基于VHDL的三层电梯控制器

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谷溆汗
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1 基于 VHDL 的三层电梯控制器中国海洋大学 : 梁山宋连法马立洋邮箱 @qq.com 摘要随着时代的进步科技的发展, 各大城市高楼大厦平地起, 这是城市建设蓬勃发展的标志, 我们就是在这喧哗的城市中生活工作着, 每天都会上下班, 每天都会进出电梯 ; 从此, 电梯与我们的生活形影不离, 并让我们上下高楼变得方便安全快捷从奥的斯发明的历史上第一部安全升降梯到现在的电梯, 历经一个多世纪, 在这个过程中, 电梯不论从外观结构还是控制方式都发生了巨大的变化, 随着数字技术 EDA 嵌入式技术的发展, 电梯的控制变得微型化智能化 ; 目前载人电梯都是微机控制的智能化自动化设备, 不需要专门的人员来操作驾驶, 普通乘客只需按下上下按钮和到达楼层的按钮就可以进行电梯的乘坐本论文通过硬件描述语言 VHDL 对电梯控制器各功能模块进行编程, 并使用 ISE 软件对该程序进行了编译仿真, 结果表明该电梯遵循方向优先的原则提供三个楼层服务并指示电梯的运行情况关键字 :VHDL ISE 三层电梯

2 第一章引言 1.1 EDA 技术的发展伴随着集成电路 (IC) 技术的发展, 电子设计自动化 (EDA) 逐渐成为重要的设计手段, 已经广泛应用于模拟与数字电路系统等许多领域电子设计自动化是一种实现电子系统或电子产品自动化设计的技术, 它与电子技术微电子技术的发展密切相关, 它吸收了计算机科学领域的大多数最新研究成果, 以高性能的计算机作为工作平台, 促进了工程发展 1.2 三层电梯发展优势三层电梯广泛应用于大型的货运之中, 其使用快捷, 货运方便, 成本低拥有电子系统小型化低功耗高可靠性开发过程投资小周期短等优点, 而且还可以通过软件编程对硬件结构和工作方式进行重构, 使得硬件设计如软件设计那般方便快捷运用所学的 EDA 及 VHDL 知识, 自行设计一个实验电路, 将所学的知识进行活学活用, 增强对所学知识理解和运用, 以及提高动手实践能力第二章实现方法 2.1 总体框图实验原理图实验流程图

3 2.2 模块分析上升下降模块电梯一层入口处设有上升请求开关 (up1), 停止开关 (stop1); 二层入口处设有上 (up2) 下请求开关 (down2), 停止开关 (stop2); 三层入口处设有下降请求开关 (down3), 停止开关 (stop3) 状态切换及控制指示灯模块

4 当有请求信号时, 电梯通过切换上升下降状态, 由当前楼层移动到指定楼层每层电梯入口处设有位置指示装置及电梯运行模式 ( 上升或下降 ) 指示装置及指示灯 (uplight,downlight,stoplight) 电梯初始化模块当启动复位键时, 电梯初始状态为一层开门状态模拟电梯开关门模块电梯到达需要停止的楼层, 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 ), 电梯继续运行, 直至执行完最后一个请求信号后停留在当前层第三章仿真在波形仿真中, 根据实际, 我们有必要做一些假设, 即是 : 1 外部请求上升, 进入电梯后一定是按更高层的停站按钮 ; 2 外部请求下降, 进入电梯后一定是按更低层的停站按钮 ; 3 如果有人进入电梯, 则一定有听着呢请求 ; 设定仿真时间为 60ms,lifeclk 信号周期为 10ns 的时钟信号,buttonclk 信号为周期为 1ns 的时钟信号 doorlight 信号逻辑 1 表示开门, 逻辑 0 表示关门 udsig 信号为逻辑 1 表示电梯处于上升模式, 逻辑 0 表示处于下降模式 uplight,downlight stoplight 是三位二进制向量, 波形图中的 1 代表 "001" 表示一层有请求,2 表示 010 表示二层有请求,4 代表 100 表示三层有请求下图的波形是在一层有上升请求的仿真波形, 在 reset 信号产生一个脉冲时, 电梯回复初始状态, 即 stopon1 状态, 然后等待 4s, 关门检测没有请求信号, 于是电梯此时停在一层当电梯时钟上升沿检测到一层上升请求信号 fuplight(1) 为 1 时, 电梯开门,fuplight(1) 清零, 等待 4s, 关门检测到二层停站请求, 于是电梯上升到二层停止, 开门 stoplight(2) 清零,position 信号由 1 变为 2, 电梯最终停在二层

