【正文】 ，討論六層電梯控制器設(shè)計的思路、示意圖、結(jié)構(gòu)圖、流程圖及程序仿真圖。將設(shè)計在 EDA 工具 QuartusII 下進(jìn)行時序仿真，得到仿真結(jié)果，驗證六層電梯控制器設(shè)計的正確性 。 針對我國樓層層數(shù)的基本水平，本著 “一理通，百理明 ”的原則，本設(shè)計希望通過 設(shè)計簡單的六層電梯控制器，為廣大電梯設(shè)計者提供一個 設(shè)計 基礎(chǔ)。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 2 第一章 緒 論 問 題的提出 人口壓力和土地資源短缺的矛盾日趨激化，我國地少人多的國情 注定了我們必須 有效 解決人與土地的矛盾。興建高層建筑是有效措施之一，隨之 高樓大廈的聳立， 電梯業(yè)便應(yīng)運而生。隨著我國城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場 的發(fā)展 越來越 迅速 ，人們對電梯的要求越來越高。如何更快捷 、更安全 地到達(dá)目的樓層，成為了人們對電梯的最根本的要求。因此，本設(shè)計就六層電梯控制器設(shè)計為例，結(jié)合 EDA 技術(shù)對電梯控制進(jìn)行設(shè)計。 單片機技術(shù)在電梯控制中的應(yīng)用 單片機是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU 隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器 ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器 等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、 脈寬調(diào)制 電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、 A/D 轉(zhuǎn)換器 等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。 單片機體積小，價格低廉，處理速度快，可靠性好，易擴展，控制功能強，易開發(fā)，是合適的控制系統(tǒng)。對電梯的控制主要是選層、啟層、換速、平層、停車等幾個環(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，運行維護不便，造價成本高。應(yīng)用微機控制可以取消選層器和大量中間繼電器。而且應(yīng)用單片機控制又相當(dāng)于應(yīng)用其他微機減少了外圍設(shè)備的接口芯片，增強了可靠性。 PLC 技術(shù) 在 電梯控制 中 的應(yīng)用 PLC（可編程控制器）作為一種工業(yè)控制微型計算機，它以其編程方便、操作簡單尤其是它的高可控性等優(yōu)點，在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。它應(yīng)用大規(guī)模集成電路，微型機技術(shù)和通訊技術(shù)的發(fā)展成果，逐步形成了具有多種優(yōu)點和微型，中型，大型，超大型等各種規(guī)格的系列產(chǎn)品，應(yīng)用于從繼電器控 制系統(tǒng)到監(jiān)控計算機之間的許多控制領(lǐng)域。隨著社會的不斷發(fā)展，樓房越來越高，而電梯成為了高層樓房的必須設(shè)備。 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控制系統(tǒng)，電梯控制的發(fā)展經(jīng)歷了相當(dāng)一段歷程。為了實現(xiàn)電梯的控制，過去大多是采用繼電器邏輯電路，這種邏輯控江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 制方式具有原理簡單、直觀的特點，但通用性較差，對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、通用性強的可編程序控制器 及微機控制系統(tǒng)所代替。 由 PLC 或微機實現(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)、無觸點行程開關(guān)等電器元件作為輸入信號，而把制動器、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，無需增減繼電器和大量的電路。 PLC 是一種用于自動控制的專用微機，實質(zhì)上屬于微機控制方式。 PLC 在設(shè)計和 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，適合于安全性要求較高的電梯控制。 PLC 將 CPU、存儲器、 I/O 接口等做成一體，使用方便，擴展容易。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。因此，目前在國產(chǎn)電梯及中低檔的客梯廣泛應(yīng)用了 PLC 控制系統(tǒng)，特別適用在用電梯的技術(shù)改造。 電梯既是一種特殊的起重運輸設(shè)備，具有完善的機械專用結(jié)構(gòu)，又是一種比較復(fù)雜的機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控制，各種輸入信號之間、輸出信號之間以及輸入信號和輸出信號之間互相關(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行狀態(tài)的好壞，因此 PLC 應(yīng)用在電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運行的關(guān)鍵技術(shù)。 PLC 充分利用了微型計算機的原理和技術(shù)，具有很強的邏輯處理能力，在電梯運行控制中發(fā)揮了重要作用。由于電梯在運行過程中各種輸入信號是隨機出現(xiàn)的，即信號的出現(xiàn)具有不確定性，同時信號需要自鎖保持、互鎖保存、優(yōu)先級排隊、數(shù)據(jù)比較等，因此信號之間就存在復(fù)雜的邏輯關(guān)系。所以在電梯的運行控制中， PLC 的編程工作主要是針對各種信號進(jìn)行邏輯判斷和處理。 