【正文】 單元高比率的優(yōu)點。而FPGA卻是有很多的連接單元，這樣雖然讓它可以更加靈活的編輯，但是結(jié)構(gòu)卻復(fù)雜的多。 　　CPLD和FPGA另外一個區(qū)別是大多數(shù)的FPGA含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）和內(nèi)置的記憶體。一個因此有關(guān)的重要區(qū)別是很多新的FPGA支持完全的或者部分的系統(tǒng)內(nèi)重新配置。允許他們的設(shè)計隨著系統(tǒng)升級或者動態(tài)重新配置而改變。一些FPGA可以讓設(shè)備的一部分重新編輯而其他部分繼續(xù)正常運行。 FPGA工作原理　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊CLB（Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊IOB（Input Output Block）和內(nèi)部連線（Interconnect）三個部分。 FPGA的基本特點　　1）采用FPGA設(shè)計ASIC電路(特定用途集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 　　2）FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片。 　　3）FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I／O引腳。 　　4）FPGA是ASIC電路中設(shè)計周期最短、開發(fā)費用最低、風(fēng)險最小的器件之一。 　　5) FPGA采用高速CHMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容。 　　可以說，F(xiàn)PGA芯片是小批量系統(tǒng)提高系統(tǒng)集成度、可靠性的最佳選擇之一。 　　FPGA是由存放在片內(nèi)RAM中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的RAM進行編程。用戶可以根據(jù)不同的配置模式，采用不同的編程方式。 加電時，F(xiàn)PGA芯片將EPROM中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程RAM中，配置完成后，F(xiàn)PGA進入工作狀態(tài)。掉電后，F(xiàn)PGA恢復(fù)成白片，內(nèi)部邏輯關(guān)系消失，因此，F(xiàn)PGA能夠反復(fù)使用。FPGA的編程無須專用的FPGA編程器，只須用通用的EPROM、PROM編程器即可。當(dāng)需要修改FPGA功能時，只需換一片EPROM即可。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。因此，F(xiàn)PGA的使用非常靈活。 VHDL語言及程序概述VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于 1982 年。1987 年底，VHDL被 IEEE 和美國國防部確認為標準硬件描述語言。 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算機高級語言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分,及端口)和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對一個設(shè)計實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)計就可以直接調(diào)用這個實體。這種將設(shè)計實體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計的基本點。 VHDL語言的發(fā)展在集成電路制造工藝的發(fā)展的過程中，微電子設(shè)計工藝已經(jīng)達到了深亞微米時代，在EDA設(shè)計中主要有軟硬件協(xié)作設(shè)計的要求，現(xiàn)有的工具支持SOC設(shè)計尚有難度，迫切需要提高設(shè)計能力。在設(shè)計語言中，由于VHL和Verilog HDL是目前通用的設(shè)計語言，在設(shè)計大系統(tǒng)時，不夠方便直觀，所以需要進一步完善。電子產(chǎn)品隨著技術(shù)的進步，更新?lián)Q代日新月異，而掌握電子產(chǎn)品開發(fā)研制的動力源—EDA技術(shù)，是我們國家工程技術(shù)人員不可推卸的責(zé)任，因為中國的設(shè)計公司大多還處在發(fā)展的初級階段，所使用的設(shè)計工具都是幾年前國外的主流工具。 