《硬件綜合》課程設(shè)計(jì)報(bào)告-基于VHDL語(yǔ)言的電梯控制器設(shè)計(jì)

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)硬件綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告 張巧玲 學(xué) 院 計(jì)通學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)08-01班 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 課程成績(jī) 完成日期 2011年6月30日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專(zhuān)業(yè)課程名稱(chēng)硬件綜合課程設(shè)計(jì)時(shí)間20102011學(xué)年第二學(xué)期1819周學(xué)生姓名張巧玲指導(dǎo)老師蔡爍題 目基于VHDL語(yǔ)言的電梯控制器設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：本課程設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)電梯控制器。要求如下：（1）每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。（2）設(shè)有電梯入口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）電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，開(kāi)門(mén)

2、指示燈亮，開(kāi)門(mén)8秒后，電梯門(mén)關(guān)閉(開(kāi)門(mén)指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前層。 （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，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。 （5）電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。要求：（1）要求能獨(dú)立地運(yùn)用VHDL語(yǔ)言、EDA相關(guān)知識(shí)和Max Plus II仿真軟件，編制一個(gè)簡(jiǎn)單的課程設(shè)計(jì)。（2）學(xué)生按要求編寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)，能正確闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（3）通過(guò)課程設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。（4）學(xué)生應(yīng)抱著嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度積極投入到課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，認(rèn)真查閱相應(yīng)文獻(xiàn)以及實(shí)現(xiàn)，給出個(gè)人分析、設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)提交的文件：（1）課

3、程設(shè)計(jì)報(bào)告。（2）課程設(shè)計(jì)附件（源程序、各類(lèi)圖紙、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、仿真截圖等實(shí)證材料）。課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定學(xué) 院 計(jì)通學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級(jí) 計(jì)08-01班 學(xué) 號(hào) 5 學(xué)生姓名 張巧玲 指導(dǎo)教師 蔡爍 完成日期 2011年6月30日 指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)評(píng)分項(xiàng)目?jī)?yōu)良中及格不及格課程設(shè)計(jì)中的創(chuàng)造性成果學(xué)生掌握課程內(nèi)容的程度課程設(shè)計(jì)完成情況課程設(shè)計(jì)動(dòng)手能力文字表達(dá)學(xué)習(xí)態(tài)度規(guī)范要求課程設(shè)計(jì)論文的質(zhì)量指導(dǎo)教師對(duì)課程設(shè)計(jì)的評(píng)定意見(jiàn)綜合成績(jī) 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日基于VHDL語(yǔ)言的電梯控制器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：張巧玲 指導(dǎo)老師：蔡爍 摘 要: 本設(shè)計(jì)就是基于電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electro

4、nic Design Automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語(yǔ)言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語(yǔ)言所開(kāi)發(fā)的三層電梯控制程序，實(shí)驗(yàn)調(diào)試平臺(tái)是Altera 公司的MAX +plus軟件。本程序具有VHDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)里最為常用的三個(gè)模塊：實(shí)體entity，對(duì)控制器的實(shí)體（輸入輸出）端口進(jìn)行定義；結(jié)構(gòu)體architecture，對(duì)控制器內(nèi)部的信號(hào)端以及寄存器進(jìn)行定義；進(jìn)程執(zhí)行單元process，對(duì)控制器的所有輸入輸出端口、內(nèi)部信號(hào)端口以及寄存器進(jìn)行功能、行為描述。通過(guò)程序調(diào)試及運(yùn)行仿真，結(jié)

5、果表明，本程序可以完成：電梯運(yùn)行所在樓層顯示、電梯運(yùn)行方向指示、關(guān)門(mén)延時(shí)設(shè)置等。本設(shè)計(jì)對(duì)更高層的電梯控制設(shè)計(jì)具有一定的拓展性。 關(guān)鍵詞: 電梯控制；程序設(shè)計(jì)；EDA；VHDL；MAX +plusDesign of Lift Controller Based on VHDL Language Student: Zhang qiaoling Advisor:CaishuoAbstract: The lift ,as the modernized result ,are entered in our life in last century .This thesis designs the thre

6、e-floor lift control on the basis of the electron basic on the electronic design automation(EDA) technologys the very high-speed integrated circuit hardware describe language(VHDL) ,it is debugged in the Altera companys MAX +plus software as a platform in experiment .This procedure has commonly most