EDA 技術(shù)在電梯 控制 中 的應(yīng)用 在現(xiàn)代高新電子產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)中，微電子技術(shù)和現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)是相互促進(jìn)、相互推進(jìn)又相互制約的兩個技術(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)計工藝和設(shè)計技術(shù)與最新的計算機軟件技術(shù)有機的融合和升華。因此，嚴(yán)格的說， EDA 技術(shù)應(yīng)該是這兩者的江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 結(jié)合，是這兩種技術(shù)領(lǐng)域共同孕育的奇葩。 EDA 技術(shù)在硬件實現(xiàn)方面融合了大規(guī)模集成電路制造技術(shù)、 IC 版圖設(shè)計技術(shù)、 ASIC測試和封裝技術(shù)、 FPGA（ Field Programmable Gate Array） /CPLD(Complex Programmable Logic Device)編程下載技術(shù)、自動測試技術(shù)等；在計算機輔助工程方面融合了計算機輔助設(shè)計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機輔助測試（ CAT）、計算機輔助工程（ CAE）技術(shù)以及多種計算機語言的設(shè)計概念；而在現(xiàn)代電子學(xué)方面 則容納了跟多的內(nèi)容 ， 如電子線路設(shè)計理論、數(shù)字信號處理技術(shù)、數(shù)字系統(tǒng)建模和優(yōu)化技術(shù)及基于微波技術(shù)的長線技術(shù)理論等。因此 EDA 技術(shù)為現(xiàn)代電子理論和設(shè)計的表達(dá)與實現(xiàn)提供了可能性。 EDA 技術(shù) 已 不是某一學(xué)科的分支， 或某種新的技能技術(shù)，它 應(yīng)該 是一 門 綜合性學(xué)科，它 融合多學(xué)科于一體， 又滲透于各個學(xué)科之中。它 打破了軟件和硬件間的壁壘，使計算機的軟件 技術(shù) 與硬件實現(xiàn)、設(shè)計效率和產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。 VHDL 具有與具體硬件電路無關(guān)和設(shè) 計平臺無關(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， 在語言易讀性和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計方面，表現(xiàn)了強大的生命力和應(yīng)用潛力。 EDA 使得設(shè)計者的工作僅限于利用硬件描述語言和 EDA 軟件來完成對系統(tǒng)硬件功能的實現(xiàn)。正因 EDA 在 設(shè)計 控制系統(tǒng)中 的這些特點， 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。 方案選擇 對于符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng)，要達(dá)到高效、高速完成，必須有多人甚至多個開發(fā)組共同并行工作才能實現(xiàn)。對于用 EDA 技術(shù)完成的一個確定的設(shè)計，可以利用相應(yīng)的工具平臺進(jìn)來邏輯綜合和優(yōu)化，完成設(shè)計任務(wù)?；?EDA 技術(shù)的 VHDL 語言對設(shè)計的描述具有相對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨立的設(shè)計。這為電子設(shè)計的 入門者提供了便捷的幫助。相信在不遠(yuǎn)的將來，我國相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員使用 EDA 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計，就像現(xiàn) 在使用計算器一樣，雖然大部分人不能開辦集成電路制造廠，但是卻能快速、經(jīng)濟地制造（設(shè)計）自己的專用集成電路或集成電子系統(tǒng)。 綜上比較，本設(shè)計采用 EDA 技術(shù)實現(xiàn)對電梯的控制。 電梯控制器硬件系統(tǒng)示意圖如圖 11 所示。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 圖 11 電梯控制器硬件系統(tǒng)示意圖 LED 顯示 主控制器 分控制器 數(shù)碼管顯示 信號輸入 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第二章 設(shè)計 基礎(chǔ) 現(xiàn)代電子設(shè)計技術(shù)的核心是 EDA 技術(shù) 。 EDA 技術(shù)的重要組成部分 是硬件描述語言 ，VHDL 是 電子設(shè)計主流硬件的描述語言 之一 。使用 VHDL 語言進(jìn)行程序設(shè)計，在 QuartusII軟件上對程序進(jìn)行編譯、 仿真 。 在 QuartusII 軟件 平臺上開發(fā)具有易學(xué)易懂、控制靈活方便、抗干擾能力強、運行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。 EDA 技術(shù)介紹 EDA 是電子設(shè)計自動化（ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20 世紀(jì) 90 年代初從計算機輔助設(shè)計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機輔助測試（ CAT）和計算機輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來的。 EDA 技術(shù)是在電子 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn) 行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。 利用 EDA 工具，電子設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出 IC 版圖或 PCB版圖的整個過程的計算機上自動處理完成。 