【正文】 1 1，實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握更復(fù)雜的 VHDL 設(shè)計(jì)。 掌握狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)方法。 2，實(shí)驗(yàn)原理 電梯 控制器的功能模塊如 下 圖 所示，包括主控制器、分控制器、樓層選擇器、狀態(tài)顯示器、譯碼器和樓層顯示器。乘客在電梯中選擇所要到達(dá)的樓層，通過主控制器的處理，電梯開始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)，電梯所在樓層數(shù)通過譯碼器譯碼從而在樓層顯示器中顯示。分控制器把有效的請求傳給主控制器進(jìn)行處理，同時顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和電梯所在樓層數(shù)。由于分控制器相對簡單很多，所以主控制器是核心部分。 圖 21 電梯控制器原理圖 狀態(tài)顯示器 主控制器 樓層選擇器 分控制器 譯碼器 樓層顯示器 2 外部按鍵 請求信號寄存器 狀態(tài)寄存器 內(nèi)部軟件執(zhí)行機(jī)構(gòu) 外部硬件執(zhí)行機(jī)構(gòu) 圖 22 總流程圖 初始化 判定電梯運(yùn)行方向 是否有請求？ 等待 電梯運(yùn)行 樓層檢測 否 電梯停止 目標(biāo)層與本層是否同層？ 是 是否目標(biāo)層？ 開門 延時 關(guān)門 是否停 止運(yùn)行？ 是 否 是 否 是 否 停止 圖 2— 3 電梯控制主流程圖 3 ， 四 層電梯控制器 實(shí)現(xiàn)的功能及運(yùn)行規(guī)則 ○ 1 電梯一層入口處設(shè)有上升請求開關(guān)，二 三 層入口處設(shè)有上、下請求開關(guān)， 四 層入口處設(shè)有下降請求開關(guān)， 電梯內(nèi) 部 設(shè)有顧客到達(dá) 樓層 的停站請求開關(guān)。 ○ 2 每層 電梯入口處 設(shè)有 位置指示裝置及電梯運(yùn)行 模式 (上升或下降 )指示裝置。 ○ 3 電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。 ○ 4 電梯每秒 上 升 (下 降 )一層樓。 ○ 5 電梯到達(dá) 需要停止的 樓層，經(jīng)過 1 秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門 4 秒后，電梯門關(guān)閉 (開門指示燈滅 )，電梯繼續(xù) 運(yùn) 行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當(dāng)前層。 ○ 6 電梯需要寄存器來 記憶電梯內(nèi)外所有請求，并按照電梯運(yùn)行規(guī)則按順序響應(yīng)，每個請求信號保留至執(zhí)行后消除。 ○ 7 電梯 的 運(yùn)行規(guī)則 ： 當(dāng)電梯處于上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請求信號 和停站請求信號 ，由下而上 逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接 上 升到 有 下樓請求的最高層，然后進(jìn)入下降模式。當(dāng)電梯處于下降模式時則與上升模式相反。 ， 四 層電梯控制器的設(shè)計(jì)思路 電梯控制器設(shè)計(jì)兩個進(jìn)程相互配合，狀態(tài)機(jī)進(jìn)程作為主要進(jìn)程，信號燈控制進(jìn)程作為輔助進(jìn)程。 根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以為狀態(tài)機(jī)設(shè)置 十個狀態(tài)，它們分別是 “ 電梯停在一層 ”“ 開門 ”“ 關(guān)門 ”“ 開門等待第一秒 ”“ 開門等待第二秒 ”“ 開門等待第三秒 ”“ 開門等待第四秒 ”“ 上升 ”“ 下降 ” 和 “ 停止 ” 。由于電梯每秒上升或下降一層，則可以用周期為 1s 的信號 來作為電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時鐘。 狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中的很多判斷條件是以信號燈 控制 進(jìn)程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù) ，而信號燈 控制 進(jìn)程中信號燈的熄滅又是由狀態(tài)機(jī)進(jìn)程中傳出的信號來控制。 四 層電梯控制器的設(shè)計(jì)主要是對實(shí)體 和 結(jié)構(gòu)體的設(shè)計(jì)，它的 VHDL 描述模塊流程如 圖221 所示 ： 4 3， VHDL 源代碼 說明 library IEEE。 庫的說明 use 。 程序 包的說明 use 。 use 。 (arith) entity fourlift is 實(shí)體名稱 fourlift port(clk1:in std_logic。 按鍵讀取時鐘信號 clk2:in std_logic。 led_7 數(shù)碼管顯示掃描時鐘信號 reset:in std_logic。 異步復(fù)位端口 close:in std_logic。 關(guān)門請求 f1upbutton:in std_logic。 一層上升請求端口 f2upbutton:in std_logic。 二層上升請求端口 f2dnbutton:in std_logic。 二層下降請求端口 f3dnbutton:in std_logic。 三層下降請求端口 f3upbutton:in std_logic。 三層上升請求端口 f4dnbutton:in std_logic。 