【正文】 單元高比率的優(yōu)點(diǎn)。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(gè)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(gè)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(jì)隨著系統(tǒng)升級(jí)或者動(dòng)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(yùn)行。 FPGA工作原理　　FPGA采用了邏輯單元陣列LCA（Logic Cell Array）這樣一個(gè)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(gè)部分。 FPGA的基本特點(diǎn)　　1）采用FPGA設(shè)計(jì)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(jì)周期最短、開(kāi)發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)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(shuō)，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(lái)設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時(shí)需要對(duì)片內(nèi)的RAM進(jìn)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(shí)，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(jìn)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(wú)須專(zhuān)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(shí)，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(yǔ)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(guó)國(guó)防部確認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)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(yǔ)句外，VHDL的語(yǔ)言形式和描述風(fēng)格與句法是十分類(lèi)似于一般的計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言。VHDL的程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，或稱設(shè)計(jì)實(shí)體（可以是一個(gè)元件，一個(gè)電路模塊或一個(gè)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(shí)體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在對(duì)一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開(kāi)發(fā)完成后，其他的設(shè)計(jì)就可以直接調(diào)用這個(gè)實(shí)體。這種將設(shè)計(jì)實(shí)體分成內(nèi)外部分的概念是VHDL系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本點(diǎn)。 VHDL語(yǔ)言的發(fā)展在集成電路制造工藝的發(fā)展的過(guò)程中，微電子設(shè)計(jì)工藝已經(jīng)達(dá)到了深亞微米時(shí)代，在EDA設(shè)計(jì)中主要有軟硬件協(xié)作設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)有的工具支持SOC設(shè)計(jì)尚有難度，迫切需要提高設(shè)計(jì)能力。在設(shè)計(jì)語(yǔ)言中，由于VHL和Verilog HDL是目前通用的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，在設(shè)計(jì)大系統(tǒng)時(shí)，不夠方便直觀，所以需要進(jìn)一步完善。電子產(chǎn)品隨著技術(shù)的進(jìn)步，更新?lián)Q代日新月異，而掌握電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的動(dòng)力源—EDA技術(shù)，是我們國(guó)家工程技術(shù)人員不可推卸的責(zé)任，因?yàn)橹袊?guó)的設(shè)計(jì)公司大多還處在發(fā)展的初級(jí)階段，所使用的設(shè)計(jì)工具都是幾年前國(guó)外的主流工具。 VHDL語(yǔ)言的特點(diǎn)　　VHDL 語(yǔ)言能夠成為標(biāo)準(zhǔn)化的硬件描述語(yǔ)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(yǔ)言所不具備的優(yōu)點(diǎn)。歸納起來(lái) ,VHDL 語(yǔ)言主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：[1] 　　(1) VHDL 語(yǔ)言功能強(qiáng)大 , 設(shè)計(jì)方式多樣 　　VHDL 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的語(yǔ)言結(jié)構(gòu), 只需采用簡(jiǎn)單明確的VHDL語(yǔ)言程序就可以描述十分復(fù)雜的硬件電路。