电梯控制器设计资料(共23页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上EDA技术课程设计报告设计题目： 专业班级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 课程设计成绩： 完成日期：2015年12月20日目录 345专心-专注-专业引言随着社会的发展,电梯的使用越来越普遍,已经从原来只在商业大厦、宾馆使用过度到在办公楼、居民楼等场所使用，并且对电梯功能的要求也不断提高,相应地其控制方式也在不停地发生变化。对于电梯的控制，传统的方法是使用继电器接触器控制系统进行控制，随着技术的不断发展，微型计算机在电梯控制上的应用日益广泛，现在已进入全微化控制的时代。VHDL主要用于描述数字系统的结构、行为、功能和接口。除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHD
2、L的语言形式、描述风格以及语法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可视部分，及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。VHDL具有功能强大的语言结构，可以用简洁明确的源代码来描述复杂的逻辑控制。它具有多层次的设计描述功能，层层细化，最后可直接生成电路级描述。VHDL支持同步电路、异步电路和随机电路的设计，这是其他硬
3、件描述语言所不能比拟的。VHDL还支持各种设计方法，既支持自底向上的设计，又支持自顶向下的设计；既支持模块化设计，又支持层次化设计。电梯的微机化控制主要有以下几种形式：1PLC控制2单片机控制3单板机控制4单微机控制5多微机控制6人工智能控制。随着EDA技术的快速发展，VHDL已广泛应用于电子设计与控制的各个方面本文采用VHDL语言来设计实用六层电梯控制器，其代码具有良好的可读性和易理解性，源程序经A1tera公司的 Quartus II软件仿真，目标器件选用CPLD器件。通过对六层电梯控制器的设计，可以发现本设计有一定的扩展性，而且可以作为更多层电梯控制器实现的基础。1 提出问题电梯作为垂直
4、方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已成为不可或缺的设备。中国是全球最大的电梯市场，也具有最强的电梯生产能力，但由于缺乏自主知识产权和核心技术，自主品牌占市场的份额很少。随着社会需求的变化，电梯朝着节能、环保及智能化方向发展。EDA技术打破了软件和硬件间的壁垒，是计算机的软件技术与硬件实现、设计效率与产品能合二为一，它代表了电子技术和应用技术的发展方向。VHDL主要用于描述数字系统的接口，结构和功能，它的语法简单易懂，移植性好。本设计采用VHDL，源程序Altera公司的Quartus II软件仿真。运用有限状态机的设计方法，设计了两个进程相互配合，状态机进程作为主要进程，信号灯控制进程作为辅
5、助进程。在主进程中定义了9个状态，分别是“up”、“down”、“stopbutton”、“position”、“doorlight”、“udsig”、“stoplight”、“fuplight”、“fdnlight”在电梯时钟的触发下，通过当前状态和信号灯信号判定下一状态。信号灯控制进程中，信号灯存储按键请求情况，它的熄灭是由状态机进程中传出的信号来控制。2 设计任务及设计要求2.1 设计任务六层电梯控制器将实现的功能：1.每层电梯入口处设有上下请求开关，电梯内设有顾客到达层次的停站请求开关。2.设有电梯入口处位置指示装置及电梯运行模式(上升或下降)指示装置。3.电梯每秒升(降)一层楼。4.