四層下降請求端口 stop1button:in std_logic。 一層停站請求 端口 stop2button:in std_logic。 二層停站請求端口 stop3button:in std_logic。 三層停站請求端口 元件庫的說明 定義實(shí)體 結(jié)構(gòu)體 端口 狀態(tài)機(jī)進(jìn)程 信號燈控制進(jìn)程 結(jié)束 按鍵信號燈 圖 221 四 層電梯控制器的 VHDL 描述模塊流程 5 stop4button:in std_logic。 四層停站請求端口 stair:buffer integer range 1 to 4。 電梯位置信號 udsig:buffer std_logic。 電梯運(yùn)行模式（上升 1 或下降 0 fuplight,fdnlight,stoplight:buffer std_logic_vector(4 downto 1)。 上升、下降、停站請求寄存信號 doorlight:out std_logic。 開門狀態(tài) （‘ 1’為開門狀態(tài)） dout:out std_logic_vector(6 downto 0)。 數(shù)碼管顯示樓層段碼 s:out std_logic_vector(2 downto 0))。 數(shù)碼管顯示樓層位碼 end entity fourlift。 architecture chi of fourlift is 結(jié)構(gòu)體 type lift_state is 定義十個狀態(tài)(stop_on_1,door_open,door_close,door_wait1,door_wait2,door_wait3,door_wait4,up,down,stop)。 signal state:lift_state。 signal clr_up:std_logic。 上升和停站請求清除信號 signal clr_dn:std_logic。 下降和停站請求清除信號 signal q:std_logic_vector(3 downto 0)。 分頻進(jìn)程中需要的信號 signal buttonclk,liftclk:std_logic。 分 頻后的電梯時鐘和按鍵讀取控制時鐘 begin clklift:process(clk1) 分頻產(chǎn)生電梯控制時鐘 liftclk 和按鍵讀取控制時鐘 buttonclk begin if (clk139。event and clk1=39。139。) then if q=1111 then q=0000。 else q=q+1。 end if。 end if。 buttonclk=q(0)。 liftclk=q(3)。 end process clklift。 6 statelift:process(reset,liftclk) 狀態(tài)機(jī)進(jìn)程 variable position:integer range 4 downto 1。 begin if reset=39。139。 then 異步復(fù)位，電梯的初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài) state=stop_on_1。 clr_up=39。039。 clr_dn=39。039。 else if liftclk39。event and liftclk=39。139。 then 每個上升沿 case state is when stop_on_1= doorlight=39。139。 開門 stair=1。 position:=1。 state=door_wait1。 電梯等待 4s when door_wait1= clr_up=39。039。 clr_dn=39。039。 if(close=39。139。) then state=door_close。如果有關(guān)門信號，則轉(zhuǎn)至關(guān)門狀態(tài) else state=door_wait2。等待第二秒 end if。 when door_wait2= if(close=39。139。) then state=door_close。 else state=door_wait3。等待第三秒 end if。 when door_wait3= if(close=39。139。) then state=door_close。 else 7 state=door_wait4。等待第四秒 end if。 when door_wait4= state=door_close。 when door_close= 關(guān)門，判定電梯下一 個運(yùn)行方式 doorlight=39。039。 if udsig=39。139。 then 電梯處在上升模式 if stair=4 then if fuplight=0000 and fdnlight=0000 and stoplight=0000 then 沒有請求信號時，電梯停 在當(dāng)前層 udsig=39。039。 state=door_close。 elsif fdnlight(4)=39。139。 or stoplight(4)=39。139。 then 本層有請求信號時，電梯開門 udsig=39。039。 轉(zhuǎn)為下降 state=door_open。 else 否則下降 udsig=39。039。 state=down。 end if。 elsif stair=3 then if fuplight=0000 and fdnlight=0000 and stoplight=0000 then udsig=39。139。 state=door_close。 elsif fuplight(3)=39。139。 or stoplight(3)=39。139。 then 本層有上升或停站請求時，電梯開門 udsig=39。139。 state=door_open。 elsif fuplight=0000 and stoplight=0000 and fdnlight=0100 then 只有 3 層有下降請求時，電梯開門 8 udsig=39。039。 state=door_open。