同時(shí), 它還具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能。此外 ,VHDL 語(yǔ)言能夠同時(shí)支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn), 這是其他硬件描述語(yǔ)言所不能比擬的。VHDL 語(yǔ)言設(shè)計(jì)方法靈活多樣 , 既支持自頂向下的設(shè)計(jì)方式, 也支持自底向上的設(shè)計(jì)方法。 既支持模塊化設(shè)計(jì)方法, 也支持層次化設(shè)計(jì)方法。 　　(2) VHDL 語(yǔ)言具有強(qiáng)大的硬件描述能力 　　VHDL 語(yǔ)言具有多層次的電路設(shè)計(jì)描述功能，既可描述系統(tǒng)級(jí)電路 , 也可以描述門(mén)級(jí)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(shí)，VHDL 語(yǔ)言也支持慣性延遲和傳輸延遲，這樣可以準(zhǔn)確地建立硬件電路的模型。VHDL 語(yǔ)言的強(qiáng)大描述能力還體現(xiàn)在它具有豐富的數(shù)據(jù)類(lèi)型。VHDL 語(yǔ)言既支持標(biāo)準(zhǔn)定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，也支持用戶定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型，這樣便會(huì)給硬件描述帶來(lái)較大的自由度。 　　(3) VHDL 語(yǔ)言具有很強(qiáng)的移植能力 　　VHDL 語(yǔ)言很強(qiáng)的移植能力主要體現(xiàn)在: 對(duì)于同一個(gè)硬件電路的 VHDL 語(yǔ)言描述 , 它可以從一個(gè)模擬器移植到另一個(gè)模擬器上、從一個(gè)綜合器移植到另一個(gè)綜合器上或者從一個(gè)工作平臺(tái)移植到另一個(gè)工作平臺(tái)上去執(zhí)行。 　　(4) VHDL 語(yǔ)言的設(shè)計(jì)描述與器件無(wú)關(guān) 　　采用 VHDL 語(yǔ)言描述硬件電路時(shí), 設(shè)計(jì)人員并不需要首先考慮選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)的器件。這樣做的好處是可以使設(shè)計(jì)人員集中精力進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的優(yōu)化, 而不需要考慮其他的問(wèn)題。當(dāng)硬件電路的設(shè)計(jì)描述完成以后 ,VHDL 語(yǔ)言允許采用多種不同的器件結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 　　(5) VHDL 語(yǔ)言程序易于共享和復(fù)用 　　VHDL 語(yǔ)言采用基于庫(kù) ( library) 的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中 , 設(shè)計(jì)人員可以建立各種可再次利用的模塊 , 一個(gè)大規(guī)模的硬件電路的設(shè)計(jì)不可能從門(mén)級(jí)電路開(kāi)始一步步地進(jìn)行設(shè)計(jì) , 而是一些模塊的累加。這些模塊可以預(yù)先設(shè)計(jì)或者使用以前設(shè)計(jì)中的存檔模塊, 將這些模塊存放在庫(kù)中 , 就可以在以后的設(shè)計(jì)中進(jìn)行復(fù)用。 由于 VHDL 語(yǔ)言是一種描述、模擬、綜合、優(yōu)化和布線的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語(yǔ)言 , 因此它可以使設(shè)計(jì)成果在設(shè)計(jì)人員之間方便地進(jìn)行交流和共享, 從而減小硬件電路設(shè)計(jì)的工作量, 縮短開(kāi)發(fā)周期。 VHDL語(yǔ)言程序的基本結(jié)構(gòu)實(shí)體（Entity）結(jié)構(gòu)體 (Architecture) 包集合(Package) 配(Configuration) 庫(kù)(Library)關(guān)于狀態(tài)機(jī)的一個(gè)極度確切的描述是它是一個(gè)有向圖形，由一組節(jié)點(diǎn)和一組相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)組成。狀態(tài)機(jī)通過(guò)響應(yīng)一系列事件而“運(yùn)行”。每個(gè)事件都在屬于“當(dāng)前” 節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的一個(gè)子集。函數(shù)返回“下一個(gè)”（也許是同一個(gè)）節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)中至少有一個(gè)必須是終態(tài)。當(dāng)?shù)竭_(dá)終態(tài)， 狀態(tài)機(jī)停止。 　　包含一組狀態(tài)集（states）、一個(gè)起始狀態(tài)（start state）、一組輸入符號(hào)集（alphabet）、一個(gè)映射輸入符號(hào)和當(dāng)前狀態(tài)到下一狀態(tài)的轉(zhuǎn)換函數(shù)（transition function）的計(jì)算模型。當(dāng)輸入符號(hào)串，模型隨即進(jìn)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(jī)中，會(huì)有有許多變量，例如，狀態(tài) 機(jī)有很多與動(dòng)作（actions）轉(zhuǎn)換(Mealy機(jī))或狀態(tài)（摩爾機(jī)）關(guān)聯(lián)的動(dòng)作，多重起始狀態(tài)，基于沒(méi)有輸入符號(hào)的轉(zhuǎn)換，或者指定符號(hào)和狀態(tài)（非定有 限狀態(tài)機(jī)）的多個(gè)轉(zhuǎn)換，指派給接收狀態(tài)（識(shí)別者）的一個(gè)或多個(gè)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(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行流程；而且這些事件主要涉及異常情況?！