7、 used three pieces of module in language designs :the entity ,the architecture and the process .Through testing the connection of the EDA case ,realize the following main functions:The lifts floor shows , the lift operation direction shows ;closes prolonging ,etc. The design can make some evolution

8、for designing to on the senior level lift control. Key word: lift control; programmer; EDA; VHDL; MAX +plus目錄1 引 言11.1 問(wèn)題的提出11.2 設(shè)計(jì)目的11.3 電梯控制的未來(lái)22 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)32.1 EDA技術(shù)介紹32.2 VHDL語(yǔ)言介紹32.2.1 VHDL的簡(jiǎn)介32.2.2 VHDL語(yǔ)言的特點(diǎn)42.2.3 VHDL的設(shè)計(jì)流程43 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試63.1 設(shè)計(jì)方案63.1.1 控制器的設(shè)計(jì)方案63.1.2 三層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路63.2 三層電梯控制器的綜合設(shè)計(jì)63.2

9、.1 三層電梯控制器的實(shí)體設(shè)計(jì)63.2.2 三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)73.2.3 三層電梯控制器VHDL設(shè)計(jì)83.2.4三層電梯控制器的模塊93.3 程序調(diào)試94 程序仿真134.1 波形輸入建立134.2三層電梯控制器的仿真145 結(jié)束語(yǔ)17致謝18參考文獻(xiàn)19附錄201 引 言1.1 問(wèn)題的提出當(dāng)今世界，部分地區(qū)人口高度密集，人和土地資源短缺的矛盾日趨激化。這就注定了必須合理地利用土地去解決人和土地的矛盾。而興建高層建筑是其中的有效措施之一。因此，能使人們快速、便捷地到達(dá)目的樓層的電梯便應(yīng)運(yùn)而生了。在一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，人均電梯擁有數(shù)量一般在每萬(wàn)人30臺(tái)以上，某些國(guó)家甚至達(dá)到每萬(wàn)人120

10、臺(tái)以上，隨著城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場(chǎng)會(huì)更加繁榮。中國(guó)的電梯市場(chǎng)增長(zhǎng)也很樂(lè)觀，目前，每年增長(zhǎng)率為15%18%。隨著電梯普及率的升溫，人們對(duì)電梯的要求也會(huì)越來(lái)越高。如何更安全、更快捷地到達(dá)目的樓層，也就成了人們對(duì)電梯最為根本的要求。而電梯系統(tǒng)里控制這方面技術(shù)參數(shù)的是電梯控制系統(tǒng)。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成了在電梯設(shè)計(jì)領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和社會(huì)信息化程度的提高，同時(shí)也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品進(jìn)一步提高 ，加速了電子設(shè)計(jì)激素的普及進(jìn)程及技術(shù)革新。電子設(shè)計(jì)在日常生活和物質(zhì)產(chǎn)品生產(chǎn)都占到了舉足輕重的地位，這尤其體現(xiàn)在其對(duì)

11、電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)上。面對(duì)如此廣袤的電梯市場(chǎng)，所謂“科技就是第一生產(chǎn)力”，處于科技前沿的電子設(shè)計(jì)技術(shù)很自然地就與電梯控制設(shè)計(jì)一拍即合，給設(shè)計(jì)師們以巨大的設(shè)計(jì)空間。因此，本設(shè)計(jì)就是希望在以開(kāi)發(fā)更安全、更快捷的三層電梯控制系統(tǒng)為前提下，結(jié)合電子設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)電梯控制進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.2 設(shè)計(jì)目的三層電梯廣泛應(yīng)用在大型的貨運(yùn)之中。其使用便捷，貨運(yùn)周期短，效率高，成本低，對(duì)貨運(yùn)事業(yè)具有普相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值。在客運(yùn)上，三層電梯雖然涉及樓層不高，應(yīng)用范圍不大，但就特殊而言，可以為一些上下樓層不方便的人們提供相當(dāng)?shù)膸椭疹櫫诉@些特殊群體的感情。因此，在某些層面上說(shuō)，三層電梯的設(shè)計(jì)也具有一定的社會(huì)價(jià)值。本著“一理通

