基于vhdl的電梯控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　電梯是標(biāo)志現(xiàn)代物質(zhì)文明的垂直運(yùn)輸工具，是機(jī)—電一體化的復(fù)雜運(yùn)輸設(shè)備。而電梯的核心是電梯控制器。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，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展， 采用硬件描述語言VHDL來完成電梯控制器的設(shè)計(jì), 是設(shè)計(jì)智能化的標(biāo)志。</p><p>　　本文結(jié)合EDA自上而下的設(shè)計(jì)

2、特點(diǎn)分析了電梯控制系統(tǒng)的工作原理，給出了電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖，并用VHDL語言描述出了整個系統(tǒng)，最后用QuartusⅡ軟件進(jìn)行了仿真，分析了仿真結(jié)果，進(jìn)行了總結(jié)。</p><p>　　本文結(jié)構(gòu)主要分成四大部分：</p><p>　　第一章介紹了電梯控制系統(tǒng)的發(fā)展情況及發(fā)展趨勢，交代了課題的研究背景，并對要完成的工作做了介紹；</p><p>　　第二章介紹了EDA

3、技術(shù)的主要特點(diǎn)，并對VHDL語言的功能及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，并著重介紹了狀態(tài)機(jī)的含義；</p><p>　　第三章以VHDL語言作為描述工具，對四層電梯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，給出了電梯控制器的設(shè)計(jì)流程和狀態(tài)機(jī)描述；</p><p>　　第四章用QuartusⅡ軟件對程序進(jìn)行了仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了說明和分析，并進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　關(guān)鍵字：電梯控制器，EDA，V

4、HDL狀態(tài)機(jī)</p><p>　　The elevator control system based on VHDL</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The elevator is symbolized the modern material civilization verticaltransport

5、 means, are machine - the electricity integration complextransport vehicle. It involves the electronic technology, themechanical engineering, the electric power electronic technology, themicrocomputer technology, the ele

6、ctric power drives the system and thecivil engineering and so on many scientific domains. At present theelevator production situation and the use quantity have become one ofnational modernization degree </p><p

7、>　　Essential character: Elevator controller, CPLD, VHDL conditionmachine</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　目 錄0</b></p><p><b>　　1緒論1</b><

8、/p><p>　　1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1</p><p>　　1.2 電梯智能化及其實(shí)現(xiàn)1</p><p>　　1.2.1 接口層的實(shí)現(xiàn)2</p><p>　　1.2.2 群控策略的選擇2</p><p>　　1.3論文的主要工作及結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2 EDA技術(shù)及V

9、HDL語言3</p><p>　　2.1 EDA技術(shù)3</p><p>　　2.2 VHDL語言4</p><p>　　3 四層電梯控制器的VHDL設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.1 PLC電梯控制缺點(diǎn)5</p><p>　　3.2電梯控制器流程6</p><p>　　3.3 狀態(tài)

10、機(jī)及其VHDL設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3.1狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能10</p><p>　　3.3.2一般狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計(jì)11</p><p>　　3.4四層電梯控制器具體設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.4.1四層電梯控制器的功能及設(shè)計(jì)思路12</p><p>　　4 四層電梯控制器的調(diào)試及仿真

11、15</p><p>　　4.1 程序修改調(diào)試15</p><p>　　4.2 波形仿真16</p><p><b>　　5 結(jié)束語19</b></p><p><b>　　謝辭19</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)21</b>

12、</p><p>　　附錄1 狀態(tài)機(jī)的VHDL程序22</p><p>　　附錄2 四層電梯控制器的VHDL描述源程序24</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　在現(xiàn)代化城市的高速發(fā)展中,一幢幢高樓拔地而起。電

13、梯是樓房里上下運(yùn)送乘客或貨物的垂直運(yùn)輸設(shè)備。我國電梯行業(yè)的發(fā)展歷程，從改革開放到今天，電梯行業(yè)在不知不覺中走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發(fā)展歷程。隨著住宅市場的巨大變化，中國已經(jīng)成為全球容量最大、增長最快的電梯市場。目前，我國電梯保有量已超過100萬臺，且保持每年20%的遞增速度，市場前景樂觀。這些電梯服務(wù)于寫字間、公寓、商場等各種場所。但是電梯行業(yè)業(yè)內(nèi)都知道，電梯的核心部件是電梯控制。該部件的好壞不僅影響電梯的運(yùn)行質(zhì)量，還會

14、影響電梯的安全性和可靠性能。上世紀(jì)80年代，國內(nèi)電梯行業(yè)基本應(yīng)用傳統(tǒng)的繼電器控制方式，電梯故障率很高。改革開放以來，國外的電梯公司紛紛登陸中國市場，在國內(nèi)建立了一批有規(guī)模的合資企業(yè)，他們帶來的技術(shù)比較先進(jìn)。但這些外國公司對電梯控制系統(tǒng)的技術(shù)控制非常嚴(yán)格，國內(nèi)的中小型企業(yè)根本沒有能力與他們競爭?？偟膩碚f，我國電梯市場潛力很大，但是國產(chǎn)電梯市場占有率不容樂觀，中國電梯企業(yè)有待發(fā)展。</p><p>　　在現(xiàn)代化城市的

15、高速發(fā)展中,一幢幢高樓拔地而起。電梯是樓房里上下運(yùn)送乘客或貨物的垂直運(yùn)輸設(shè)備。我國電梯行業(yè)的發(fā)展歷程，從改革開放到今天，電梯行業(yè)在不知不覺中走過了一個從無到有，從有到多，從多到精的發(fā)展歷程。隨著住宅市場的巨大變化，中國已經(jīng)成為全球容量最大、增長最快的電梯市場。目前，我國電梯保有量已超過100萬臺，且保持每年20%的遞增速度，市場前景樂觀。這些電梯服務(wù)于寫字間、公寓、商場等各種場所。</p><p>　　自1889

16、美國的奧的斯升降機(jī)公司推出了世界第一部以直流電動機(jī)為動力誕生名副其實(shí)的電梯，從而徹底改寫了人類使用升降工具的歷史。上世紀(jì)90年代，隨的升降機(jī)著世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及經(jīng)濟(jì)全球化, 發(fā)達(dá)的工業(yè)化國家紛紛研制出高速及超高速電梯，電梯不僅是代步的工具,也是人類文明的標(biāo)志,其技術(shù)的發(fā)展正體現(xiàn)了社會的進(jìn)步與文明。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。</p><p>　　1.

