T; MYLIFT<=UP; END IF; END IF; END IF; WHEN UP=> -電梯處于上升狀態(tài) POSITION<=POSITION+1; ―電梯樓層數(shù)加一 POS:=POS+1; IF POS<3 AND (STOPLIGHT(POS)=T OR FUPLIGHT(POS)=T) THEN MYLIFT<=STOP; --電梯在一層或二層，本層有停站或上升請求時，則停止 ELSIF POS=3 AND (STOPLIGHT(POS)=T OR FDNLIGHT(POS)=T) THEN MYLIFT<=STOP; --電梯處在三層，并且有三層停站或下降請求，則停止 ELSE MYLIFTv=DOORCLOSE; END IF; WHEN DOWN=> ―電梯處在下降狀態(tài) POSmONv=POSITION-l; ―電梯樓層數(shù)減一 POS:=POS-1; IF POS>1 AND (STOPLIGHT(POS)=T AN