6、电梯到达有停站请求的楼层，经过1秒电梯门打开，开门指示灯亮，开门4秒后，电梯门关闭(开门指示灯灭)，电梯继续进行，直至执行完最后一个请求信号后停留在当前层。5.能记忆电梯内外所有请求，并按照电梯运行规则按顺序响应，每个请求信号保留至执行后消除。6.电梯运行规则：当电梯处于上升模式时，只响应比电梯所在位置高的上楼请求信号，由下而上逐个执行，直到最后一个上楼请求执行完毕；如果高层有下楼请求，则直接升到由下楼请求的最高层，然后进入下降模式。当电梯处于下降模式时则与上升模式相反。7.电梯初始状态为一层开门状态。2.2 设计要求控制器的功能模块如图2.1所示，包括主控制器、楼层选择器、状态显示器、译码器
7、和楼层显示器。乘客在电梯中选择所要到达的楼层，通过主控制器的处理，电梯开始运行，状态显示器显示电梯的运行状态，电梯所在楼层数通过译码器译码从而在楼层显示器中显示。由于其他模块相对简单很多，所以主控制器是核心部分。图2.1 控制器模块示意图3 设计总体思路3.1 电梯运作流程图3.1 上升流程图图3.2 下降流程图3.2 电梯运行控制流程图图3.3 电梯运行流程图3.3 电梯控制器电梯控制器运用状态机的设计方法，思路比较清晰。可以将电梯等待的每秒钟以及开门、关门都看成一个独立的状态。由于电梯又是每秒上升或下降一层，所以就可以通过一个统一的1秒为周期的时钟来触发状态机。根据电梯的实际工作情况，可以
8、把状态机设置7个状态，分别是“电梯停留在第1层”“开门”“关门” “开门等待4秒”“上升”“下降”和“停止状态”、。各个状态之间的转换条件可由上面的设计要求所决定。各状态机之间转换图如图3.4。图3.4 各状态机转换关系电梯控制器为其中的核心部件，控制其电梯的运行情况，而其控制则由按钮来决定，通过按钮指示灯判断电梯的工作状态及显示其运行情况。实验板上输入过大的脉冲序列，通过分频器将高频转换为低频，即buttonclk且通过此时钟信号控制电梯信号灯。当按钮为高电平时，电梯开始工作，并通过按钮信号灯决定电梯的运行。电梯所处位置显示通过译码器，再通过数据选择器显示到数码管上udsig和doorlig
9、ht显示电梯门和电梯的状态。stoplight6.1，fuplight6.1fdnlight6.1显示按钮指示。Reset按钮使电梯恢复到初始位置。楼层position变化相应的数码管也跟着变。首先考虑输入端口，一个异步复位端口reset，用于在系统不正常时回到初始状态；在电梯外部，必须有升降请求端口，一层是最低层，不需要有下降请求六层是最高层，不需要有上升请求，二三四五层则上升、下降请求端口都有；在电梯的内部，应该设有各层停留的请求端口：一个电梯时钟输入端口，该输入时钟以1秒为周期，用于驱动电梯的升降及开门关门等动作；另有一个按键时钟输入端口，时钟频 率比电梯时钟高。其次是输出端口，有升降请
10、求信号以后，就得有一个输出端口来指示请求是否被响应，有请求信号以后，该输出端口输出逻辑l。被响应以后则恢复逻辑0；同样，在电梯内部也应该有这样的输出端口来显示各层停留是否被响应；在电梯外部，需要一个端口来指示电梯现在所处的位置；电梯开门关门的状态也能用一个输出端口来指示；为了观察电梯的运行是否正确，可以设置一个输出端口来指示电梯的升降状态。3.4 数码管显示控件楼层position输出为一个3位2进制数，但是本实验需要用数码管显示，那么就需要一个deled模块，该模块的作用是将输入转换为8位2进制，从而控制LED灯的显示。4 各单元电路设计4.1 Deled模块图4.1 Deled模块输入输出
11、关系：表一 Deled模块输入输出关系4.2 电梯控制模块图4.2 电梯控制模块电梯主控制模块端口说明：表二 电梯主控制模块端口说明5 总体电路设计5.1 Deled模块功能图5.1 Deled模块图图5.2 Deled模块波形Deled模块的主要功能为用数码管显示楼层通过输入信号prosition2.0输出不同的ABCDEFGH从而起到显示所在楼层的作用。波形如图5.2所示。5.2 总体电路图5.4 电路仿真波形5.3 试验箱仿真图5.5 锁定管脚实验现象如图5.6电梯初始在1楼，左边5个按钮表示内部电梯层数15楼，右边5个按钮表示外部电梯15层。数码管下方两个灯分别表示停止和开门显示。现在
12、举例有人在4楼想坐电梯去2楼。如图，在4层按下按钮，电梯运行到4楼，停止灯亮后开门等亮。并稳定显示停在4楼，接着在电梯内部按下2楼，电梯运行至2楼，停止灯亮后开门等亮。并稳定显示停止在2楼。图5.6 实验箱现象6 设计调试体会与总结电梯控制器系统设计已经全部完成，基本实现了预期效果，实现了电梯按预定运行规则上升、下降、载客等功能，在本设计中，因为考虑了扩展性，所以在信号定义的时候就使用了二进制的向量，而不是整数。在设计方法上也做了特殊的设计，所以使得扩展性较好。如果要实现n层电梯的控制，首先在端口的地方就要加入所有的按键，而指示灯只要把向量中的6改成n就可以了。在本设计过程中还需要改进的地方有