20 世紀(jì) 90 年代，國際上電子和計算機技術(shù)較先進(jìn)的國家，一直在積極探索新的電子電路設(shè)計方法，并在設(shè)計方法、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)計領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如 CPLD、 FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計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)計可以如同軟件設(shè)計那樣方便快捷。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念，促進(jìn)了 EDA 技術(shù)的迅速發(fā)展。 EDA 技術(shù)就是以計算機為工具，設(shè)計者在 EDA 軟件平臺上，用硬件描述語言 VHDL完成設(shè)計文件，然后由計算機自動地完成邏輯編譯、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)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度。 利用 EDA 工具，電子 設(shè)計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計、性能分析到設(shè)計出 IC 版圖或 PCB版圖的整個過程在計算機上自動處理完成。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 現(xiàn)在對 EDA 的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有 EDA 的應(yīng)用。目前 EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。例如在飛機制造過程中，從設(shè)計、性能測試及特性分析直到飛行模擬，都可能涉及到 EDA 技術(shù)。 EDA 技術(shù)在進(jìn)入 21 世紀(jì)后，得得到了更大的發(fā)展，突出表現(xiàn)在以 下幾個方面： （ 1）使電子設(shè)計成果以自主知識產(chǎn)權(quán)的方式得以明確表達(dá)和確認(rèn)成為可能。 （ 2）在仿真和設(shè)計兩方面支持標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言的功能強大的 EDA 軟件不斷推出。 （ 3）電子技術(shù)全方位進(jìn)入 EDA 領(lǐng)域，除了日益成熟的數(shù)字技術(shù)外，傳統(tǒng)的電路系統(tǒng)設(shè)計建模理念發(fā)生了重大變化：軟件無線電技術(shù)的崛起，模擬電路系統(tǒng)硬件描述語言的表達(dá)和設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，系統(tǒng)可編程模擬器件的出現(xiàn)， 數(shù)字信號處理和圖像處理的全硬件實現(xiàn)方案的普遍接受，軟硬件技術(shù)的進(jìn)一步融合等。 （ 4） EDA 使得電子技術(shù)領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容 ，如模擬與數(shù) 字、軟件與硬件、系統(tǒng)與器件、 ASIC 與 FPGA、行為與結(jié)構(gòu)等。 （ 5）更大規(guī)模的 FPGA 和 CPLD 器件的不斷推出。 （ 6）基于 EDA 工具、用于 ASIC 設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)單元已涵蓋大規(guī)模電子系統(tǒng)及復(fù)雜 IP核模塊。 （ 7）軟硬件 IP 核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步確認(rèn)和廣泛應(yīng)用。 （ 8） SoC 高效低成本設(shè)計技術(shù)的成熟。 （ 9）系統(tǒng)級、行為驗證級硬件描述語言（如 system C）的出現(xiàn)，使復(fù)雜電子系統(tǒng)的設(shè)計和驗證趨于簡單。 VHDL 語言介紹 VHDL 的英文全稱是 VHSIC（ Very High Speed Integrated Circuit ） Hardware Description Language， 于 1983 年由美國國防部 （ DOD） 發(fā)起創(chuàng)建，由電工和電子工程師協(xié)會 IEEE（ The Institute of Electrical and Electronics Engineers）進(jìn)一步發(fā)展并在 1987 年作為 “IEEE標(biāo)準(zhǔn) 1076”（ IEEE Std 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。 自 IEEE 公布了 VHDL 的標(biāo)準(zhǔn)版本之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設(shè)計環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計工具支持 VHDL。此后 VHDL 在電子設(shè)計領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并逐步取代了原有的非標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 VHDL 不僅可以作為系統(tǒng)模擬的建模工具，而且可以作為電路系統(tǒng)的設(shè)計工具，可以利用軟件工具將 VHDL 源碼自動的轉(zhuǎn)化為文本方式表達(dá)的基本邏輯原元件連接圖。VHDL 語言 具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大簡化了硬件設(shè)計任務(wù)，提高了設(shè)計效率和可靠性。 VHDL 具有與具體硬件電路無關(guān)和設(shè)計平臺無關(guān)的特性，并且具有良好的電路 行為描述和系