17、2 電梯智能化及其實(shí)現(xiàn)</p><p>　　電梯行業(yè)內(nèi)都知道，電梯的核心部件是電梯控制，該部件的好壞不僅影響電梯的運(yùn)行質(zhì)量，還會影響電梯的安全性和可靠性能。對于電梯控制系統(tǒng)來說，智能化的發(fā)展將是電梯行業(yè)未來發(fā)展的必經(jīng)之路。</p><p>　　將人工智能應(yīng)用到電梯控制領(lǐng)域是從上世紀(jì)80年代開始的，那時人工智能蓬勃發(fā)展，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等許多最新的人工智能成果都被應(yīng)用到電梯群控的

18、派梯算法上，但這些具有智能化派梯策略的電梯在中國的使用卻很晚，使用量并不是很大。這是由多種原因造成的。智能化電梯群控系統(tǒng)可以大大提高電梯群的派梯效率，減少乘客的候梯時間，降低電梯的能耗。 </p><p>　　對電梯的原有機(jī)械電梯部分基本不作改動，包括提升部分、廳門控制部分等等，只是在原有電梯控制系統(tǒng)之上增加一層接口層，在接口層實(shí)現(xiàn)對電梯各種信號的采集和通過電梯的原有外部輸入接口實(shí)現(xiàn)對電梯控制信號的輸入，在接口層

19、之上實(shí)現(xiàn)電梯群的智能化群控。</p><p>　　1.2.1 接口層的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　電梯智能化改造的實(shí)現(xiàn)與原有電梯的接口部分很重要。與原有系統(tǒng)的接口包括兩個部分，一是電梯的狀態(tài)的實(shí)時采集，二是控制信號的回送。始終強(qiáng)調(diào)電梯的改造最重要的是不可以降低原有系統(tǒng)的安全性。如果原有電梯控制系統(tǒng)仍能滿足需要，應(yīng)盡量減少對原有電梯控制系統(tǒng)的改變，同時又要能夠及時得到電梯的狀態(tài)變化，并實(shí)現(xiàn)對電

20、梯的調(diào)度。</p><p>　　接口層的實(shí)現(xiàn)采用分布式控制技術(shù)，在每—臺電梯的每一樓層的外招板上加裝一塊外招接口板，在內(nèi)招板上加裝一塊內(nèi)招接口板，在電梯控制柜中加裝一塊梯態(tài)接口板，這些接口板上都有一個獨(dú)立的CPU控制著各自的信號采集、發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)，它們通過一條公用總線與信號采集主機(jī)相連，信號采集主機(jī)負(fù)責(zé)電梯所有信號的收集和轉(zhuǎn)發(fā)，負(fù)責(zé)將收集到的電梯信號送達(dá)上層的群控主機(jī)和實(shí)時監(jiān)控主機(jī)，并轉(zhuǎn)發(fā)群控主機(jī)和監(jiān)控主機(jī)發(fā)

21、出的控制信號。</p><p>　　通過各樓層加裝的外招接口板采集所有外招信號，電梯內(nèi)加裝的內(nèi)招接口板采集電梯的內(nèi)招信號，電梯的控制柜中加裝的電梯狀態(tài)接口板采集電梯的目前狀態(tài)：如口前樓層、運(yùn)行方向、電梯門狀態(tài)、電梯停止等信號，通過串行總線送往群控主機(jī)，群控主機(jī)根據(jù)采集到的信號作派梯選澤，將派梯信號回送到外招接口板，由外招接口板將信號發(fā)送給電梯的外招板，完成派梯。</p><p>　　1.2

22、.2 群控策略的選擇</p><p>　　近20年來，人們對電梯的智能群控策略有很多研究，提出了各種智能群控算法，它們實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性和性能也各不相同。一種是采用專家系統(tǒng)，即收集專家在電梯控制領(lǐng)域的各種知識，也就是說對在電梯的各種不同情況下專家們有可能采取的策略進(jìn)行匯總、分類，組織成規(guī)則庫，然后根據(jù)采集到的電梯的數(shù)據(jù)以規(guī)則庫里的推理規(guī)則確定電梯的派梯方案。另一種是采用模糊推理規(guī)則，即綜合考慮評價梯群性能的各種標(biāo)準(zhǔn)，如

23、平均等待時間、長時間等待率、電梯能耗等等，確定一個隸屬度函數(shù)，將電梯的各種輸入?yún)?shù)模糊化后輸入系統(tǒng)，通過模糊判斷規(guī)則根據(jù)隸屬度函數(shù)來確定一個最佳派梯。</p><p>　　1.3論文的主要工作及結(jié)構(gòu)</p><p>　　本論文選擇VHDL語言對電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行描述， 主要工作有用VHDL語言作為描述工具，對四層電梯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，給出了電梯控制器的設(shè)計(jì)流程和狀態(tài)機(jī)描述，并用QuartusⅡ

24、軟件對程序進(jìn)行了仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了說明和分析，并進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　本論文的主要結(jié)構(gòu)為：</p><p>　　第二章介紹了EDA技術(shù)的主要特點(diǎn)，并對VHDL語言的功能及其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了描述，并著重介紹了狀態(tài)機(jī)的含義；</p><p>　　第三章以VHDL語言作為描述工具，對四層電梯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，給出了電梯控制器的設(shè)計(jì)流程和狀態(tài)機(jī)描述；</p&g

25、t;<p>　　第四章用QuartusⅡ軟件對程序進(jìn)行了仿真，并對仿真結(jié)果進(jìn)行了說明和分析，并進(jìn)行總結(jié)。</p><p>　　2 EDA技術(shù)及VHDL語言</p><p><b>　　2.1 EDA技術(shù)</b></p><p>　　EDA技術(shù)的概念:EDA是電子設(shè)計(jì)自動化的縮寫。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富

26、，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。但從EDA技術(shù)的幾個主要方面的內(nèi)容來看，可以理解為：EDA技術(shù)是以大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷樵O(shè)計(jì)載體，以硬件描述語言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過有關(guān)的開發(fā)軟件，自動完成用軟件的方式設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的一門新技術(shù)。1993年IEEE對VHDL進(jìn)行了修訂，增加了部分新的VHDL命令與屬性，并公布了新版本的VHDL，即IEEE標(biāo)準(zhǔn)的