13、，电梯运行规则的优化（如设计闲时忙时控制规则）、电梯运行速度的控制、设计更多的报警功能等。电梯控制系统的设计中体现了VHDL覆盖面是如此的广，描述能力强，是一个多层次的硬件描述语言及运行速度快，使用方便，便于修改，设计简单等特点。本设计在实用方面和参考方面具有一定的价值。但是由于设计时，没有考虑到试验箱器材的限制，导致按键与LED灯数量不够。所以刚开始仿真时将stop6button空闲出来没有进行任何操作，造成该输入端电平不稳所以在进行仿真的出现楼层不准的现象，在后期实验我们放弃了电梯外部有2个按键的思想，而改为只用一个按键，将其余按键再电路图中做接地处理，实验现象得到改进。参考文献1 黄正巾
14、，徐坚等. CPLD 系统设计与应用M.北京：电子工业出版社，2002,110-123.2 蒋璇，臧春花.数字系统设计与 PLD 应用技术M.北京：电子工业出版社,2001,23-34.3 孟宪元.可编程 ASIC 集成数字系统M.北京：电子工业出版社,2003,231-243.4 潘松，王国栋. VHDL 实用教程（修订版）M.成都：成都电子科技大学出版社,2002,45-87.5 宋万杰，罗丰，吴顺君.CPLD 技术及其应用M.西安：西安电子科技大学出版社,2005,25-56. 附录Deled 模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;enti
15、ty deled is port( s : in std_logic_vector(2 downto 0); a,b,c,d,e,f,g,h:out std_logic);END DELED;architecture behav of deled is signal data : std_logic_vector(2 downto 0); signal dout : std_logic_vector(7 downto 0);begin data dout dout dout dout dout dout dout dout dout = ; end case; end process; h=d
16、out(7);g=dout(6);f=dout(5);e=dout(4); d=dout(3);c=dout(2) ;b=dout(1);a=dout(0);end behav;电梯模块library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity eightlift is port(buttonclk:in std_logic;-按钮时钟信号 liftclk: in std_logic;-电梯时钟信号 reset:in std_logic;
17、-复位键 f1upbutton:in std_logic;-一楼上升按钮 f2upbutton:in std_logic;-二楼上升按钮 f3upbutton:in std_logic;-三楼上升按钮 f4upbutton:in std_logic;-四楼上升按钮 f5upbutton:in std_logic; f6upbutton:in std_logic; f7upbutton:in std_logic; f2dnbutton:in std_logic; f3dnbutton:in std_logic; f4dnbutton:in std_logic; f5dnbutton:in std
18、_logic; f6dnbutton:in std_logic; f7dnbutton:in std_logic; f8dnbutton:in std_logic; fuplight:buffer std_logic_vector(8 downto 1);-上升指示灯 fdnlight:buffer std_logic_vector(8 downto 1);-下降指示灯 stop1button,stop2button,stop3button, stop4button, stop5button, stop6button, stop7button, stop8button:in std_logic
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