5 第四章总结在实验的过程中, 遇到了许多理论上想不到的错误, 通过在不断地查缺补漏改正错误的进程中, 学习了 VHDL 语言的基本语法, 熟悉了 VHDL 设计流程全过程, 加强了对 vhdl 这门课的理解与同学分工设计, 和同学们相互探讨, 相互学习, 同时相关的课程都有了全面的复习, 独立思考的能力也有了提高, 对于我们是个很好的体验, 收获很大第五章分工情况梁山安装 ise 程序部分程序编写 ( 电梯上升与下降 ) 源程序查找马立洋安装 ise 程序部分程序编写 ( 电梯不同状态的转换 ) 仿真测试宋连法安装 ise 程序部分程序编写 ( 指示灯的控制 ) 程序的整合和调试

6 第六章参考文献 [1] 钟玉钊数字系统设计课程设计三层电梯控制器 [2] 韩团军基于 VHDL 三层电梯控制器的设计 [3] 程俊基于 VHDL 语言的实用电梯控制器设计附录程序源代码 library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity flift is port(clk,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 is type state_type is(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); begin process(clk) begin

7 if reset='1' then -- 接受请求信号 q<="0000"; elsif rising_edge(clk) then q<=q+1; buttclk<=q(0); fliclk<=q(3); end process; cont:process(reset,fliclk) variable pos:integer range 3 downto 1; -- 设置变量指示楼层 begin if reset='1' then -- 电梯的初始化, 移动到一层 state<=stopon1; clearup<='0'; cleardn<='0'; elsif rising_edge (fliclk) then case state is when stopon1=>doorlight<='1'; position<=1; pos:=1; state<=wait1; -- 进行开门等待关门过程 when waitl=>state<=wait2; when wait2=>clearup<='0';cleardn<='0';state<=wait3; when wait3=>state<=wait4; when wait4=>state<=doorclose; when doorclose=>doorlight<='0'; if udsig='0' then -- 上升情况 if position=3 then -- 电梯在三楼 udsig<='1';state<=doorclose; udsig<='1';state<=down; elsif position=2 then -- 电梯在二楼 udsig<='0';state<=doorclose; elsif stoplight(3)='1' or downlight(3)='1' then udsig<='0';state<=up; udsig<='1';state<=down; elsif position=1 then -- 电梯在一楼

8 udsig<='0';state<=doorclose; udsig<='0';state<=up; if udsig='1' then -- 下降情况 if position=1 then -- 电梯在一楼 udsig<='0';state<=doorclose; udsig<='0';state<=up; elsif position=2 then -- 电梯在二楼 udsig<='1';state<=doorclose; elsif stoplight(1)='1'or uplight(1)='1' then udsig<='1';state<=down; udsig<='0';state<=up; elsif position=3 then -- 电梯在三楼 udsig<='1';state<=doorclose; udsig<='1';state<=down; when up=>position<=position+1;pos:=pos+1; -- 执行上升状态 if pos=2 and(stoplight(3)='1'or downlight(3)='1') then state<=up; state<=stop; when down=>position<=position-1;pos:=pos-1; -- 执行下降状态 if pos=2 and(stoplight(1)='1'or uplight(1)='1') then state<=down; state<=stop; when stop=>state<=dooropen; -- 停止状态 when dooropen=>doorlight<='1';

9 clearup<='1'; cleardn<='1'; state<=waitl; when others=>state<=stopon1; end case; end process; process(clk) -- 读按键, 控制指示灯 begin if reset='1' then stoplight<="000";uplight<="000";downlight<="000"; elsif rising_edge(buttclk) then if clearup='1' then stoplight(position)<='0';uplight(position)<='0'; if up1='1'then uplight(1)<='1'; if up2='1'then uplight(2)<='1'; if cleardn='1' then stoplight(position)<='0';downlight(position)<='0'; if down2='1'then downlight(2)<='1'; if down3='1'then downlight(3)<='1'; if stop1='1' then stoplight(1)<='1'; if stop2='1' then stoplight(2)<='1'; if stop3='1' then stoplight(3)<='1'; end process; end behav;

IC芯片自主创新设计实验

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