VHDL語言的特點　　VHDL 語言能夠成為標準化的硬件描述語言并獲得廣泛應(yīng)用 , 它自身必然具有很多其他硬件描述語言所不具備的優(yōu)點。歸納起來 ,VHDL 語言主要具有以下優(yōu)點：[1] 　　(1) VHDL 語言功能強大 , 設(shè)計方式多樣 　　VHDL 語言具有強大的語言結(jié)構(gòu), 只需采用簡單明確的VHDL語言程序就可以描述十分復(fù)雜的硬件電路。同時, 它還具有多層次的電路設(shè)計描述功能。此外 ,VHDL 語言能夠同時支持同步電路、異步電路和隨機電路的設(shè)計實現(xiàn), 這是其他硬件描述語言所不能比擬的。VHDL 語言設(shè)計方法靈活多樣 , 既支持自頂向下的設(shè)計方式, 也支持自底向上的設(shè)計方法。 既支持模塊化設(shè)計方法, 也支持層次化設(shè)計方法。 　　(2) VHDL 語言具有強大的硬件描述能力 　　VHDL 語言具有多層次的電路設(shè)計描述功能，既可描述系統(tǒng)級電路 , 也可以描述門級電路；描述方式既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者的混合描述方式。同時，VHDL 語言也支持慣性延遲和傳輸延遲，這樣可以準確地建立硬件電路的模型。VHDL 語言的強大描述能力還體現(xiàn)在它具有豐富的數(shù)據(jù)類型。VHDL 語言既支持標準定義的數(shù)據(jù)類型，也支持用戶定義的數(shù)據(jù)類型，這樣便會給硬件描述帶來較大的自由度。 　　(3) VHDL 語言具有很強的移植能力 　　VHDL 語言很強的移植能力主要體現(xiàn)在: 對于同一個硬件電路的 VHDL 語言描述 , 它可以從一個模擬器移植到另一個模擬器上、從一個綜合器移植到另一個綜合器上或者從一個工作平臺移植到另一個工作平臺上去執(zhí)行。 　　(4) VHDL 語言的設(shè)計描述與器件無關(guān) 　　采用 VHDL 語言描述硬件電路時, 設(shè)計人員并不需要首先考慮選擇進行設(shè)計的器件。這樣做的好處是可以使設(shè)計人員集中精力進行電路設(shè)計的優(yōu)化, 而不需要考慮其他的問題。當(dāng)硬件電路的設(shè)計描述完成以后 ,VHDL 語言允許采用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。 　　(5) VHDL 語言程序易于共享和復(fù)用 　　VHDL 語言采用基于庫 ( library) 的設(shè)計方法。在設(shè)計過程中 , 設(shè)計人員可以建立各種可再次利用的模塊 , 一個大規(guī)模的硬件電路的設(shè)計不可能從門級電路開始一步步地進行設(shè)計 , 而是一些模塊的累加。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計或者使用以前設(shè)計中的存檔模塊, 將這些模塊存放在庫中 , 就可以在以后的設(shè)計中進行復(fù)用。 由于 VHDL 語言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標準硬件描述語言 , 因此它可以使設(shè)計成果在設(shè)計人員之間方便地進行交流和共享, 從而減小硬件電路設(shè)計的工作量, 縮短開發(fā)周期。 VHDL語言程序的基本結(jié)構(gòu)實體（Entity）結(jié)構(gòu)體 (Architecture) 包集合(Package) 配(Configuration) 庫(Library)關(guān)于狀態(tài)機的一個極度確切的描述是它是一個有向圖形，由一組節(jié)點和一組相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)組成。狀態(tài)機通過響應(yīng)一系列事件而“運行”。每個事件都在屬于“當(dāng)前” 節(jié)點的轉(zhuǎn)移函數(shù)的控制范圍內(nèi)，其中函數(shù)的范圍是節(jié)點的一個子集。函數(shù)返回“下一個”（也許是同一個）節(jié)點。這些節(jié)點中至少有一個必須是終態(tài)。當(dāng)?shù)竭_終態(tài)， 狀態(tài)機停止。 　　包含一組狀態(tài)集（states）、一個起始狀態(tài)（start state）、一組輸入符號集（alphabet）、一個映射輸入符號和當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)（transition function）的計算模型。當(dāng)輸入符號串，模型隨即進入起始狀態(tài)。它要改變到新的狀態(tài)，依賴于轉(zhuǎn)換函數(shù)。