27、1076-1993版本?，F(xiàn)在，VHDL已經(jīng)成為系統(tǒng)描述的國際公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)，得到眾多EDA公司的支持，越來越多的硬件設(shè)計(jì)者使用VHDL描述數(shù)字系統(tǒng)。</p><p>　　EDA技術(shù)的基本特征:EDA代表了當(dāng)今電子設(shè)計(jì)技術(shù)的最新發(fā)展方向，利用EDA工具，電子設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(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版圖的整個過程在汁算機(jī)上自動處

28、理完成。</p><p>　　EDA技術(shù)的應(yīng)用:電子EDA技術(shù)發(fā)展迅猛，逐漸在教學(xué)、科研、產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造等各方面都發(fā)揮著巨大的作用。在教學(xué)方面：幾乎所有理工科(特別是電子信息)類的高校都開設(shè)了EDA課程。主要是讓學(xué)生了解EDA的基本原理和基本概念、鱗握用佃L描述系統(tǒng)邏輯的方法、使用扔A工具進(jìn)行電子電路課程的模擬仿真實(shí)驗(yàn)并在作畢業(yè)設(shè)計(jì)時從事簡單電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，為今后工作打下基礎(chǔ)。具有代表性的是全國每兩年舉辦一次大學(xué)

29、生電子設(shè)計(jì)競賽活動。在科研方面：主要利用電路仿真工具(EwB或PSPICE、VLOL等)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)與仿真；利用虛擬儀器進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)試；將O)LI)／FPGA器件的開發(fā)應(yīng)用到儀器設(shè)備中。</p><p>　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造方面：從高性能的微處理器、數(shù)字信號處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路等，EDA技術(shù)不單是應(yīng)用于前期的計(jì)算機(jī)模擬仿真、產(chǎn)品調(diào)試，而且也在電子的制作、電子設(shè)備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、朋比的制作

30、過程等有重要作用?？梢哉f電子EDA技術(shù)已經(jīng)成為電子工業(yè)領(lǐng)域不可缺少的技術(shù)支持。</p><p>　　EDA技術(shù)發(fā)展趨勢:EDA技術(shù)在進(jìn)入21世紀(jì)后，由于更大規(guī)模的FPGA和凹器件的不斷推出，在仿真和設(shè)計(jì)兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言的功能強(qiáng)大的EDA軟件不斷更新、增加，使電子EDA技術(shù)得到了更大的發(fā)展。電子技術(shù)全方位納入EDA領(lǐng)域，EDA使得電子領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容，突出表現(xiàn)在以下幾個方面：使電子設(shè)

31、計(jì)成果以自主知識產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能；基于EDA工具的ASIC設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及IP核模塊；軟硬件IP核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步確認(rèn)；SoC高效低成本設(shè)計(jì)技術(shù)的成熟。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、集成技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段都發(fā)生了很大的變化?？梢哉f電子EDA技術(shù)是電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的一場革命。</p><p>　　2.2 VHDL語言&l

32、t;/p><p>　　VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,誕生于1982年。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（可以是一個元件，一個電

33、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(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(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)。</p><p>　　VHDL的主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　（1）作為HDL的第一個國際標(biāo)準(zhǔn)，VHDL具有很強(qiáng)的可移植性。

34、</p><p>　?。?）具有豐富的模擬仿真語句和庫函數(shù)，隨時可對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬，因而能將設(shè)計(jì)中的錯誤消除在電路系統(tǒng)裝配之前，在設(shè)計(jì)早期就能檢查設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能的可行性，有很強(qiáng)的預(yù)測能力。</p><p>　?。?）VHDL有良好的可讀性，接近高級語言，容易理解。</p><p>　?。?）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與硬件結(jié)構(gòu)無關(guān)，方便了工藝的轉(zhuǎn)換，也不會因工藝變化而使描述過時。&l

35、t;/p><p>　　（5）支持模塊化設(shè)計(jì)，可將大規(guī)模設(shè)計(jì)項(xiàng)目分解成若干個小項(xiàng)目，還可以把已有的設(shè)計(jì)項(xiàng)目作為一個模塊調(diào)用。</p><p>　?。?）對于用VHDL完成的一個確定設(shè)計(jì)，可以利用EDA工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并能自動地把VHDL描述轉(zhuǎn)變成門電路級網(wǎng)表文件。</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)靈活，修改方便，同時也便于設(shè)計(jì)結(jié)果的交流、保存和重用，產(chǎn)品開發(fā)速度快，

36、成本低。</p><p>　　用VHDL設(shè)計(jì)電路主要的工作過程是：</p><p>　　（1）編輯。用文本編輯器輸入設(shè)計(jì)的源文件（為了提高輸入效率，可用某些專用編輯器）。</p><p>　?。?）編譯。用編譯工具將文本文件編譯成代碼文件，并檢查語法錯誤。</p><p>　?。?）功能仿真（前仿真）。在編譯前進(jìn)行邏輯功能驗(yàn)證，此時的仿真沒有

37、延時，對于初步的功能檢測非常方便。</p><p>　　（4）綜合。將設(shè)計(jì)的源文件用自動綜合工具由語言轉(zhuǎn)換為實(shí)際的電路圖（門電路級網(wǎng)表），但此時還沒有在芯片中形成真正的電路，就好像是把設(shè)計(jì)者腦海中的電路畫成了原理圖。</p><p>　?。?）布局、布線。用已生成的網(wǎng)表文件，再根據(jù)CPLD（或FPGA）器件的容量和結(jié)構(gòu)，用自動布局布線工具進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。首先根據(jù)網(wǎng)表文件內(nèi)容和器件結(jié)構(gòu)確定邏輯

38、門的位置，然后再根據(jù)網(wǎng)表提供的門連接關(guān)系，把各個門的輸入輸出連接起來，類似于設(shè)計(jì)PCB（印刷電路板）時的布局布線工作。最后生成一個供器件編程（或配置）的文件，同時還會在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中增加一些時序信息，以便于后仿真。</p><p>　　（6）后仿真（時序仿真）。這是與實(shí)際器件工作情況基本相同的仿真，用來確定設(shè)計(jì)在經(jīng)過布局、布線之后，是否仍能滿足設(shè)計(jì)要求。如果設(shè)計(jì)的電路時延滿足要求，則可以進(jìn)行器件編程（或配置）。<