12、，百理明”的原則，本設(shè)計(jì)希望通過(guò)在簡(jiǎn)單的三層電梯控制設(shè)計(jì)之中如何解決升、降請(qǐng)求信號(hào)因電梯所處狀態(tài)而產(chǎn)生的沖突等問(wèn)題發(fā)散出去，由此及彼，對(duì)高層電梯控制的開(kāi)發(fā)作一個(gè)技術(shù)的鋪墊，對(duì)高層電梯設(shè)計(jì)者提供一個(gè)基礎(chǔ)。針對(duì)目前中小型電梯所能實(shí)現(xiàn)的功能，本控制設(shè)計(jì)擬實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）每層電梯入口處設(shè)有上下請(qǐng)求開(kāi)關(guān)，電梯內(nèi)設(shè)有顧客到達(dá)層次的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)。（2）設(shè)有電梯入口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）電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層，開(kāi)門(mén)指示燈亮，開(kāi)門(mén)8秒后，電梯門(mén)關(guān)閉(開(kāi)門(mén)指示燈滅)，電梯繼續(xù)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個(gè)請(qǐng)求信號(hào)后停留在當(dāng)前層。 （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請(qǐng)求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則

13、按順序響應(yīng)，每個(gè)請(qǐng)求信號(hào)保留至執(zhí)行后消除。 （5）電梯運(yùn)行規(guī)則一當(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；如果高層有下樓請(qǐng)求，則直接升到由下樓請(qǐng)求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時(shí)則與上升模式相反。 （6）電梯初始狀態(tài)為一層開(kāi)門(mén)狀態(tài)。1.3 電梯控制的未來(lái)電梯產(chǎn)業(yè)將走向信息化、網(wǎng)絡(luò)化的道路。電梯控制系統(tǒng)如何與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合將是未來(lái)電梯設(shè)計(jì)的主流趨勢(shì)。在21世紀(jì)的今天如何提供用戶(hù)滿(mǎn)意產(chǎn)品和服務(wù)已成為關(guān)系到各企業(yè)生死存亡問(wèn)題。電梯上網(wǎng)能確保為客戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。在將來(lái)各大品牌廠家為了生存和發(fā)展都會(huì)在公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中

14、建立自己電梯網(wǎng)站（電梯專(zhuān)用平臺(tái)），這也是一條必由之路。電梯上網(wǎng)主要能實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）用網(wǎng)絡(luò)把所有電梯監(jiān)管起來(lái)，保證電梯安全運(yùn)行，確保乘客安全。（2）當(dāng)電梯出現(xiàn)故障時(shí)，電梯通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向客戶(hù)服務(wù)中心發(fā)出信號(hào)使維保人員能及時(shí)準(zhǔn)確了解電梯出現(xiàn)故障的原因及相關(guān)信息，客戶(hù)的人身安全是否受到威脅，并在第一時(shí)間內(nèi)趕赴事故現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行搶修，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)在電梯內(nèi)乘客安慰，把電梯出現(xiàn)故障的負(fù)面影響降到最低。 （3）也可以通過(guò)電梯網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動(dòng)掃描每臺(tái)電梯內(nèi)各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時(shí)間，提高企業(yè)的服務(wù)質(zhì)量。2 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是EDA技術(shù)。基于EDA技術(shù)開(kāi)發(fā)的實(shí)現(xiàn)三層電梯自

15、動(dòng)控制與目前主流的利用可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)電梯控制緊密相連。硬件描述語(yǔ)言是EDA技術(shù)的重要組成部分，VHDL是作為電子設(shè)計(jì)主流硬件的描述語(yǔ)言。使用VHDL語(yǔ)言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，在MAX +plus軟件上對(duì)程序進(jìn)行編譯、仿真。在MAX +plus平臺(tái)上的開(kāi)發(fā)具有編程軟件具有采自易學(xué)易懂的梯形圖語(yǔ)言、控制靈活方便、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。2.1 EDA技術(shù)介紹 20世紀(jì)90年代，國(guó)際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國(guó)家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計(jì)方法，并在設(shè)計(jì)方法、工具等方面進(jìn)行了徹底的變革，取得了巨大成功。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如CPLD、FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，

16、這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。這些器件可以通過(guò)軟件編程而對(duì)其硬件結(jié)構(gòu)和工作方式進(jìn)行重構(gòu)，從而使得硬件的設(shè)計(jì)可以如同軟件設(shè)計(jì)那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)觀念，促進(jìn)了EDA技術(shù)的迅速發(fā)展。EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation）的縮寫(xiě)，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）和計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）的概念發(fā)展而來(lái)的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、