在有限狀態(tài)機中，會有有許多變量，例如，狀態(tài) 機有很多與動作（actions）轉(zhuǎn)換(Mealy機)或狀態(tài)（摩爾機）關(guān)聯(lián)的動作，多重起始狀態(tài)，基于沒有輸入符號的轉(zhuǎn)換，或者指定符號和狀態(tài)（非定有 限狀態(tài)機）的多個轉(zhuǎn)換，指派給接收狀態(tài)（識別者）的一個或多個狀態(tài)，等等。 　　傳統(tǒng)應(yīng)用程序的控制流程基本是順序的：遵循事先設(shè)定的邏輯，從頭到尾地執(zhí)行。很少有事件能改變標準執(zhí)行流程；而且這些事件主要涉及異常情況?！懊钚袑嵱贸绦颉笔沁@種傳統(tǒng)應(yīng)用程序的典型例子。 　　另一類應(yīng)用程序由外部發(fā)生的事件來驅(qū)動——換言之，事件在應(yīng)用程序之外生成，無法由應(yīng)用程序或程序員來控制。具體需要執(zhí)行的代碼取決于接收到的事件，或者它 相對于其他事件的抵達時間。所以，控制流程既不能是順序的，也不能是事先設(shè)定好的，因為它要依賴于外部事件。事件驅(qū)動的GUI應(yīng)用程序是這種應(yīng)用程序的典 型例子，它們由命令和選擇（也就是用戶造成的事件）來驅(qū)動。 　　Web應(yīng)用程序由提交的表單和用戶請求的網(wǎng)頁來驅(qū)動，它們也可劃歸到上述類 別。但是，GUI應(yīng)用程序?qū)τ诮邮盏降氖录杂幸欢ǔ潭鹊目刂?，因為這些事件要依賴于向用戶顯示的窗口和控件，而窗口和控件是由程序員控制的。Web應(yīng)用 程序則不然，因為一旦用戶采取不在預(yù)料之中的操作（比如使用瀏覽器的歷史記錄、手工輸入鏈接以及模擬一次表單提交等等），就很容易打亂設(shè)計好的應(yīng)用程序邏輯。 　　顯然，必須采取不同的技術(shù)來處理這些情況。它能處理任何順序的事件，并能提供有意義的響應(yīng)——即使這些事件發(fā)生的順序和預(yù)計的不同。有限狀態(tài)機正是為了滿足這方面的要求而設(shè)計的。 　　有限狀態(tài)機是一種概念性機器，它能采取某種操作來響應(yīng)一個外部事件。具體采取的操作不僅能取決于接收到的事件，還能取決于各個事件的相對發(fā)生順序。之所以能 做到這一點，是因為機器能跟蹤一個內(nèi)部狀態(tài)，它會在收到事件后進行更新。為一個事件而響應(yīng)的行動不僅取決于事件本身，還取決于機器的內(nèi)部狀態(tài)。另外，采取 的行動還會決定并更新機器的狀態(tài)。這樣一來，任何邏輯都可建模成一系列事件/狀態(tài)組合。 狀態(tài)機可歸納為4個要素，即現(xiàn)態(tài)、條件、動作、次態(tài)。這樣的歸納，主要是出于對狀態(tài)機的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?！艾F(xiàn)態(tài)”和“條件”是因，“動作”和“次態(tài)”是果。詳解如下： 　　①現(xiàn)態(tài)：是指當(dāng)前所處的狀態(tài)。 　　②條件：又稱為“事件”。當(dāng)一個條件被滿足，將會觸發(fā)一個動作，或者執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。 　　③動作：條件滿足后執(zhí)行的動作。動作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。動作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動作，直接遷移到新狀態(tài)。 ④次態(tài)：條件滿足后要遷往的新狀態(tài)?！按螒B(tài)”是相對于“現(xiàn)態(tài)”而言的，“次態(tài)”一旦被激活，就轉(zhuǎn)變成新的“現(xiàn)態(tài)”了。第二章 電梯控制系統(tǒng)的分析隨高層樓宇的增加，電梯越來越多的走進了人們的生活，對人們的生活的影響越來越大。為了讓電梯更好的服務(wù)人們，各種電梯新技術(shù)不斷地發(fā)展起來。隨著人們生活水平的不斷提高，經(jīng)濟的快速發(fā)展和生產(chǎn)生活的需要，城市高層建筑如雨后春筍拔地而起。與此相應(yīng)，作為一種可以垂直升降運輸?shù)墓ぞ咭浑娞菀驳玫窖该偷陌l(fā)展。現(xiàn)在，電梯己完全融入我們的生活、工作及學(xué)習(xí)中，人們越來越離不開它。因此，它的安全可靠性、迅速準確性、舒適性，對人們來說都是非常重要的。為了確保電梯正常運行、安全使用，一般電梯都有專業(yè)的維修管理人員。他們必須對電梯原理、性能、特點、控制、運行要全面認識和掌握，才能做到對電梯的正確使用、管理及維護。