39、;/p><p>　　3 四層電梯控制器的VHDL設(shè)計(jì)</p><p>　　電梯的微機(jī)化控制主要有以下幾種形式：1 PLC控制；2 單板機(jī)控制；3 單片機(jī)控制；4 單微機(jī)控制；5 多微機(jī)控制；6 人工智能控制。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展，CPLD/FPGA已廣泛應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)與控制的各個方面。但是本設(shè)計(jì)屏棄以前老式的采用PLC設(shè)計(jì)電梯控制器，而是使用EDA技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對電梯的控制的。</p&g

40、t;<p>　　3.1 PLC電梯控制缺點(diǎn)</p><p>　　當(dāng)今電梯市場已經(jīng)有多種電梯控制器的設(shè)計(jì)方案。但大多數(shù)仍然是采用PLC實(shí)現(xiàn)電梯的升降控制，但是采用 PLC實(shí)現(xiàn)電梯控制器的設(shè)計(jì)存在大量的缺點(diǎn)缺點(diǎn)。如果采用硬件描述語言來完成電梯控制器的設(shè)計(jì)，就可以克服PLC電梯的大部分缺點(diǎn)。</p><p>　　目前，在我國國產(chǎn)電梯大部分為繼電器及PLC控制方式，繼電器控制系統(tǒng)性能

41、不穩(wěn)定、故障率高，大大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢在必行。</p><p>　　當(dāng)前電梯發(fā)展的智能化發(fā)方向是IC卡智能電梯，但最終的發(fā)展是聲控智能電梯，IC卡智能電梯PLC都需通過外加IC讀卡芯片才能實(shí)現(xiàn)，PLC單獨(dú)是不能實(shí)現(xiàn)的，那以后的聲控智能電梯PLC就能不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，然而我們采用VHDL技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)電梯的智能化，節(jié)能

42、，也可以提高電梯的舒適性，可靠性和安全性。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)嘗試用硬件描述語言（VHDL）來實(shí)現(xiàn)電梯控制，可進(jìn)行多層次的邏輯設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行仿真驗(yàn)證、時序分析等以保證設(shè)計(jì)的正確。</p><p>　　在使用VHDL進(jìn)行電梯控制器的設(shè)計(jì)，主要就是對電梯軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用VHDL中的邏輯關(guān)系建立電梯的升降模式，開門，關(guān)門達(dá)到動作，而外部的硬件設(shè)備基本上保持不變。但是使用VHDL硬

43、件描述語言設(shè)計(jì)電梯控制器可以為以后電梯實(shí)現(xiàn)智能控制奠定基礎(chǔ)。</p><p>　　3.2電梯控制器流程 </p><p><b>　　圖1 總流程圖</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p>

44、　　圖2 電梯運(yùn)行流程圖</p><p>　　本論文設(shè)計(jì)的電梯控制系統(tǒng)的流程圖主要有：總流程圖，電梯運(yùn)行流程圖，上升模式流程圖，下降模式流程圖和停車門控制流程圖，其中總流程圖指出了整個電梯系統(tǒng)各個部分的聯(lián)系，但是本設(shè)計(jì)的主要部分為電梯的控制系統(tǒng)，所以對這一部分不做過多介紹；電梯的運(yùn)行流程圖則明確的指出了控制系統(tǒng)根據(jù)電梯當(dāng)前狀態(tài)和外部請求信號做出相應(yīng)的控制，例如：當(dāng)電梯在二層樓的時候，接收到第四層樓的下降請求和第三

45、層樓的上升請求，則電梯會先響應(yīng)第三層樓的請求，當(dāng)?shù)竭_(dá)第三層樓后，在消除這一信號，接著響應(yīng)第四層樓的請求；而電梯的上升和下降模式流程圖則更加具體的指出了電梯在什么情況下上升，在什么情況下下降，上升過程中和下降過程中的一些具體情況；門制系統(tǒng)也是很重要的一部分，它形象的表達(dá)了電梯在到達(dá)所指定的樓層后所做出的反應(yīng)及其所等待時間?？傊?，這五個流程圖將電梯控制系統(tǒng)具體化，有利于后面的設(shè)計(jì)。</p><p>　　電梯控制器可以

46、通過多種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中采用狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，思路比較清晰?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_門，關(guān)門都看成一個獨(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統(tǒng)一的1秒為周期的時鐘來觸發(fā)狀態(tài)機(jī)。</p><p>　　圖5 停車門控流程圖</p><p>　　3.3 狀態(tài)機(jī)及其VHDL設(shè)計(jì)</p><p>　　有限狀態(tài)機(jī)（Finite State Machi

47、ne，簡稱FSM）是一類很重要的時序電路，是許多數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，也是實(shí)時系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一種數(shù)學(xué)模型，是一種重要的、易于建立的、應(yīng)用比較廣泛的、以描述控制特性為主的建模方法，它可以應(yīng)用于從系統(tǒng)分析到設(shè)計(jì)的所有階段。有限狀態(tài)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于簡單易用，狀態(tài)間的關(guān)系清晰直觀。建立有限狀態(tài)機(jī)主要有兩種方法：“狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖”和“狀態(tài)轉(zhuǎn)移表”。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機(jī)通?？煞譃镸oore和Mealy兩種類型。</p><p>　　3.3.1狀態(tài)

48、機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和功能</p><p>　　狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。除了輸人信號、輸出信號外，狀態(tài)機(jī)還包含一組寄存器記憶狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)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(jī)可以認(rèn)為是組合邏輯和寄存器邏輯的特殊組合。它包括兩個主要部分：即組合邏輯部分和寄存器。組合邏輯部分又可分為狀態(tài)譯碼器和輸出譯碼器，狀態(tài)譯碼器確定狀態(tài)機(jī)的下一個狀態(tài)，即確定狀態(tài)機(jī)的激勵方程，輸

49、出譯碼器確定狀態(tài)機(jī)的輸出，即確定狀態(tài)機(jī)的輸出方程。寄存器用于存儲狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)。</p><p><b>　　組合邏輯</b></p><p>　　圖6 狀態(tài)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　狀態(tài)機(jī)的基本操作有兩種：</p><p>　　1．狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　狀態(tài)機(jī)經(jīng)歷

