【正文】 Scale Integration）規(guī)模和技術(shù)復(fù)雜度的急 劇增長(zhǎng)，一塊芯片內(nèi)集成門已可達(dá)幾十萬甚至幾百萬門，并且還在迅速增長(zhǎng)，電子系統(tǒng)的人工設(shè)計(jì)已十分困難，必需依靠電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)。在利用 EDA 進(jìn)行集成電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用高效率的TOPDOWN 設(shè)計(jì)方法，即根據(jù)系統(tǒng)的行為和功能要求，自上而下地依次完成相應(yīng)的描述、綜合、優(yōu)化、仿真與驗(yàn)證，直到生成器件。在電路描述時(shí)主要采用硬件描述語言（ HDL） 。硬件描述語言是用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語言，它描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接方式。設(shè)計(jì)者可以利用 HDL 程序來描述所希望的電路系統(tǒng)，規(guī)定其結(jié)構(gòu)性和電路的行為方式；然 后利用 EDA 工具將此程序變成能控制 場(chǎng)效應(yīng)可編程門陣列（ Field Programmable Gate Array） /復(fù)雜可編程邏輯器件（ Complex Programmable Logic Device）內(nèi)部結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯功能的門級(jí)或更底層的結(jié)構(gòu)網(wǎng)表文件和下載文件。就FPGA/CPLD 開發(fā)來說，比較常用和流行的 HDL 主要有 ABELHDL 和 VHDL 等。 EDA 技術(shù)的基本特征和基本工具總的來說，現(xiàn)代 EDA 技術(shù)的基本特征是采用高級(jí)語言描述，具有系統(tǒng)級(jí)仿真和綜合能力。它主要采用并行工程和 “ 自頂向下 ” 的設(shè)計(jì)方 3 法 ，使開發(fā)者從一開始就要考慮到產(chǎn)品生成周期的諸多方面，包括質(zhì)量、成本、開發(fā)時(shí)間及用戶的需求等等，然后從系統(tǒng)設(shè)計(jì)入手，在頂層進(jìn)行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在方框圖一級(jí)進(jìn)行仿真、糾錯(cuò)、并用 VHDL、 VerilogHDL、 ABEL 等硬件描述語言對(duì)高層次的系統(tǒng)行為進(jìn)行描述，在系統(tǒng)一級(jí)進(jìn)行驗(yàn)證，然后再用邏輯綜合優(yōu)化工具生成具體的門級(jí)邏輯電路的網(wǎng)表，其對(duì)應(yīng)的物理實(shí)現(xiàn)級(jí)可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。?jiǎn)單來說就是依賴功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，在 EDA 工具軟件平臺(tái)上，對(duì)以硬件描述語言 HDL 為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)地 完成邏輯編譯 、 邏輯化簡(jiǎn) 、 邏輯分割 、 邏輯綜合 、 結(jié)構(gòu)綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真測(cè)試，直至實(shí)現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 從另一方面看，在現(xiàn)代高新電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，微電子技術(shù)和現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)是相互促進(jìn) 、 相互推動(dòng)又相互制約的兩個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。前者代表了物理層在廣度和深度上硬件電路實(shí)現(xiàn)的發(fā)展，后者則反映了現(xiàn)代先進(jìn)的電子理論 、 電子技術(shù) 、 仿真技術(shù) 、設(shè)計(jì)工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)與最新的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)有機(jī)的融合和升華。因此，嚴(yán)格地說， EDA技術(shù)應(yīng)該是這二者的結(jié)合，是這兩個(gè)技術(shù)領(lǐng)域共同孕育的奇葩。 