懊钚袑?shí)用程序”是這種傳統(tǒng)應(yīng)用程序的典型例子。 　　另一類(lèi)應(yīng)用程序由外部發(fā)生的事件來(lái)驅(qū)動(dòng)——換言之，事件在應(yīng)用程序之外生成，無(wú)法由應(yīng)用程序或程序員來(lái)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(duì)于其他事件的抵達(dá)時(shí)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?yàn)樗蕾囉谕獠渴录?。事件?qū)動(dòng)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(lái)驅(qū)動(dòng)。 　　Web應(yīng)用程序由提交的表單和用戶請(qǐng)求的網(wǎng)頁(yè)來(lái)驅(qū)動(dòng)，它們也可劃歸到上述類(lèi) 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?yàn)檫@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?yàn)橐坏┯脩舨扇〔辉陬A(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(jì)好的應(yīng)用程序邏輯。 　　顯然，必須采取不同的技術(shù)來(lái)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(jì)的不同。有限狀態(tài)機(jī)正是為了滿足這方面的要求而設(shè)計(jì)的。 　　有限狀態(tài)機(jī)是一種概念性機(jī)器，它能采取某種操作來(lái)響應(yīng)一個(gè)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(gè)事件的相對(duì)發(fā)生順序。之所以能 做到這一點(diǎn)，是因?yàn)闄C(jī)器能跟蹤一個(gè)內(nèi)部狀態(tài)，它會(huì)在收到事件后進(jìn)行更新。為一個(gè)事件而響應(yīng)的行動(dòng)不僅取決于事件本身，還取決于機(jī)器的內(nèi)部狀態(tài)。另外，采取 的行動(dòng)還會(huì)決定并更新機(jī)器的狀態(tài)。這樣一來(lái)，任何邏輯都可建模成一系列事件/狀態(tài)組合。 狀態(tài)機(jī)可歸納為4個(gè)要素，即現(xiàn)態(tài)、條件、動(dòng)作、次態(tài)。這樣的歸納，主要是出于對(duì)狀態(tài)機(jī)的內(nèi)在因果關(guān)系的考慮?！艾F(xiàn)態(tài)”和“條件”是因，“動(dòng)作”和“次態(tài)”是果。詳解如下： 　?、佻F(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(gè)條件被滿足，將會(huì)觸發(fā)一個(gè)動(dòng)作，或者執(zhí)行一次狀態(tài)的遷移。 　?、蹌?dòng)作：條件滿足后執(zhí)行的動(dòng)作。動(dòng)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(dòng)作不是必需的，當(dāng)條件滿足后，也可以不執(zhí)行任何動(dòng)作，直接遷移到新?tīng)顟B(tài)。 ④次態(tài)：條件滿足后要遷往的新?tīng)顟B(tài)?！按螒B(tài)”是相對(duì)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(lái)越多的走進(jìn)了人們的生活，對(duì)人們的生活的影響越來(lái)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(lái)。隨著人們生活水平的不斷提高，經(jīng)濟(jì)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(yùn)輸?shù)墓ぞ咭浑娞菀驳玫窖该偷陌l(fā)展?，F(xiàn)在，電梯己完全融入我們的生活、工作及學(xué)習(xí)中，人們?cè)絹?lái)越離不開(kāi)它。因此，它的安全可靠性、迅速準(zhǔn)確性、舒適性，對(duì)人們來(lái)說(shuō)都是非常重要的。為了確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，一般電梯都有專(zhuān)業(yè)的維修管理人員。他們必須對(duì)電梯原理、性能、特點(diǎn)、控制、運(yùn)行要全面認(rèn)識(shí)和掌握，才能做到對(duì)電梯的正確使用、管理及維護(hù)。根據(jù)我國(guó)有關(guān)部門(mén)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(guò)專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)，并經(jīng)理論考試和實(shí)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(shí)，對(duì)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(shí)實(shí)地做好電梯維護(hù)和保養(yǎng)工作，才能使人們平安長(zhǎng)久的使用電梯少，電梯控制系統(tǒng)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)．