50、一系列狀態(tài)，下一狀態(tài)由狀態(tài)譯碼器根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入條件決定。</p><p>　　2．產(chǎn)生輸出信號序列。</p><p>　　輸出信號由輸出譯碼器根據(jù)當(dāng)前狀態(tài)和輸入條件確定。用輸入信號決定下一狀態(tài)也稱為“轉(zhuǎn)移”。除了轉(zhuǎn)移之外，復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)還具有重復(fù)和歷程功能。從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一狀態(tài)稱為控制定序，而決定下一狀態(tài)所需的邏輯稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。</p><p>　　在產(chǎn)生輸出

51、的過程中，根據(jù)是否使用輸入信號可以確定狀態(tài)機(jī)的類型。兩種典型的狀態(tài)機(jī)是米立（Mealy）狀態(tài)機(jī)和摩爾（Moore）狀態(tài)機(jī)。摩爾狀態(tài)機(jī)的輸出只是當(dāng)前狀態(tài)的函數(shù)，而米立狀態(tài)機(jī)的輸出一般是當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號的函數(shù)。對于這兩類狀態(tài)機(jī)，控制定序都取決于當(dāng)前狀態(tài)和輸入信號。大多數(shù)實(shí)用的狀態(tài)機(jī)都是同步的時序電路，由時鐘信號觸發(fā)進(jìn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。時鐘信號同所有的邊沿觸發(fā)的狀態(tài)寄存器和輸出寄存器相連，使?fàn)顟B(tài)的改變發(fā)生在時鐘的上升或下降沿。</p>

52、;<p>　　3.3.2一般狀態(tài)機(jī)的VHDL設(shè)計(jì)</p><p><b>　　狀態(tài)機(jī)的一般組成</b></p><p>　　用VHDL設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)方法有多種，但最一般和最常用的狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)通常包括說明部分，主控時序部分，主控組合部分和輔助進(jìn)程部分, 附錄1為狀態(tài)機(jī)的一種設(shè)計(jì)情況。</p><p><b>　　1 說明部分

53、</b></p><p>　　說明部分中使用TYPE語句定義新的數(shù)據(jù)類型，此數(shù)據(jù)類型為枚舉型，其元素通常都用狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)名來定義。狀態(tài)變量定義為信號，便于信息傳遞，并將狀態(tài)變量的數(shù)據(jù)類型定義為含有既定狀態(tài)元素的新定義的數(shù)據(jù)類型。說明部分一般放在結(jié)構(gòu)體的ARCHITECTURE和BEGIN之間。</p><p><b>　　2 主控時序進(jìn)程</b><

54、/p><p>　　是指負(fù)責(zé)狀態(tài)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和在時鐘驅(qū)動下負(fù)責(zé)狀態(tài)機(jī)轉(zhuǎn)換的進(jìn)程。狀態(tài)機(jī)隨外部時鐘信號以同步方式工作，當(dāng)時鐘的有效跳變到來時，時序進(jìn)程將代表次態(tài)的信號next_state中的內(nèi)容送入現(xiàn)態(tài)信號current_state中，而next_state中的內(nèi)容完全由其他進(jìn)程根據(jù)實(shí)際情況而定，此進(jìn)程中往往也包括一些清零或置位的控制信號。</p><p><b>　　3 主控組合進(jìn)程<

55、;/b></p><p>　　根據(jù)外部輸入的控制信號（包括來自外部的和狀態(tài)機(jī)內(nèi)容的非主控進(jìn)程的信號）或和當(dāng)前狀態(tài)值確定下一狀態(tài)next_state的取值內(nèi)容，以及對外或?qū)?nèi)部其他進(jìn)程輸出控制信號的內(nèi)容。</p><p><b>　　4 輔助進(jìn)程</b></p><p>　　用于配合狀態(tài)機(jī)工作的組合、時序進(jìn)程或配合狀態(tài)機(jī)工作的其他時序進(jìn)程

56、。</p><p>　　在一般狀態(tài)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，為了能獲得可綜合的，高效的VHDL狀態(tài)機(jī)描述，建議使用枚舉類數(shù)據(jù)類型來定義狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)，并使用多進(jìn)程方式來描述狀態(tài)機(jī)的內(nèi)部邏輯。例如可使用兩個進(jìn)程來描述，—個進(jìn)程描述時序邏輯，包括狀態(tài)寄存器的工作和寄存器狀態(tài)的輸出，另一個進(jìn)程描述組合邏輯，包括進(jìn)程間狀態(tài)值的傳遞邏輯以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換值的輸出。必要時還可以引入第三個進(jìn)程完成其它的邏輯功能。</p><

57、p>　　在VHDL中可以有兩種方式來創(chuàng)建反饋機(jī)制：即使用信號的方式和使用變量的方式。通常傾向于使用信號的方式。一般而言，在進(jìn)程中使用變量傳遞數(shù)據(jù)，然后使用信號將數(shù)據(jù)帶出進(jìn)程。在設(shè)計(jì)過程中，如果希望輸出的信號具有寄存器鎖存功能，則需要為此輸出寫第3個進(jìn)程，并把clk和reset信號放入敏感信號表中。但必須注意避免由于寄存器的引入而創(chuàng)建了不必要的異步反饋路徑。根據(jù)VHDL綜合器的規(guī)則，對于所有可能的輸入條件，如果進(jìn)程中的輸出信號沒有被

58、明確的賦值時，此信號將自動被指定，即在未列出的條件下保持原值，這就意味著引入了寄存器。因此，我們在程序的綜合過程中，應(yīng)密切注意VHDL綜合器給出的警告信息，并根據(jù)警告信息對程序作必要的修改。</p><p>　　一般來說，利用狀態(tài)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)有如下幾個步驟：</p><p>　　(1) 分析設(shè)計(jì)要求，列出狀態(tài)機(jī)的全部可能狀態(tài)，并對每一個狀態(tài)進(jìn)行編碼。</p><p>

59、　　(2) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和輸出函數(shù)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。</p><p>　　(3) 由狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，用VHDL語句對狀態(tài)機(jī)描述。</p><p><b>　　狀態(tài)機(jī)的編碼方案</b></p><p>　　在狀態(tài)機(jī)的編碼方案中，有兩種重要的編碼方法：二進(jìn)制編碼和一位熱碼(One—Hot)編碼。</p><p>　　在二進(jìn)制編

