《硬件綜合》課程設(shè)計(jì)報(bào)告基于VHDL語言的電梯控制器設(shè)計(jì)

1、長沙理工大學(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 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級 計(jì)08-01班 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 課程成績 完成日期 2011年6月30日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書計(jì)算機(jī)與通信工程學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)課程名稱硬件綜合課程設(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)。（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)有停站請求的樓層，開門

2、指示燈亮，開門8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(gè)請求信號后停留在當(dāng)前層。 （4）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)，每個(gè)請求信號保留至執(zhí)行后消除。 （5）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。要求：（1）要求能獨(dú)立地運(yùn)用vhdl語言、eda相關(guān)知識和max plus ii仿真軟件，編制一個(gè)簡單的課程設(shè)計(jì)。（2）學(xué)生按要求編寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告書，能正確闡述設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（3）通過課程設(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)成績評定學(xué) 院 計(jì)通學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級 計(jì)08-01班 學(xué) 號 200850080105 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)教師對學(xué)生在課程設(shè)計(jì)中的評價(jià)評分項(xiàng)目優(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)教師對課程設(shè)計(jì)的評定意見綜合成績 指導(dǎo)教師簽字 年 月 日基于vhdl語言的電梯控制器設(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)

4、自動化（electronic design automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語言（very high speed integrated circuit hardware description language）語言所開發(fā)的三層電梯控制程序，實(shí)驗(yàn)調(diào)試平臺是altera 公司的max +plus軟件。本程序具有vhdl語言設(shè)計(jì)里最為常用的三個(gè)模塊：實(shí)體entity，對控制器的實(shí)體（輸入輸出）端口進(jìn)行定義；結(jié)構(gòu)體architecture，對控制器內(nèi)部的信號端以及寄存器進(jìn)行定義；進(jìn)程執(zhí)行單元process，對控制器的所有輸入輸出端口、內(nèi)部信號端口以及寄存器進(jìn)行功能、行為描述。通過

5、程序調(diào)試及運(yùn)行仿真，結(jié)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)門延時(shí)設(shè)置等。本設(shè)計(jì)對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 desig

6、ns the three-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 co

7、mmonly most 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

8、 evolution 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 問題的提出11.2 設(shè)計(jì)目的11.3 電梯控制的未來22 設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)依據(jù)32.1 eda技術(shù)介紹32.2 vhdl語言介紹32.2.1 vhdl的簡介32.2.2 vhdl語言的特點(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

9、制器的綜合設(shè)計(jì)63.2.1 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17致謝18參考文獻(xiàn)19附錄201 引 言1.1 問題的提出當(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)國家和地區(qū)，人均電梯擁有數(shù)量一般在每萬人30臺以上，某些國

10、家甚至達(dá)到每萬人120臺以上，隨著城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場會更加繁榮。中國的電梯市場增長也很樂觀，目前，每年增長率為15%18%。隨著電梯普及率的升溫，人們對電梯的要求也會越來越高。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的各個(gè)領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，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

11、地位，這尤其體現(xiàn)在其對電子產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)上。面對如此廣袤的電梯市場，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?，照顧了這些特殊群體的感情。因此，在某些層面上說，三層電梯的設(shè)計(jì)也具有一定的

12、社會價(jià)值。本著“一理通，百理明”的原則，本設(shè)計(jì)希望通過在簡單的三層電梯控制設(shè)計(jì)之中如何解決升、降請求信號因電梯所處狀態(tài)而產(chǎn)生的沖突等問題發(fā)散出去，由此及彼，對高層電梯控制的開發(fā)作一個(gè)技術(shù)的鋪墊，對高層電梯設(shè)計(jì)者提供一個(gè)基礎(chǔ)。針對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)。（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)有停站請求的樓層，開門指示燈亮，開門8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(gè)請求信號后停留在當(dāng)前層。 （4）能記憶電梯內(nèi)外所有請

13、求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個(gè)請求信號保留至執(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求信號，由下而上逐個(gè)執(zhí)行，直到最后一個(gè)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)為一層開門狀態(tài)。1.3 電梯控制的未來電梯產(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)合將是未來電梯設(shè)計(jì)的主流趨勢。在21世紀(jì)的今天如何提供用戶滿意產(chǎn)品和服務(wù)已成為關(guān)系到各企業(yè)生死存亡問題。電梯上網(wǎng)能確保為客戶提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。在將來各大品牌廠家為了生存和發(fā)

14、展都會在公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中建立自己電梯網(wǎng)站（電梯專用平臺），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，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)，電梯通過網(wǎng)絡(luò)向客戶服務(wù)中心發(fā)出信號使維保人員能及時(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)場進(jìn)行搶修，同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)對在電梯內(nèi)乘客安慰，把電梯出現(xiàn)故障的負(fù)面影響降到最低。 （3）也可以通過電梯網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)自動掃描每臺電梯內(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