17、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線(xiàn)和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計(jì)的效率和可靠性，減輕了設(shè)計(jì)者的勞動(dòng)強(qiáng)度。2.2 VHDL語(yǔ)言介紹2.2.1 VHDL的簡(jiǎn)介VHDL(Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language)，翻譯成中文就是超高速集成電路硬件描述語(yǔ)言。因此它的應(yīng)用主要是應(yīng)用在數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中。誕生于1982年。自IEEE公布了VHDL的標(biāo)準(zhǔn)版本，IEEE-1076（簡(jiǎn)稱(chēng)87版)之后，各EDA公司相繼推出了自己的VHDL設(shè)計(jì)環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)

18、工具可以和VHDL接口。此后VHDL在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到了廣泛的接受，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)的硬件描述語(yǔ)言。1993年，IEEE對(duì)VHDL進(jìn)行了修訂，從更高的抽象層次和系統(tǒng)描述能力上擴(kuò)展VHDL的內(nèi)容，公布了新版本的VHDL，即IEEE標(biāo)準(zhǔn)的1076-1993版本，（簡(jiǎn)稱(chēng)93版）。現(xiàn)在，VHDL和Verilog作為IEEE的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言，又得到眾多EDA公司的支持，在電子工程領(lǐng)域，已成為事實(shí)上的通用硬件描述語(yǔ)言。有專(zhuān)家認(rèn)為，在新的世紀(jì)中，VHDL于Verilog語(yǔ)言將承擔(dān)起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。2.2.2 VHDL語(yǔ)言的特點(diǎn)（1）與其他的硬件描述語(yǔ)言相比，VHDL具有更強(qiáng)的行為描述

19、能力，從而決定了他成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域最佳的硬件描述語(yǔ)言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開(kāi)具體的器件結(jié)構(gòu)，從邏輯行為上描述和設(shè)計(jì)大規(guī)模電子系統(tǒng)的重要保證。（2）VHDL豐富的仿真語(yǔ)句和庫(kù)函數(shù)，使得在任何大系統(tǒng)的設(shè)計(jì)早期就能查驗(yàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能可行性，隨時(shí)可對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。（3）VHDL語(yǔ)句的行為描述能力和程序結(jié)構(gòu)決定了他具有支持大規(guī)模設(shè)計(jì)的分解和已有設(shè)計(jì)的再利用功能。符合市場(chǎng)需求的大規(guī)模系統(tǒng)高效，高速的完成必須有多人甚至多個(gè)代發(fā)組共同并行工作才能實(shí)現(xiàn)。（4）對(duì)于用VHDL完成的一個(gè)確定的設(shè)計(jì)，可以利用EDA工具進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化，并自動(dòng)的把VHDL描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門(mén)級(jí)網(wǎng)表。（5）VHDL對(duì)設(shè)計(jì)的描述具有相

20、對(duì)獨(dú)立性，設(shè)計(jì)者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)。2.2.3 VHDL的設(shè)計(jì)流程（1）設(shè)計(jì)規(guī)范的定義明確設(shè)計(jì)的目的，進(jìn)行設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃。分析設(shè)計(jì)要求，以及自己要達(dá)到的設(shè)計(jì)目的和目標(biāo)。（2）采用VHDL進(jìn)行設(shè)計(jì)描述這部分包括設(shè)計(jì)規(guī)劃和程序的編寫(xiě)。設(shè)計(jì)規(guī)劃主要包括設(shè)計(jì)方式的選擇及是否進(jìn)行模塊劃分。設(shè)計(jì)方式一般包括直接設(shè)計(jì)，自頂向下和自底向下設(shè)計(jì)。（3）VHDL程序仿真對(duì)于某些人而言，仿真這一步似乎是可有可無(wú)的。但是對(duì)于一個(gè)可靠的設(shè)計(jì)而言，任何設(shè)計(jì)最好都進(jìn)行仿真，以保證設(shè)計(jì)的可靠性。另外，對(duì)于作為一個(gè)獨(dú)立的設(shè)計(jì)項(xiàng)目而言，仿真文件的提供足可以證明你設(shè)計(jì)的完整