VHDL語言介紹 VHDL 語言于 1983 年由美國國防部發(fā)起創(chuàng)建，由 電工和電子工程師協(xié)會(huì)（ the Institute of Electrical and Electronics Engineers）進(jìn)一步發(fā)展并在 1987 年作為“ IEEE 1076”發(fā)布。從此， VHDL 成為硬件描述語言的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)之一。 VHDL 作為一個(gè)規(guī)范語言和建模語言，具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。 VHDL 具有與具體硬件電路無關(guān)和設(shè)計(jì)平臺(tái)無關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為 描述和系統(tǒng)描述的能力， 并在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方面，表現(xiàn)了強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用潛力。 MAX+plusII 軟件介紹 MAX+plusII 是 Altera 公司提供的 FPGA/CPLD 開發(fā)集成環(huán)境，其界面友好，使用便捷，被譽(yù)為業(yè)界最易用意學(xué)的 EDA 軟件，目前已發(fā)行到 版本。它提供了一種與結(jié)構(gòu)無關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入 、 快速處理和器件編程。 在MAX+plusII 平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程一般要經(jīng)過四個(gè)階段：設(shè)計(jì)輸入、項(xiàng)目編譯、項(xiàng)目校驗(yàn)和器件編程。首先根據(jù)系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行功 能劃分和模塊劃分。對(duì)各子模塊分別進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)、編譯、仿真與驗(yàn)證。當(dāng)不滿足要求 4 時(shí)，重新返回設(shè)計(jì)輸入階段，修改設(shè)計(jì)輸入。之后將優(yōu)化結(jié)果下載到所選 可擦寫可編程邏輯器件（ Eraserable Programmable Logic Device）芯片中，進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。最后則是測(cè)試芯片在系統(tǒng)中的實(shí)際運(yùn)行性能。其具體的流程圖如圖 1 所示。 圖 1 MAX+plusII 設(shè)計(jì)流程 該方法將問題的解決放在硬件組裝之前，既簡(jiǎn)化了 設(shè)計(jì)過程，又可以減少設(shè)備投資，縮短設(shè)計(jì)周期，增強(qiáng)設(shè)計(jì)者對(duì)設(shè)計(jì)過程的分析和制造的可控性。 Altera 的工作與 EDA 廠家之間緊密合作，使 MAX+plusII 軟件與其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)輸入、綜合與校驗(yàn)工具具有良好的兼容性。目前， MAX+plusII 支持多種第三方 EDA工具接口，包括： （ 1） Cadence；（ 2） Exemplarlogic；（ 3） Mentor Graphics；（ 4） Synopsys； （ 5） Synplicity；（ 6） Viewlogic。 MAX+plusII 軟件與其設(shè)計(jì)流程的每個(gè)階段都匹配有強(qiáng) 大的設(shè)計(jì)軟件，其軟件組成如圖 2 所示： 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)輸入 設(shè)計(jì)編譯 功能檢驗(yàn) 時(shí)序檢驗(yàn) 器件編程 修改設(shè)計(jì) 5 M A X + p l u s I I信 息 處 理 器和層 次 顯 示設(shè) 計(jì) 輸 入M A X + p l u s I I文 本 編 輯 器M A X + p l u s I I圖 形 編 輯 器項(xiàng) 目 校 驗(yàn)M A X + p l u s I I時(shí) 間 分 析 器項(xiàng) 目 編 譯編 譯 器 網(wǎng) 絡(luò) 提 取 器數(shù) 據(jù) 庫 建 庫 器邏 輯 綜 合 器適 配器 件 編 程M A X + p l u s I I編 程 器 圖 2 MAX+plusII 的軟件組成 3 文獻(xiàn)綜述 PLC 在電梯控制中的應(yīng)用介紹 由當(dāng)初的 繼電器邏輯控制電路到今天廣為應(yīng)用的可編程邏輯控制器及微機(jī)控制系統(tǒng)， 電梯控制的發(fā)展經(jīng)歷了相當(dāng)一段歷程。 （李惠升， 2020）為了實(shí)現(xiàn)電梯的控制，過去大多是采用 繼電器邏輯電路，這種邏輯控制方式具有原理簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)，但是通用性較差，對(duì)不同的樓層和不同的控制方式，其原理圖、接線圖等必須重新制作，且控制系統(tǒng)由許多繼 電器觸點(diǎn)組成，接線復(fù)雜、故障率高。因此，它逐漸被可靠性高、通用性強(qiáng)的可編程序控制器及微機(jī)控制系統(tǒng)所代替。 由 PLC 或微機(jī)實(shí)現(xiàn)繼電器的邏輯控制功能，具有較大的靈活性，不同的控制方式可用相同的硬件，只是軟件各不相同。只要把按鈕、限位開關(guān)、光電開關(guān)、無觸點(diǎn)行程開關(guān)等電器元件作為輸入信號(hào)，而把制動(dòng)器、接觸器等功率輸出元件接到輸出端，就算完成了接線任務(wù)。通常，電梯功能、層數(shù)變化時(shí)，無需增減繼電器和大量的電路。 PLC 是一種用于自動(dòng)控制的專用微機(jī)，實(shí)質(zhì)上屬于微機(jī)控制方式。 PLC 在設(shè)計(jì)和制造上采取了許多抗干擾措施，輸入輸出 均有光電隔離。能在較惡劣的各種環(huán)境里工作、可靠性高， 6 適合于安全性要求較高的電梯控制。 PLC 將 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口等做成一體，使用方便，擴(kuò)展容易。具有繼電器系統(tǒng)的直觀、易懂、易學(xué)，應(yīng)用操作和調(diào)試方便等優(yōu)勢(shì)。因此，目前在國產(chǎn)電梯及中低檔的客梯廣泛采用了 PLC 控制系統(tǒng)，特別適合在用電梯的技術(shù)改造。 （馬宏騫， 2020）電梯既是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，具有完善的機(jī)械專用構(gòu)造，又是一種比較復(fù)雜的機(jī)電一體化的大型工業(yè)產(chǎn)品，具有復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。就電梯的控制方法而言，目前國產(chǎn)電梯廣泛采用可編程控制器技術(shù)的智能化控 制。由于這種控制屬于隨機(jī)控制，各種輸入信號(hào)之間、輸出信號(hào)之間以及輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間互相關(guān)聯(lián)，邏輯關(guān)系處理起來非常復(fù)雜，這就給 PLC 編程帶來很大難度。從這種意義上來說，PLC 編程水平的高低就決定電梯運(yùn)行狀態(tài)的好壞，因此 PLC 應(yīng)用在電梯控制電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)。 PLC 充分利用了微型計(jì)算機(jī)的原理和技術(shù)，具有很強(qiáng)的邏輯處理能力，在電梯運(yùn)行控制中發(fā)揮了重要作用。由于電梯在運(yùn)行過程中各種輸入信號(hào)是隨機(jī)出現(xiàn)的，即信號(hào)的出現(xiàn)具有不確定性，同時(shí)信號(hào)需要自鎖保持、互鎖保存、優(yōu)先級(jí)排隊(duì)、數(shù)據(jù)比較 等，因此信號(hào)之間就存在復(fù)雜的邏輯關(guān)系。所以在電梯的運(yùn)行控制中， PLC 的編程工作主要 是針對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷和處理。 單片機(jī)在電梯控制中的應(yīng)用介紹 （張婭莉等， 2020）單片機(jī)體積小，處理速度快，價(jià)格低廉，功能強(qiáng)大，是合適的控制系統(tǒng)。對(duì)電梯的控制主要是選層、啟動(dòng)、換速、平層、停車等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中以選層環(huán)節(jié)最為復(fù)雜。與通常的電器控制相比，單片機(jī)系統(tǒng)不需要通過“選層器”并且配備以大量的中間繼電器作為選層電路的控制設(shè)備，避免了設(shè)備多，檢修困難，運(yùn)行維護(hù)不便，造價(jià)成本高；應(yīng)用微機(jī)控制可以取消選層器和大量 的中間繼電器。而且應(yīng)用單片機(jī)控制又相對(duì)于應(yīng)用其他微機(jī)減少了外圍設(shè)備的接口芯片，增強(qiáng)了可靠性。 其程序流程如圖 3 所示。 7 初 始 化在 一 樓 ？有 上 呼關(guān) 門 或 定 時(shí) 到輸 出 關(guān) 門 信 號(hào)置 上 行 啟 動(dòng)到 減 速 點(diǎn)本 層 內(nèi) 選 上 呼輸 出 減 速 控 制到 二 樓停 車二 層 處 理查 詢開 始YYYYYNNNNN 圖 3 程序流程（部分） 8 電梯控制的未來 電梯產(chǎn)業(yè)將 走上 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(shì)。