15、術(shù)開發(fā)的實(shí)現(xiàn)三層電梯自動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)主流硬件的描述語言。使用vhdl語言進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)，在max +plus軟件上對程序進(jìn)行編譯、仿真。在max +plus平臺上的開發(fā)具有編程軟件具有采自易學(xué)易懂的梯形圖語言、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，國際上電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)較先進(jìn)的國家，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)

16、用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來了極大的靈活性。這些器件可以通過軟件編程而對其硬件結(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)自動化（electronic design automation）的縮寫，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)輔助測試（cat）和計(jì)算機(jī)輔助工程（cae）的概念發(fā)展而來的。eda技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在eda軟件平臺上，用硬件描述語言hdl完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動

17、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(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)者的勞動強(qiáng)度。2.2 vhdl語言介紹2.2.1 vhdl的簡介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（簡稱87版)之后，各eda公司相繼推出了自己的vhdl設(shè)計(jì)

18、環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)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)的硬件描述語言。1993年，ieee對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，（簡稱93版）。現(xiàn)在，vhdl和verilog作為ieee的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言，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言。有專家認(rèn)為，在新的世紀(jì)中，vhdl于verilog語言將承擔(dān)起大部分的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)。2.2.2 vhdl語言的特點(diǎn)（1）與其他的硬件描述語言相比，vh

19、dl具有更強(qiáng)的行為描述能力，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言。強(qiáng)大的行為描述能力是避開具體的器件結(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豐富的仿真語句和庫函數(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)可對設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。（3）vhdl語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，并自動的把vhdl描述設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成門級網(wǎng)表。（5）vh

20、dl對設(shè)計(jì)的描述具有相對獨(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。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程序仿真對于某些人而言，仿真這一步似乎是可有可無的。但是對于一個(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

21、足可以證明你設(shè)計(jì)的完整性。（4）綜合、優(yōu)化和布局布線綜合指的是將設(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，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)過布局布線之后，是不是還滿足你的設(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，通過主控制器的處理，電梯開始運(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)通過譯碼器

22、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(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)。由于分控制器相對簡單很多，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)來實(shí)現(xiàn)，思路比較清晰。可以將電梯等待的每秒鐘以及開門、關(guān)門都看成一個(gè)獨(dú)立的狀態(tài)。由于電梯又是每秒上升或下降一層，所以就可以通過一個(gè)統(tǒng)一的1秒為周期的時(shí)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(gè)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

23、”和“停止?fàn)顟B(tài)”。各個(gè)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，必須有升降請求端口，一層是最低層，不需要有下降請求，三層是最高層，不需要有上升請求，二層則上升、下降請求端口都有；在電梯的內(nèi)部，應(yīng)該設(shè)有各層停留的請求端口：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)動電梯的升降及開門關(guān)門等動作；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，有升降請求信號以后，就得有一個(gè)輸出端口來指示請求是否被響應(yīng)，有請求信號以后

24、，該輸出端口輸出邏輯l。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(gè)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(gè)輸出端口來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) 首先說明一下狀態(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)、開門(dooropen)、關(guān)門(doorclose)、開門等待第1秒(waitl)、開門等待第2秒(wait2)、開門等待第3秒(wait3)、開門等待第4秒(wait4)、上升(up)、下降(dow

25、n)和停止(stop)。在實(shí)體說明定義完端口之后，在結(jié)構(gòu)體architecture和begin之間需要有如下的定義語句，來定義狀態(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

26、狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，另外一個(gè)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由狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的clearup和cleardn信號來控制。在狀態(tài)機(jī)進(jìn)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(gè)狀態(tài)是繼續(xù)上升還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過對信號燈的判斷，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(jìn)程中，由于使用了專門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)鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏。按鍵

27、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l使得相應(yīng)的信號燈熄滅。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，ieee庫是vhdl設(shè)計(jì)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。 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_arith.all;use ieee.std_logi

28、c_unsigned.all; (2)以關(guān)鍵詞entity引導(dǎo)，end entity flift 結(jié)尾的語句部分，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時(shí)鐘、異步復(fù)位按鍵、信號燈指示、電梯的請求。端口模式主要就是in、buffer、out端口。及定義了各端口信號的數(shù)據(jù)類型，主要是std_logic(標(biāo)準(zhǔn)邏輯位數(shù)據(jù)類型)、integer(整數(shù)類型)、std_logic_vector(標(biāo)準(zhǔn)邏輯矢量數(shù)據(jù)類型)。這些都滿足上面調(diào)用的ieee庫中的程序包。entity flift isport(clk,reset,up1,up2,

29、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; （3)以關(guān)鍵詞architecture引導(dǎo)，end architecture behav結(jié)尾的語句部分，稱為結(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)

30、狀態(tài)。描述了在三層電梯中出現(xiàn)的各種可能的情況作為控制電梯的主要進(jìn)程。信號燈控制作為輔助進(jìn)程。(具體語句見附錄)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）建立好工作庫目錄，以便設(shè)計(jì)工程項(xiàng)目的存儲，打開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，需要對程序進(jìn)行保存。文件名和實(shí)體定義的符號必