系統(tǒng)要同時(shí)對(duì)幾百個(gè)信號(hào)進(jìn)行接收、處理。由于用戶對(duì)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(jī)化控制已廣泛應(yīng)用于電梯電路設(shè)計(jì)與控制的各個(gè)方面。 我國(guó)電梯的發(fā)展概況電梯控制是屬于機(jī)電一體化研究領(lǐng)域，它涉及到多個(gè)方面，包括:機(jī)械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)理論、自動(dòng)控制理論、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)、微機(jī)技術(shù)和土建工程等多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。100多年來(lái)，我國(guó)電梯行業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷以下幾個(gè)階段:①對(duì)進(jìn)口電梯的銷(xiāo)售、安裝、維護(hù)階段(19001949年)，這一階段我國(guó)電梯擁有數(shù)量?jī)H約1100多臺(tái)。②獨(dú)立自主、艱苦研制、生產(chǎn)階段(19501979年)，這一階段我國(guó)共生產(chǎn)安裝電梯約1萬(wàn)臺(tái)。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(guó)共生產(chǎn)安裝電梯約40萬(wàn)臺(tái)。目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界最大的新裝電梯市場(chǎng)和最大的電梯生產(chǎn)國(guó)。并且還有著巨大市場(chǎng)和發(fā)展?jié)摿臻g。2002年，中國(guó)電梯行業(yè)電梯年產(chǎn)量首次突破6萬(wàn)臺(tái)。中國(guó)電梯行業(yè)自改革開(kāi)放以來(lái)第三次發(fā)展浪潮正在掀起。第一次出現(xiàn)在19861988年，當(dāng)時(shí)適逢我國(guó)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(shuō)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，電梯市場(chǎng)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(guó)經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)持續(xù)的發(fā)展，尤其是住宅產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)新增長(zhǎng)點(diǎn)的提出，為電梯業(yè)的發(fā)展提供了良好的機(jī)遇。今后幾年，我國(guó)將年建住宅3. 5億平方米，公建項(xiàng)目。隨著城市向大型化、高層化的發(fā)展，我國(guó)每年將需要電梯在40000臺(tái)以上。如此大的市場(chǎng)需求，將是電梯業(yè)再創(chuàng)輝煌的最好契機(jī)。 電梯設(shè)計(jì)的具體目的及控制要求使用FPGA完場(chǎng)6層的電梯控制系統(tǒng)。可以使用狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)。要求指示電梯所在樓層位置等其他必要的信號(hào)。通過(guò)仿真結(jié)果驗(yàn)證其正確性，并在開(kāi)發(fā)板上進(jìn)行硬件測(cè)試。系統(tǒng)的要求如下：（1） 電梯共有6層。電梯運(yùn)行規(guī)則：上升時(shí)：響應(yīng)比當(dāng)前位置高的上樓要求，由下往上逐個(gè)執(zhí)行；如果樓層有下樓請(qǐng)求，直接升到由此請(qǐng)求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。進(jìn)入下降模式后，只響應(yīng)比當(dāng)前位置低的下樓請(qǐng)求，由上到下逐個(gè)執(zhí)行。電梯有6層，每1秒上升或者下降1層。（2） 有信號(hào)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(dá)層數(shù)。（3） 每一層有信號(hào)燈指示該層電梯門(mén)狀態(tài)，有兩個(gè)按鍵分別響應(yīng)上升或下降的請(qǐng)求（4） 每一層電梯內(nèi)部有乘客到達(dá)樓層的停站請(qǐng)求開(kāi)關(guān)及其顯示（5） 電梯到達(dá)有停站請(qǐng)求的樓層后，電梯門(mén)打開(kāi)，指示燈亮，4秒后電梯門(mén)關(guān)閉，指示燈滅，直至執(zhí)行完。最后停在發(fā)出最后一個(gè)請(qǐng)求的樓層。（6） 電梯的初始位置為一層，處于開(kāi)門(mén)狀態(tài)。原理與系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想來(lái)源：平時(shí)我們上課或者是上自習(xí)都去過(guò)東十二樓或者去過(guò)科技樓、南一樓，免不了坐坐電梯，對(duì)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(gè)智能電梯控制器，必須對(duì)它的工作原理有十分清晰的了解。我們?cè)O(shè)計(jì)的智能電梯控制器應(yīng)該可以實(shí)時(shí)接受各樓層的上下請(qǐng)求信號(hào)及電梯內(nèi)部的?？空?qǐng)求，然后根據(jù)這些請(qǐng)求實(shí)現(xiàn)對(duì)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(qǐng)求開(kāi)關(guān)，頂層和底層分