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)展都會(huì)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(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，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(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。 4 總體方案的確定 基于 PLC 技術(shù)的電梯控制設(shè)計(jì)方案 可編程控制系 統(tǒng) 是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。 可編程控制器是計(jì)算機(jī)技術(shù)與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合而開發(fā)的一種適用工業(yè)環(huán)境的新型通用自動(dòng)控制裝置，是作為傳統(tǒng)繼電器的替換產(chǎn)品而出現(xiàn)的。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，可編程控制器更多地具有了計(jì)算機(jī)的功能，不僅能實(shí)現(xiàn)邏輯控制，還具有 了數(shù)據(jù)處理、通信、網(wǎng)絡(luò)等功能。由于它可通過軟件來改變控制過程，而且具有體積小、組裝維護(hù)方便、編程簡(jiǎn)單、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域，大大推進(jìn)了機(jī)電一體化的進(jìn)程。 PLC 的 特點(diǎn) 可綜述如下 ： （ 1） 高可靠性 （ 2） 編程簡(jiǎn)單，使用方便 （ 可采用梯形圖編程方式，與實(shí)際繼電器控制電路非常接近，一般電氣工作者很容易接受 ） （ 3） 環(huán)境要求低 （ 適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境 ） 9 （ 4） 體積小，重量輕 （ 5） 擴(kuò)充方便，組合靈活 PLC 硬件框圖如圖 4 所示： 圖 4 PLC 硬件框圖 基于 EDA 技術(shù) 的電梯控制設(shè)計(jì)方案 隨著 電子 技術(shù)的發(fā)展， EDA 技術(shù) 在工業(yè)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在電梯控制電路 上采用 EDA 技術(shù)進(jìn)行開發(fā) ，越來越受到人們的重視。 EDA 技術(shù)開發(fā)手段多樣，其中應(yīng)用最為廣泛的就是通過程序?qū)τ布M(jìn)行開發(fā)，而其中又?jǐn)?shù) VHDL 語言最受設(shè)計(jì)者的歡迎。 EDA 技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語言和 EDA軟件來完成對(duì)系統(tǒng)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。 近幾年來，硬件描述語言等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)格式的逐步標(biāo)準(zhǔn)化，不同設(shè)計(jì)風(fēng)格和應(yīng)用的要求導(dǎo)致各具特色的 EDA 工具被集成在同一個(gè)工作站上，從而使 EDA 框架日趨標(biāo)準(zhǔn)化 。（王志鵬等， 2020） 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(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真模擬。 其 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。 VHDL 語言的設(shè)計(jì)單元包括實(shí)體（ entity） 、結(jié)構(gòu)體 (architecture)、程序包（ package）以及配置（ configration）。 初級(jí)設(shè)計(jì)單元――實(shí)體（ entity） ,是設(shè)計(jì)的基本模塊和設(shè)計(jì)的初級(jí)單元，在分層次設(shè)計(jì)中，頂層有頂級(jí)實(shí)體，含在頂級(jí)實(shí)體中的較低層次的描述為低級(jí)實(shí)體 ，靠配置把頂層 10 實(shí)體和底層實(shí)體連接起來。實(shí)體說明中還可以說明數(shù)據(jù)類型、子程序和常量等數(shù)據(jù)信息，實(shí)體語句常用于描述設(shè)計(jì)常用到的判斷和檢查信息。 次級(jí)設(shè)計(jì)單元――結(jié)構(gòu)體 (architecture)，實(shí)體的結(jié)構(gòu)體具有描述實(shí)體的行為功能，一個(gè)實(shí)體可以有多個(gè)結(jié)構(gòu)體，一種可能為行為描述，另一種可能為結(jié)構(gòu)描述。結(jié)構(gòu)體能以