根據(jù)我國有關(guān)部門的規(guī)定，電梯作業(yè)屬于特種作業(yè)，其作業(yè)人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，并經(jīng)理論考試和實踐考核合格后，發(fā)給《特種作業(yè)操作證》方可上崗操作。同時，對電梯操作人員定期考核，讓他們定期參加安全技術(shù)學(xué)習(xí)，扎扎實實地做好電梯維護和保養(yǎng)工作，才能使人們平安長久的使用電梯少，電梯控制系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)．系統(tǒng)要同時對幾百個信號進行接收、處理。由于用戶對電梯功能的要求不斷提高．其相應(yīng)控制方式也在不斷發(fā)生變化。隨著EDA技術(shù)的快速發(fā)展．基于FPGA的微機化控制已廣泛應(yīng)用于電梯電路設(shè)計與控制的各個方面。 我國電梯的發(fā)展概況電梯控制是屬于機電一體化研究領(lǐng)域，它涉及到多個方面，包括:機械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機與拖動理論、自動控制理論、電力拖動自動控制系統(tǒng)、微機技術(shù)和土建工程等多個科學(xué)領(lǐng)域。100多年來，我國電梯行業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷以下幾個階段:①對進口電梯的銷售、安裝、維護階段(19001949年)，這一階段我國電梯擁有數(shù)量僅約1100多臺。②獨立自主、艱苦研制、生產(chǎn)階段(19501979年)，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約1萬臺。③建立三資企業(yè)，行業(yè)快速發(fā)展階段(自1980年至今)，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約40萬臺。目前，我國已經(jīng)成為世界最大的新裝電梯市場和最大的電梯生產(chǎn)國。并且還有著巨大市場和發(fā)展?jié)摿臻g。2002年，中國電梯行業(yè)電梯年產(chǎn)量首次突破6萬臺。中國電梯行業(yè)自改革開放以來第三次發(fā)展浪潮正在掀起。第一次出現(xiàn)在19861988年，當(dāng)時適逢我國高層建筑業(yè)的大規(guī)模浪潮的第一次興起。第二次出現(xiàn)在1995^1997年。應(yīng)該說，隨著我國經(jīng)濟的增長，電梯市場一直保持著旺盛的需求。其次表現(xiàn)在企業(yè)的規(guī)模效益逐步展現(xiàn)。隨著我國經(jīng)濟平穩(wěn)持續(xù)的發(fā)展，尤其是住宅產(chǎn)業(yè)作為國民經(jīng)濟新增長點的提出，為電梯業(yè)的發(fā)展提供了良好的機遇。今后幾年，我國將年建住宅3. 5億平方米，公建項目。隨著城市向大型化、高層化的發(fā)展，我國每年將需要電梯在40000臺以上。如此大的市場需求，將是電梯業(yè)再創(chuàng)輝煌的最好契機。 電梯設(shè)計的具體目的及控制要求使用FPGA完場6層的電梯控制系統(tǒng)?？梢允褂脿顟B(tài)機實現(xiàn)。要求指示電梯所在樓層位置等其他必要的信號。通過仿真結(jié)果驗證其正確性，并在開發(fā)板上進行硬件測試。系統(tǒng)的要求如下：（1） 電梯共有6層。電梯運行規(guī)則：上升時：響應(yīng)比當(dāng)前位置高的上樓要求，由下往上逐個執(zhí)行；如果樓層有下樓請求，直接升到由此請求的最高層，然后進入下降模式。進入下降模式后，只響應(yīng)比當(dāng)前位置低的下樓請求，由上到下逐個執(zhí)行。電梯有6層，每1秒上升或者下降1層。（2） 有信號燈指示電梯處于上升或者下降狀態(tài)，并有數(shù)碼管顯示電梯到達層數(shù)。（3） 每一層有信號燈指示該層電梯門狀態(tài)，有兩個按鍵分別響應(yīng)上升或下降的請求（4） 每一層電梯內(nèi)部有乘客到達樓層的停站請求開關(guān)及其顯示（5） 電梯到達有停站請求的樓層后，電梯門打開，指示燈亮，4秒后電梯門關(guān)閉，指示燈滅，直至執(zhí)行完。最后停在發(fā)出最后一個請求的樓層。（6） 電梯的初始位置為一層，處于開門狀態(tài)。原理與系統(tǒng)設(shè)計思想來源：平時我們上課或者是上自習(xí)都去過東十二樓或者去過科技樓、南一樓，免不了坐坐電梯，對它的基本工作原理我們有知道多少了，這次我們要制作一個智能電梯控制器，必須對它的工作原理有十分清晰的了解。我們設(shè)計的智能電梯控制器應(yīng)該可以實時接受各樓層的上下請求信號及電梯內(nèi)部的?？空埱?，然后根據(jù)這些請求實現(xiàn)對電梯正確的控制:除了頂層和底層外，各樓層均設(shè)有上下請求開關(guān)，頂層和底層分