【正文】 1 基于 VHDL的三層電梯控制器的設(shè)計(jì) 姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 2 一． 設(shè)計(jì)課題的任務(wù)要求： 簡(jiǎn)易電梯控制器： 模擬真實(shí)電梯的運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)易電梯控制器控制二層電梯的運(yùn)行。 基本要求 ： 電梯設(shè)有一層、二層外部呼叫按鈕和內(nèi)部一層、二層指定按鈕（ BTN）。 利用數(shù)碼管顯示電梯所在樓層，用 LED 顯示電梯運(yùn)行狀態(tài)如上行、下行、開門、關(guān)門等。 提高要求 ： 點(diǎn)陣顯示樓層； 用點(diǎn)陣顯示樓層的上下滾動(dòng)移出移入表示電梯的上行或下行運(yùn)行方向 增加為三層電梯控制器 二． 系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 電梯控制器的功能模塊如圖所示，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 選擇所要到達(dá)的樓層，通過(guò)主控制器的處理 之后 ，電梯開始運(yùn)行，狀態(tài)顯示器顯示 當(dāng)前電梯的上升下降 運(yùn)行狀態(tài) ，電梯所在樓層數(shù)通過(guò)譯碼器譯碼 在數(shù)碼管 上顯示 。分控制器把有 效的請(qǐng)求傳給主控制器進(jìn)行處理，同時(shí)顯示電梯的運(yùn)行狀態(tài)和電梯所在層數(shù)。 電梯控制器原理圖如下： 根據(jù)電梯的實(shí)際工作情況，可以為狀態(tài)機(jī)設(shè)置 八 個(gè)狀態(tài)，它們分別是“電梯停在一層” “電梯停在二 層” “電梯停在三 層”“開門”“關(guān)門” “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(hào)來(lái)作為電梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換的觸發(fā)時(shí)鐘。 VHDL 描述模塊流程如 下 圖所示： 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 3 元件庫(kù)的說(shuō)明 定義實(shí)體 結(jié)構(gòu)體 端口 狀態(tài)機(jī)進(jìn)程 信號(hào)燈控制進(jìn)程 結(jié)束 按鍵信號(hào)燈 三層電梯控制器的 VHDL 描述模塊流程 4 電梯控制器流程圖： 外部按鍵 請(qǐng)求信號(hào)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 總流程圖 初始化 判定電梯運(yùn)行方向 是否有請(qǐng)求？ 等待 電梯運(yùn)行 樓層檢測(cè) 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(shí) 關(guān)門 是否停止運(yùn)行？ 是 否 是 否 是 否 停止 電梯控制主流程圖 5 三． 仿真波形及波形分析： 設(shè)定仿真時(shí)間長(zhǎng)度為 60s， liftclk 信號(hào)為周期 1s 的時(shí)鐘信號(hào) ,buttonclk 信號(hào)為周期 的時(shí)鐘信號(hào)。 doorlight 信號(hào)‘ 1’表示開門，‘ 0’表示關(guān)門。 udsig 信號(hào) ‘ 1’表示電梯處在上升模式，‘ 0’表示處在下降模式。 fuplight,fdnlight,stoplight 是三位二進(jìn)制向量，波形圖中的 1 代表“ 001”，表示一層有請(qǐng)求， 2 代表“ 010”，表示二層有請(qǐng)求， 4 代表“ 100”，表示三層有請(qǐng)求。 圖 所示的波形是在一層有上升請(qǐng)求的仿真波形，在 reset 信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)脈沖時(shí)，電梯回復(fù)初始狀態(tài)，即 stopon1 狀態(tài)，然后等待 ，關(guān)門檢測(cè)沒有請(qǐng)求信號(hào)， 電梯停在一層。