60、碼的狀態(tài)機(jī)中，狀態(tài)位(B)與狀態(tài)(S)的數(shù)目之間的關(guān)系為B=log2S，如兩位狀態(tài)位就有00，01，10，11四個不同狀態(tài)，它們在不同的控制信號下可以進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，但如果各觸發(fā)器又沒有準(zhǔn)確地同時改變其輸出值，那么在狀態(tài)01變到10時則會出現(xiàn)暫時的11或00狀態(tài)輸出，這類險象可能使整個系統(tǒng)造成不可預(yù)測的結(jié)果。這時，采用格雷碼二進(jìn)制編碼是特別有益，在該編碼方案中，每次僅一個狀態(tài)位的值發(fā)生變化。</p><p>　　一

61、位熱碼編碼就是用n個觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)n個狀態(tài)的編碼方式，狀態(tài)機(jī)中的每一個狀態(tài)都由其中一個觸發(fā)器的狀態(tài)來表示。如4個狀態(tài)的狀態(tài)機(jī)需4個觸發(fā)器，同一時間僅一個狀態(tài)位處于邏輯1電平，四個狀態(tài)分別為：0001、0010、0100、1000。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)狀態(tài)機(jī)的復(fù)雜程度、所使用的器件系列和從非法狀態(tài)退出所需的條件來選擇最適合的編碼方案，使之能確保高效的性能和資源的利用。</p><

62、;p>　　3.4四層電梯控制器具體設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1四層電梯控制器的功能及設(shè)計(jì)思路</p><p>　　電梯控制器是控制電梯按照顧客要求自動上下的裝置。四層電梯控制器的功能如下：</p><p>　　(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)。</p><p>　　(2)設(shè)有電梯入口處

63、位置指示裝置及電梯運(yùn)行模式(上升或下降)指示裝置。</p><p>　　(3)電梯每秒上升(下降)一層樓。</p><p>　　(4)電梯到達(dá)有停站請求的樓層，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)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號停留在當(dāng)前層。</p><p>　　(5)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)

64、，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。</p><p>　　(6)電梯運(yùn)行規(guī)則—當(dāng)電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(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樓層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式則與上升模式相反。</p><p>　　(7)電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。</p><p>　　采用

65、狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)電梯控制器，思路比較清晰，通過一個統(tǒng)一的1秒為周期的時鐘來觸發(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10個狀態(tài)，分別是“電梯停留在1層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第1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”狀態(tài)。各個狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件可由上面的設(shè)計(jì)要求所決定。</p><p>　　3.4.2四層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路</p>

66、;<p>　?。?）四層電梯控制器的實(shí)體設(shè)計(jì)</p><p>　　首先考慮輸入端口，一個異步復(fù)位端口reset，用于在系統(tǒng)不正常時回到初始狀態(tài)；在電梯外部，必須有升降請求端口，一層最低，不需要下降請求，四層是最高層。不需要有上升請求，二層與三層則上升，下降請求端口都有；在電梯內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請求端口；一個電梯時鐘輸入端口，該輸入時鐘以1秒為周期，用于驅(qū)動電梯的升降及開門關(guān)門等動作；另有一個是

67、按鍵時鐘輸入端口，時鐘頻率比電梯時鐘高。</p><p>　　其次是輸出端口，有升降請求信號，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(yùn)行是否正確，可以設(shè)置一個輸出端口來指示

68、電梯的升降狀態(tài)。</p><p>　　在端口的定義中定義position時選用的是整型數(shù)據(jù)類型（INTEGRER），主要是為了在電梯運(yùn)行是便于觀察。整型直接可以看出電梯運(yùn)行是樓層的變化，在第一層就顯示1，第二層就顯示2，很直觀。當(dāng)然，position的定義也可以用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量（STD_LOGIC_VECTOR）來定義，但是如果選用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量，在電梯運(yùn)行時就不是那么好觀察。這里是四層的電梯控制器，那么只需定義一個

69、兩位的就足夠顯示了?！?0”的時候?qū)?yīng)電梯的第一層，“11”的時候就對應(yīng)第四層。但是“11”的十進(jìn)制值為3，沒有和層次顯示的第四層想對應(yīng)起，所以就放棄選用標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量來定義position，而選用的整型。</p><p>　?。?） 四層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)</p><p>　　首先說明一下狀態(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了10個狀態(tài)，分別是電梯停留在1層(stopon1)、開門(dooropen)、

70、關(guān)門(doorclose)、開門等待第1秒(doorwait1)、開門等待第2秒(doorwait2)、開門等待第3秒(doorwait3)、開門等待第4秒(doorwait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)。在實(shí)體說明中定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體個之間需要有如下的定義語句，來定義狀態(tài)機(jī)。</p><p>　　TYPE lift_state IS</p><p>　　(s

71、topon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3,</p><p>　　doorwait4,up,down,stop) --電梯的10個狀態(tài)</p><p>　　SIGNAL mylift:lift_state; --定義為lift類型的信號mylift</p>

72、<p>　　在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計(jì)了兩個進(jìn)程互相配合，一個狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個是信號燈控制進(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燈進(jìn)程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)的，而信號燈進(jìn)程中信號燈的熄滅又是有狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出clearup和cleardn信號來控制。</p><p>　　在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯上升狀態(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

73、過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)下降還是是停止；在電梯停止?fàn)顟B(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。</p><p>　　在信號燈控制進(jìn)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(diǎn)亮的信號燈(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信號為邏輯“1”使得相應(yīng)

74、的信號燈熄滅。</p><p><b>　　四層電梯控制器設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　輸入輸出端口定義表</b></p><p><b>　　表 1</b></p><p>　　4 四層電梯控制器的調(diào)試及仿真</p><p>　　4.1

75、程序修改調(diào)試</p><p>　　在完成程序編寫后要進(jìn)行程序的編譯與仿真，在編譯過程中要進(jìn)行程序的改錯，在第一次編譯中出現(xiàn)了大量的錯誤，但大部分的都是由于粗心造成的端口的錯誤定義，還有就是在IF語句的結(jié)束是忘記“END IF”，或者是多寫了“EDN IF”，這樣的錯誤都是基本的，經(jīng)過編譯改錯后就要進(jìn)行波形的仿真，在波形仿真中自己犯了一個大的錯誤，就是在下降請求時，按了下降請求按鍵后就馬上選擇了要到達(dá)的層次，比如先