31、須保持一致，即文件名為flift。因?yàn)槭鞘褂胿hdl語言，所以文件后綴名須改成vhd，詳見圖7所示。圖7 文本輸入保存界面 （5）保存以后，對程序進(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”，對程序進(jìn)行編譯，此時(shí)，max +plus軟件會對程序進(jìn)行糾錯等處理。當(dāng)程序被確認(rèn)無誤以后會出現(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

32、以出現(xiàn)了一個(gè)錯誤，改正后無誤。圖9 編譯完成圖（7）在編譯完成以后，打開程序頁面，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）編譯完全通過后，新建波形編輯器進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真。通過“新建”按鈕，選擇“waveform editor file”,詳見如圖11所示。圖11 新建波形編輯器（2）新建波形編輯器后，對文件進(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，如圖12所示。圖12 添加節(jié)點(diǎn)信

33、號 （4）通過編輯器左側(cè)的一些快捷按鈕對所加節(jié)點(diǎn)中的輸入信號進(jìn)行相關(guān)的賦值后，就可對程序進(jìn)行仿真，觀察輸出信號，得出結(jié)論。如對時(shí)鐘信號clk符默認(rèn)值，如圖13所示。圖13 對clk信號賦值圖（5）在進(jìn)行仿真前，還需對仿真截止時(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求，也就是up2信號的一個(gè)脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當(dāng)電梯門打開時(shí)，position信號由0變?yōu)?

34、可知，doorlight信號1表示開門，0表示關(guān)門。再看uplight信號燈，當(dāng)二層有上升請求的時(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，然后電梯門打開，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求，電梯上升到第三層，停留在第三層。由于沒有下降請求信號，所以downlight信號燈的值一直都為0。圖16 有上升請求的波形 （2）圖17所示仿真的是在第三層電梯外部有下降請求，也就是down3信號的一個(gè)脈沖，電梯原先停在第一層，這可由當(dāng)電梯門打開時(shí)，position信號由0變?yōu)?可

35、知，doorlight信號1表示開門，0表示關(guān)門。再看downlight信號燈當(dāng)三層有下降請求的時(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，然后電梯門打開，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。由于沒有上升請求信號和在哪個(gè)樓層停留的信號，所以downlight信號燈和stoplight信號燈的值一直都為0，電梯也停留在三層。圖17 有下降請求的波形 （3）圖18所示，電梯首先由第一層上升到第二層，開門，乘客進(jìn)入，關(guān)門，電梯繼續(xù)上升到第三層，開門，乘客出去，關(guān)門，又有乘客要進(jìn)來，開門，乘客進(jìn)入，關(guān)門，下降到第二層，開門

36、，乘客出去，再有乘客進(jìn)來，關(guān)門，繼續(xù)下降到第一層，開門乘客出去，再有乘客進(jìn)來，關(guān)門，電梯上升到第三層，開門，乘客出去，關(guān)門，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 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，不僅在知識學(xué)習(xí)方面，而且在動手能力方面、團(tuán)結(jié)合作能力等方面都有了一定的成就。 首先，在知識學(xué)習(xí)方面，雖然我們開始有在數(shù)字電子技術(shù)這一門課程中接觸過vhdl這一門語言，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，我也體會到了自學(xué)得快樂。 其次

37、，在動手能力方面，很多時(shí)候我都是知識不能夠結(jié)合實(shí)踐，所以很多時(shí)候我都不知道應(yīng)該怎么樣開始，不過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)幫沒找到的同學(xué)找，有什么錯誤的大家一起討論，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。在這次設(shè)計(jì)過程中，體現(xiàn)出自己單獨(dú)設(shè)計(jì)的能力以及綜合運(yùn)用知識的能力，體會了學(xué)以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，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

38、會到了團(tuán)結(jié)合作的快樂。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題，無論是什么問題老師都會認(rèn)真對待，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。我還要感謝幫助過我的同學(xué)，謝謝你們對我的幫助和支持，讓我感受同學(xué)的友情，同時(shí)，我也要感謝問我問題的同學(xué)，由于你們我學(xué)到了更多，也體會了更多快樂。 參考文獻(xiàn)1毛宗源等，微機(jī)控制電梯m，國防工

39、業(yè)出版社出版，19962李鼎培，當(dāng)前電梯研制開發(fā)技術(shù)動態(tài)j，中國電梯，19953梁延?xùn)|主編。電梯控制技術(shù)m。中國建筑工業(yè)出版社，19974張漢杰，王錫鐘編著。現(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，西門子(中國)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。2001年5月7siemens公司編著，西門子(中國)有

40、限公司譯z。siemtic step7 v50系統(tǒng)手冊。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)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(cl

41、k,reset,up1,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,

42、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);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; con

43、t:process(reset,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