21、性。（4）綜合、優(yōu)化和布局布線(xiàn)綜合指的是將設(shè)計(jì)描述轉(zhuǎn)化成底層電路的表示形式，其結(jié)果是一個(gè)網(wǎng)表或者是一組邏輯方程；優(yōu)化，這個(gè)主要是為了提高程序的執(zhí)行效率及減少資源的利用；布局布線(xiàn)，指的是將邏輯關(guān)系轉(zhuǎn)化成電路連接的方式。（5）仿真這一步主要是為了確定你的設(shè)計(jì)在經(jīng)過(guò)布局布線(xiàn)之后，是不是還滿(mǎn)足你的設(shè)計(jì)要求。3 程序設(shè)計(jì)及調(diào)試3.1 設(shè)計(jì)方案3.1.1 控制器的設(shè)計(jì)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(dá)的樓層，通過(guò)主控制器的處理，電梯開(kāi)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(guò)譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中

22、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(jiǎn)單很多，所以主控制器是核心部分。圖1 電梯控制器原理圖3.1.2 三層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路電梯控制器采用狀態(tài)機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，思路比較清晰。可以將電梯等待的每秒鐘以及開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)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(guò)一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)鐘來(lái)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(gè)狀態(tài)，分別是“電梯停留在第1層”、“開(kāi)門(mén)”、“關(guān)門(mén)”、“開(kāi)門(mén)等待第1秒”、“開(kāi)門(mén)等待第2秒”、“開(kāi)門(mén)等待第3秒”、“開(kāi)門(mén)等待第4秒”、“上升”、“下降”和“停止?fàn)顟B(tài)”。各個(gè)

23、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。3.2 三層電梯控制器的綜合設(shè)計(jì)3.2.1 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(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)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)輸出端口來(lái)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l

24、。被響應(yīng)以后則恢復(fù)邏輯O；同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有這樣的輸出端口來(lái)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(lái)指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)的狀態(tài)也能用一個(gè)輸出端口來(lái)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(lái)指示電梯的升降狀態(tài)。 3.2.2 三層電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì) 首先說(shuō)明一下?tīng)顟B(tài)。狀態(tài)機(jī)設(shè)置了lO個(gè)狀態(tài)，分別是電梯停留在l層(stoponl)、開(kāi)門(mén)(dooropen)、關(guān)門(mén)(doorclose)、開(kāi)門(mén)等待第1秒(waitl)、開(kāi)門(mén)等待第2秒(wait2)、開(kāi)門(mén)等待第3秒(wait3)、開(kāi)門(mén)等待第4秒(wait4)、上升(up)、下降(down)和停止(stop)

25、。在實(shí)體說(shuō)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(yǔ)句，來(lái)定義狀態(tài)機(jī)。 type state_typeis(stopon1,dooropen,doorclose,waitl,wait1,wait2,wait3,wait4,up,down,stop);signal state:state_type:=stopon1;signal clearup,cleardn,buttclk,fliclk:std_logic;signal q : std_logic_vector(3 downto 0); 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

26、，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(lái)控制。在狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中，在電梯的上升狀態(tài)中，通過(guò)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(guò)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(guò)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(zhuān)門(mén)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(guò)高，否則容易使按鍵過(guò)于靈敏。按鍵后產(chǎn)生的點(diǎn)亮的信號(hào)燈(

27、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l使得相應(yīng)的信號(hào)燈熄滅。3.2.3三層電梯控制器VHDL設(shè)計(jì)三層電梯控制器的VHDL描述模塊流程如圖2所示。三層電梯控制器的源代碼(見(jiàn)附錄)可知： 圖2 三層電梯控制器的VHDL描述(1)本程序設(shè)計(jì)調(diào)用了IEEE庫(kù)，IEEE庫(kù)是VHDL設(shè)計(jì)中最為常用的庫(kù)，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。 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.

28、all; (2)以關(guān)鍵詞ENTITY引導(dǎo)，END ENTITY flift 結(jié)尾的語(yǔ)句部分，成為實(shí)體。VHDL的實(shí)體描述了電路器件的外部情況及各信號(hào)端口的基本性質(zhì)。本設(shè)計(jì)定義了關(guān)于三層電梯控制器用到的各類(lèi)時(shí)鐘、異步復(fù)位按鍵、信號(hào)燈指示、電梯的請(qǐng)求。端口模式主要就是IN、BUFFER、OUT端口。及定義了各端口信號(hào)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，主要是STD_LOGIC(標(biāo)準(zhǔn)邏輯位數(shù)據(jù)類(lèi)型)、INTEGER(整數(shù)類(lèi)型)、STD_LOGIC_VECTOR(標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量數(shù)據(jù)類(lèi)型)。這些都滿(mǎn)足上面調(diào)用的IEEE庫(kù)中的程序包。entity flift isport(clk,reset,up1,up2,down2,down3