76、按fdnbuttton4,產(chǎn)生了一個下降請求，我馬上就按stopbutton2,結(jié)果電梯運(yùn)行到第四層就不下來，我自己還考慮了好久，后來我仔細(xì)想了一下，發(fā)現(xiàn)在有下降請求后，電梯還沒有到達(dá)第四層，怎么就可以按停止按鍵呢。</p><p><b>　　4.2 波形仿真</b></p><p>　　在仿真中我們應(yīng)該作一些符合實(shí)際情況的假設(shè)，就是外部上升請求的乘客，進(jìn)入電梯以后

77、一定是按高層的內(nèi)部停站按鈕，有外部下降請求的乘客，進(jìn)入電梯以后一定是按低層的內(nèi)部停站按鈕。而且乘客進(jìn)入電梯以后必定要按按鍵。在同一時刻有很多人按鍵的概率很小，所以按鍵一定有先后順序。這些假設(shè)都是符合實(shí)際情況的。</p><p>　　圖7所示仿真的是在2層電梯外部有上升請求，也就是f2upbutton產(chǎn)生一個脈沖，可以看到電梯從一層上升到二層，position信號由1變到2，doorlight信號邏輯’1’表示開門

78、，’0’表示關(guān)門。當(dāng)乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第3層，也就是stop3button產(chǎn)生一個脈沖，電梯上升到第三層，開門4秒以后關(guān)門，停留在3層，position最后的值為3。在仿真的可以看出來buttonclk很密集，基本上近似于一條黑線，是因?yàn)椴捎昧祟l率較高的時鐘脈沖。</p><p>　　再看fuplight信號燈，當(dāng)二層有上升請求的嗣后，它的值由0變到2（注意，fuplight和fdnlight

79、是4位的二進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量，這里的2代表的是”0010”,表示二層有請求；”1000”也就是8，表示四層有請求）。當(dāng)電梯停到二層以后，表示該請求被響應(yīng)，所以它的值變?yōu)?。由于沒有下降請求的信號，所以fdnlight信號燈一直都是0。</p><p><b>　　圖 7</b></p><p><b>　　圖 8</b></p>&

80、lt;p>　　圖8是有兩次停站請求的仿真波形圖，符合停站的要求。</p><p><b>　　圖 9</b></p><p>　　圖9是有下降請求的情況，因?yàn)殡娞莸某跏紶顟B(tài)為一層的開門等待狀態(tài)，所以在第四層有下降請求的時候，電梯先是上升到第四層，開門4秒以后關(guān)門，然后下降，停站請求為第一層，所以到第一層的時候開門4秒后關(guān)門，停在第一層，等待下次請求。我們觀察fd

81、nlight的變化顯示的是8，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制就是“1000”，正好是第四層的下降指示燈亮，在電梯到第四層響應(yīng)了下降請求后，下降指示燈就關(guān)閉，顯示的就是“0”。在看電梯位置的變化，“1—2—3—4—3—2—1”沒有亂序，說明顯示是正確的。</p><p><b>　　圖 10</b></p><p><b>　　圖 11</b></p>

82、<p>　　圖10和圖11是有兩站停站的請求，顯示是正確的，沒有混亂的現(xiàn)象。同時有上升請求和下降請求信號時，電梯的運(yùn)行情況如圖。</p><p>　　在電梯控制器的設(shè)計(jì)中，要考慮到層次的擴(kuò)展，今天是四層，明天也許是五層，甚至更多，但是設(shè)計(jì)的思路都應(yīng)該按照設(shè)計(jì)四層電梯控制器的思路延續(xù)下去，比如說要設(shè)計(jì)五層的電梯控制器，那么要多的按鈕就是f4upbutton,f5dnbutton,stop5button,

83、fuplight和fdnlight的長度都改為(5 downto 0),position的范圍就是1 to 5。其次就是要在電梯設(shè)計(jì)的過程中，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)中涉及到電梯處于每一層的時候的判斷，就要根據(jù)實(shí)際的情況，寫出相應(yīng)的邏輯關(guān)系。例如電梯現(xiàn)在處于第三層的上升，如果電梯要上升，就不能單單的判斷第四層是否有升降請求，還要根據(jù)第五層的請求指令來判斷電梯到達(dá)第四層是該繼續(xù)上升還是就停止，或者是轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)，例如，現(xiàn)在電梯的狀態(tài)是上升，這個時候的邏

84、輯關(guān)系是：</p><p>　　Fdnlight(4)=’1’ and fdnlight(5)=’1’;</p><p>　　那么當(dāng)電梯運(yùn)行到第四層的時候就應(yīng)該繼續(xù)為up狀態(tài)，先響應(yīng)第五層的下降請求，狀態(tài)變?yōu)閐own,再轉(zhuǎn)為下降狀態(tài)，回到第四層再才相應(yīng)第四層的下降請求。類似的當(dāng)電梯上升狀態(tài)處于第n層的時候就要判斷比它高的層次的請求,當(dāng)電梯處于下降模式時，就要判斷比該層低的層的請求。<

85、/p><p><b>　　5 結(jié)束語</b></p><p>　　用VHDL硬件描述語言的形式來進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方便靈活，利用EDA軟件進(jìn)行編譯優(yōu)化仿真極大地減少了電路設(shè)計(jì)時間和可能發(fā)生的錯誤，降低了開發(fā)成本，這種設(shè)計(jì)方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)揮越來越重要的作用。CPLD作為新一代工業(yè)控制器，以其高可靠性和技術(shù)先進(jìn)性，在電梯控制中得到廣泛應(yīng)用，從而使電梯由傳統(tǒng)的繼

86、電器控制方式發(fā)展為計(jì)算機(jī)控制的一個重要方向，成為當(dāng)前電梯控制和技術(shù)改造的熱點(diǎn)之一。另外CPLD是一種專門從事邏輯控制的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。由于CPLD具有性能穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)配置靈活等特點(diǎn)，配合VHDL語言的突出的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)控制方面得到了廣泛應(yīng)用。相信以后必將受到世界范圍內(nèi)電子工程設(shè)汁人員的廣泛關(guān)注和普遍歡迎。本文中設(shè)計(jì)的電梯控制器利用以CPLD為實(shí)現(xiàn)載體，以VHDL為描述語言實(shí)現(xiàn)了電梯的升降舒適感和運(yùn)行的可靠性，更相信在以后