29、,stop1,stop2,stop3: in std_logic; uplight,downlight,stoplight: buffer std_logic_vector(3 downto 1); udsig:buffer std_logic; position:buffer integer range 1 to 3; doorlight:out std_logic);end flift; （3)以關(guān)鍵詞ARCHITECTURE引導(dǎo)，END ARCHITECTURE behav結(jié)尾的語(yǔ)句部分，稱(chēng)為結(jié)構(gòu)體。結(jié)構(gòu)體負(fù)責(zé)描述電路器件的內(nèi)部邏輯功能或電路結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)定義了lO個(gè)狀態(tài)。描述了在三層電梯

30、中出現(xiàn)的各種可能的情況作為控制電梯的主要進(jìn)程。信號(hào)燈控制作為輔助進(jìn)程。(具體語(yǔ)句見(jiàn)附錄)3.2.4 三層電梯控制器的模塊 圖3 三層電梯控制器的模塊3.3 程序調(diào)試 （1）建立好工作庫(kù)目錄，以便設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的存儲(chǔ)，打開(kāi)MAX +plus軟件，其初始界面如圖4所示。圖4 MAX +plus軟件初始界面（2）在工具欄中選擇“新建”按鈕。在選擇輸入路徑時(shí)，選擇“Text Editor File”以進(jìn)行文本輸入，如圖5所示。圖5 輸入路徑選擇為文本輸入（3） 在文本輸入界面內(nèi)進(jìn)行程序輸入，如圖6所示。圖6 程序輸入界面（4）輸入完畢后，需要對(duì)程序進(jìn)行保存。文件名和實(shí)體定義的符號(hào)必須保持一致，即文件名為

31、flift。因?yàn)槭鞘褂肰HDL語(yǔ)言，所以文件后綴名須改成vhd，詳見(jiàn)圖7所示。圖7 文本輸入保存界面 （5）保存以后，對(duì)程序進(jìn)行編譯。在編譯前，需要把文件設(shè)置為頂層文件，或稱(chēng)工程文件Project。選擇菜單“File”“Project”“Set Project to Current File”,當(dāng)前的文件即被指定。詳見(jiàn)圖8所示。圖8 設(shè)置頂層文件 （6）在“MAX +plus”下拉按鈕里選擇“Compiler”，對(duì)程序進(jìn)行編譯，此時(shí)，MAX +plus軟件會(huì)對(duì)程序進(jìn)行糾錯(cuò)等處理。當(dāng)程序被確認(rèn)無(wú)誤以后會(huì)出現(xiàn)如下界面，如圖9所示。第一次編譯時(shí)由于實(shí)體名和保存時(shí)的名字不相符，所以出現(xiàn)了一個(gè)錯(cuò)誤，改正

32、后無(wú)誤。圖9 編譯完成圖（7）在編譯完成以后，打開(kāi)程序頁(yè)面，選擇“File”“Edit Symbol”,出現(xiàn)引腳圖，如下圖10所示。圖10 引腳圖4 程序仿真4.1 波形輸入建立（1）編譯完全通過(guò)后，新建波形編輯器進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。通過(guò)“新建”按鈕，選擇“Waveform Editor file”,詳見(jiàn)如圖11所示。圖11 新建波形編輯器（2）新建波形編輯器后，對(duì)文件進(jìn)行保存。同樣是使用相同的文件名flift，后綴則改為scf。（3）在編輯器的Name 欄點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“Enter Nodes from SNF”選擇添加需要觀察的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，如圖12所示。圖12 添加節(jié)點(diǎn)信號(hào) （4）通過(guò)編輯器左

33、側(cè)的一些快捷按鈕對(duì)所加節(jié)點(diǎn)中的輸入信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的賦值后，就可對(duì)程序進(jìn)行仿真，觀察輸出信號(hào)，得出結(jié)論。如對(duì)時(shí)鐘信號(hào)clk符默認(rèn)值，如圖13所示。圖13 對(duì)clk信號(hào)賦值圖（5）在進(jìn)行仿真前，還需對(duì)仿真截止時(shí)間和最小單位時(shí)間進(jìn)行一下調(diào)整。在“File”欄對(duì)截止時(shí)間“End Time”設(shè)置為“10.0us”，如圖14所示。圖14 截止時(shí)間設(shè)置圖（6）得出初始仿真圖，如圖15所示。圖15 初始仿真界面4.2 三層電梯控制器的仿真 （1）圖16所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請(qǐng)求，也就是up2信號(hào)的一個(gè)脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當(dāng)電梯門(mén)打開(kāi)時(shí)，position信號(hào)由0變?yōu)?可知，doorligh

34、t信號(hào)1表示開(kāi)門(mén)，0表示關(guān)門(mén)。再看uplight信號(hào)燈，當(dāng)二層有上升請(qǐng)求的時(shí)候，它的值由0變到2。電梯將執(zhí)行電梯控制器的命令由第一層上升到第二層，然后電梯門(mén)打開(kāi)，乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求上升到第三層，也就是stop3 產(chǎn)生一個(gè)脈沖，此時(shí)stoplight由0變?yōu)?，即在第三層有停的請(qǐng)求，電梯上升到第三層，停留在第三層。由于沒(méi)有下降請(qǐng)求信號(hào)，所以downlight信號(hào)燈的值一直都為0。圖16 有上升請(qǐng)求的波形 （2）圖17所示仿真的是在第三層電梯外部有下降請(qǐng)求，也就是down3信號(hào)的一個(gè)脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當(dāng)電梯門(mén)打開(kāi)時(shí)，position信號(hào)由0變?yōu)?可知，doorlight

35、信號(hào)1表示開(kāi)門(mén)，0表示關(guān)門(mén)。再看downlight信號(hào)燈當(dāng)三層有下降請(qǐng)求的時(shí)候，它的值由0變到4。電梯將執(zhí)行電梯控制器的命令由第一層上升到第三層，然后電梯門(mén)打開(kāi)，乘客進(jìn)入電梯以后，在電梯內(nèi)部要求下降到第一層或者第二層。即按按鈕stop1或stop2。由于沒(méi)有上升請(qǐng)求信號(hào)和在哪個(gè)樓層停留的信號(hào)，所以downlight信號(hào)燈和stoplight信號(hào)燈的值一直都為0，電梯也停留在三層。圖17 有下降請(qǐng)求的波形 （3）圖18所示，電梯首先由第一層上升到第二層，開(kāi)門(mén)，乘客進(jìn)入，關(guān)門(mén)，電梯繼續(xù)上升到第三層，開(kāi)門(mén)，乘客出去，關(guān)門(mén)，又有乘客要進(jìn)來(lái)，開(kāi)門(mén)，乘客進(jìn)入，關(guān)門(mén)，下降到第二層，開(kāi)門(mén)，乘客出去，再有乘客進(jìn)

36、來(lái)，關(guān)門(mén)，繼續(xù)下降到第一層，開(kāi)門(mén)乘客出去，再有乘客進(jìn)來(lái)，關(guān)門(mén)，電梯上升到第三層，開(kāi)門(mén)，乘客出去，關(guān)門(mén)，電梯停留在第三層，等待下一個(gè)命令。圖18 復(fù)雜波形5 結(jié)束語(yǔ) 兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在此次課程設(shè)計(jì)中，我收獲了許多，不僅在知識(shí)學(xué)習(xí)方面，而且在動(dòng)手能力方面、團(tuán)結(jié)合作能力等方面都有了一定的成就。 首先，在知識(shí)學(xué)習(xí)方面，雖然我們開(kāi)始有在數(shù)字電子技術(shù)這一門(mén)課程中接觸過(guò)VHDL這一門(mén)語(yǔ)言，但是我們都還不是很了解，只知道它由實(shí)體、結(jié)構(gòu)體組成，其余的就不是很了解，但是在此次課程設(shè)計(jì)中，我有了比較詳細(xì)的了解，基本能夠?qū)懗鲆粋€(gè)比較完整的程序。這兩周的自學(xué)中，我也體會(huì)到了自學(xué)得快樂(lè)。 其次，在動(dòng)手能力方面，很多

37、時(shí)候我都是知識(shí)不能夠結(jié)合實(shí)踐，所以很多時(shí)候我都不知道應(yīng)該怎么樣開(kāi)始，不過(guò)此次由于有了老師的詳細(xì)講解，所以，我能夠很快知道接下來(lái)應(yīng)該做什么，有什么作用，得出什么結(jié)果。最后，在團(tuán)結(jié)合作能力方面，雖然每個(gè)人有每個(gè)人的題目，但是我們還是充分發(fā)揮了我們的團(tuán)結(jié)合作能力，找到程序的同學(xué)幫沒(méi)找到的同學(xué)找，有什么錯(cuò)誤的大家一起討論，一起找資料解決，最后，實(shí)在不行還有我們堅(jiān)強(qiáng)的后盾我們的指導(dǎo)老師，所以我們合作得很快樂(lè)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己?jiǎn)为?dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。同時(shí)，也再次體會(huì)到了團(tuán)結(jié)合作的快樂(lè)。