87、的智能建筑中得到廣泛的應(yīng)用和推廣</p><p><b>　　謝辭</b></p><p>　　本課題在選題及研究過程中得到李曉敏老師的悉心指導(dǎo)。李老師多次詢問設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，孜孜不倦的授業(yè)精神，不但教我如何完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，還教我不怕麻煩，注意細(xì)節(jié)的做人法則，給以我終生受益無窮之道。

88、對李老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。再就感謝幫助過我的同學(xué)，在他們的幫助下，我才能完成本次設(shè)計(jì)，他們也同樣的鼓勵我。最后感謝學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的老師們，他們提供給我仿真的實(shí)驗(yàn)場所。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］趙明富，李立軍，石新鋒等.EDA技術(shù)基礎(chǔ)［M］..北京大學(xué)出版社，2007</p><p>　?。?/p>

89、2］孟慶義. 基于VHDL語言的硬盤控制器的設(shè)計(jì)[J]電腦知識與技術(shù)(學(xué)術(shù)交流), 2007, (2)</p><p>　?。?］平均芬. 硬件描述語言VHDL在數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2006, (2)</p><p>　?。?］李春雨, 高原. 基于VHDL狀態(tài)機(jī)的交通燈控制器設(shè)計(jì)[J]. 山西電子技術(shù), 2010, (1) :54-56</p>

90、<p>　?。?］李波,王章瑞,高一波. 基于VHDL的洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)[J]. 儀器儀表用戶, 2007, (6)</p><p>　　［6］劉慶全,包金明.多梯群控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2005(5)</p><p>　?。?］侯伯亨.VHDL硬件描述語言與數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)[J].西安電子科技大學(xué)出版社，</p><p>　　［8］

91、劉建國，沈必虎.數(shù)字邏輯電路［M］.北京：科學(xué)出版社,2004</p><p>　?。?］馬福軍.電梯群控技術(shù)的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué),2003</p><p>　?。?0］武彩霞.電梯群的智能控制[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué),2004</p><p>　?。?1］李增昌;群控電梯智能控制策略研究[D];天津大學(xué);2004</p><p>　　

92、［12］林都，曾建平，陸載德.電梯群控系統(tǒng)的活動掃描法仿真[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報,1995(4)</p><p>　　附錄1 狀態(tài)機(jī)的VHDL程序</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　ENTITY s_machine IS</p

93、><p>　　PORT (clk, reset: IN STD_LOGIC;</p><p>　　State_inputs: IN STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1);</p><p>　　comb_outputs: OUT STD_LOGIC_VECTOR(0 TO 1));</p><p>　　END ENTITY s_mach

94、ine;</p><p>　　ARCHITECTURE behv OF s_machine IS</p><p>　　TYPE states IS (st0,st1,st2,st3); --定義states為枚舉型數(shù)據(jù)類型</p><p>　　SIGNAL current_state, next_state : states;</p>

95、<p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　REG: PROCESS (reset, clk) --時序邏輯進(jìn)程</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF reset='1' THEN　　　 --異步復(fù)位

96、</p><p>　　Current_state<=st0; </p><p>　　ELSIF clk='1' AND clk'EVENT THEN</p><p>　　current_state<=next_state; --當(dāng)檢測到時鐘上升沿時轉(zhuǎn)換至下一狀態(tài)</p><p>&

97、lt;b>　　END IF;</b></p><p>　　END PROCESS;</p><p>　　--由信號current_state將當(dāng)前狀態(tài)值帶出此進(jìn)程，進(jìn)入進(jìn)程COM</p><p>　　COM: PROCESS(current_state, state_Inputs) --組合邏輯進(jìn)程</p><p><

98、b>　　BEGIN</b></p><p>　　CASE current_state IS -- 確定當(dāng)前狀態(tài)的狀態(tài)值</p><p>　　WHEN st0 =>comb_outputs <= "00"; --初始狀態(tài)譯碼輸出"00"</p><p>　　IF st

99、ate_inputs="00" THEN </p><p>　　--根據(jù)外部的狀態(tài)控制輸入"00"</p><p>　　next_state<=st0; </p><p>　　--在下一時鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將維持為st0</p><p><b>　　ELSE</b><

100、;/p><p>　　next_state<=st1; --否則，在下一時鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將為st1</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN st1=> comb_outputs<="01"; </p><p>　　--對應(yīng)

101、狀態(tài)st1的譯碼輸出"01"</p><p>　　IF state_inputs="00" THEN </p><p>　　--根據(jù)外部的狀態(tài)控制輸人"00"</p><p>　　next_state<=st1; </p><p>　　--在下一時鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將維持為

102、st1</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st2;</p><p>　　-- 否則，在下一時鐘后，進(jìn)程REG的狀態(tài)將為st2</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN st2

103、=> comb_outputs<="10"; --以下依次類推</p><p>　　IF state_inputs="11" THEN</p><p>　　next_state<=st2;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　n

104、ext_state<=st3;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p>　　WHEN st3=>comb_outputs<="11";</p><p>　　IF state_inputs="11" THEN</p><p>　　next

105、_state<=st3;</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　next_state<=st0;</p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END CASE;</b></p><p

106、>　　END PROCESS;</p><p>　　END ARCHITECTURE behv;</p><p>　　附錄2 四層電梯控制器的VHDL描述源程序</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;</p><p>　　US

107、E IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;</p><p>　　ENTITY fourfilft IS</p><p>　　PORT(buttonclk:IN STD_LOGIC;</p><p>　　liftclk:IN STD_LOGIC;&

108、lt;/p><p>　　reset:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f1upbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f2upbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f2dnbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f3upbutton:IN S

109、TD_LOGIC;</p><p>　　f3dnbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　f4dnbutton:IN STD_LOGIC;</p><p>　　fuplight:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1);</p><p>　　fdnlight:BUFFER STD_LOGIC_

110、VECTOR(4 DOWNTO 1); </p><p>　　stop1button,stop2button,stop3button,stop4button:IN STD_LOGIC;</p><p>　　stoplight:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(4 DOWNTO 1);</p><p>　　position:BUFFER INTEGER

111、RANGE 1 TO 4;</p><p>　　doorlight:OUT STD_LOGIC;</p><p>　　udsig:BUFFER STD_LOGIC);</p><p>　　END fourfilft;</p><p>　　ARCHITECTURE art OF fourfilft IS</p><p>