38、致謝在本次課程設(shè)計(jì)中，首先，我要感謝老師，他們永遠(yuǎn)在這里或那里為我們解答著各種各樣的問(wèn)題，無(wú)論是什么問(wèn)題老師都會(huì)認(rèn)真對(duì)待，為我們想出處理方案，每個(gè)老師都嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍，我們的課程設(shè)計(jì)就是因?yàn)橛辛四銈兊膸椭拍軌蛉绱隧樌耐瓿?，我記得我有一個(gè)問(wèn)題比較棘手，老師是犧牲了他的個(gè)人時(shí)間為我們整整講解了九十多分鐘，直到我們完全弄懂為止，所以我很感謝老師們，特別是這種精神在鼓舞著我，讓我努力著。我還要感謝幫助過(guò)我的同學(xué)，謝謝你們對(duì)我的幫助和支持，讓我感受同學(xué)的友情，同時(shí)，我也要感謝問(wèn)我問(wèn)題的同學(xué)，由于你們我學(xué)到了更多，也體會(huì)了更多快樂(lè)。 參考文獻(xiàn)1毛宗源等，微機(jī)控制電梯M，國(guó)防工業(yè)出版社出版，1996

39、2李鼎培，當(dāng)前電梯研制開(kāi)發(fā)技術(shù)動(dòng)態(tài)J，中國(guó)電梯，19953梁延?xùn)|主編。電梯控制技術(shù)M。中國(guó)建筑工業(yè)出版社，19974張漢杰，王錫鐘編著?，F(xiàn)代電梯控制技術(shù)M。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，19965Kim C B，Kyoung Aseong，et a1A fuuzzy aproach to elevator group controlsystemIEEE Trans SystDMan，Cybern，1995，256SIEMENS公司編著，西門(mén)子(中國(guó))有限公司譯Z。SIEMATIC S一7 300可編程序控制器硬件和安裝手冊(cè)。2001年5月7SIEMENS公司編著，西門(mén)子(中國(guó))有限公司譯Z。SIEMT

40、IC STEP7 V50系統(tǒng)手冊(cè)。2001年5月8武自芳，虞鶴松著。微機(jī)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用M。西安交通大學(xué)出版社，19989汪曉光，孫曉瑛等編著?？删幊炭刂破髟砑皯?yīng)用(上下冊(cè))M。機(jī)械工業(yè)出版社，200110溫照方主編。SIMATIC S7300可編程序控制器教程M。北京理工大學(xué)出版社，2002 附錄程序名: flift.vhdlibrary ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity flift isport(clk,reset,up1

41、,up2,down2,down3,stop1,stop2,stop3: in std_logic; uplight,downlight,stoplight: buffer std_logic_vector(3 downto 1); udsig:buffer std_logic; position:buffer integer range 1 to 3; doorlight:out std_logic);end flift;architecture behav of flift istype state_type is(stopon1,dooropen,doorclose,waitl,wait1

42、,wait2,wait3,wait4,up,down,stop);signal state:state_type:=stopon1;signal clearup,cleardn,buttclk,fliclk:std_logic;signal q : std_logic_vector(3 downto 0);begin process(clk) begin if reset=1 then q=0000; elsif rising_edge(clk) then q=q+1; end if; buttclk=q(0); fliclk=q(3); end process; cont:process(r

43、eset,fliclk) variable pos:integer range 3 downto 1; begin if reset=1 then state=stopon1; clearup=0; cleardndoorlight=1; position=1; pos:=1; statestateclearup=0;cleardn=0;statestatestatedoorlight=0; if udsig=0 then -上升情況 if position=3 then -電梯在三樓 if stoplight=000and uplight=000and downlight=000 then udsig=1;state=doorclose; else udsig=1;state=down; end if; elsif position=2 then -電梯在二樓 if stoplight=000and uplight=000and downlight=000 then udsig=0;state=doorclose; elsif stoplight(3)=1 or downlight(3)=1 then udsig=0;state=up; else udsig=1;state=down; end if; elsif position=1 then -電梯在一