當(dāng)電梯時(shí)鐘上升沿檢測(cè)到一層上升請(qǐng)求信號(hào) fuplight(1)為‘ 1’時(shí)，電梯開門， fuplight(1)清零，等待 4s，關(guān)門檢測(cè)到二層停站請(qǐng)求， 電梯上升到二層停止，開門 stoplight(2)清零， position信號(hào)由 1 變?yōu)?2，電梯最終停在二層。 圖 有上升請(qǐng)求的仿真波形 圖 所示 的波形是三層有下降請(qǐng)求的波形，當(dāng)電梯在一層關(guān)門后，檢測(cè)到 fdnlight為“ 100”，則上升到三層，開門等待 4s，關(guān)門檢測(cè)到 stoplight 為‘ 1’， 電梯下降到一層，最終停在一層。 6 圖 有下降請(qǐng)求的仿真波形 圖 所示的波形是二層和三層都有下降請(qǐng)求的仿真波形，當(dāng)電梯在一層關(guān)門后，檢測(cè)到fdnlight 為“ 110”，則直接上升到三層，開門后 fdnlight(3)清零，等待 4s 后，關(guān)門下降到二層停止，開門后 fdnlight(2)和 stoplight(2)清零，再 下降到一層。 圖 有多個(gè)下降請(qǐng)求的仿真波形 圖 ，電梯在一層關(guān)門后，檢測(cè)到 stoplight為“ 110”，則上升至二層停止開門， stoplight(2)清零，等待 4s 后關(guān)門，繼續(xù)上升至三層，開門后 stoplight(3)清零，乘客下站后電梯最終停在三層。 7 圖 有多個(gè)停站請(qǐng)求的仿真波形 圖 所示，當(dāng)只有二層有 下降請(qǐng)求時(shí)，電梯上升至二層，然后下降 。 圖 只有二層有下降請(qǐng)求時(shí)的仿真波形 圖 所示，二層同時(shí)有上升和下降請(qǐng)求 ,電梯上升至二層，門打開等待 4s，關(guān)門后檢測(cè)到stoplight(3)和 fdnlight(2)都為‘ 1’，它會(huì)先上升至三層，再下降至二層，待有下降請(qǐng)求的乘客上電梯后，最后下降至一層。 8 同時(shí)有上升和下降請(qǐng)求的仿真波形 從仿真波形來(lái)看，電梯的的運(yùn)行情況符合它的運(yùn)行規(guī)則，電梯的位置變化合理。 四． 源程序： 電梯主控程序源代碼： LIBRARY IEEE。 USE 。 USE 。 ENTITY elevator IS PORT( cCLK: IN STD_LOGIC。 reset: IN STD_LOGIC。 Button : IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 button(0)為一層外上升請(qǐng)求， button(1)為二層外上升請(qǐng)求， button(2)為二樓 外下降請(qǐng)求， Button(3)為三層外下降請(qǐng)求； floor : IN STD_LOGIC_VECTOR(2 DOWNTO 0)。 floor(0)為電梯內(nèi)一層請(qǐng)求按鈕， floor(1)為電梯內(nèi)二層請(qǐng)求按鈕， floor(2)為電梯內(nèi)三層請(qǐng)求按鈕； position : OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)。 position 表示電梯當(dāng)前位置信息 。 led :OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0)。 door : OUT STD_LOGIC。 39。139。為開門， 39。039。為關(guān)門； up_down : OUT STD_LOGIC 39。139。為上樓， 39。039。為下樓； )。 END elevator。 ARCHITECTURE Behav OF elevator IS TYPE State IS (S0,S1U,S1D,S2)。 S1U 為二樓上狀態(tài)， S1D 為二樓下狀態(tài)； 9 SIGNAL current_state : State。 中間變量：當(dāng)前狀態(tài) SIGNAL next_state : State。 中間變量：下一狀態(tài) SIGNAL up : STD_LOGIC。 中間變量：上升下降狀態(tài) SIGNAL dor : STD_LOGIC。 中間變量 ：開門關(guān)門狀態(tài) SIGNAL butclk :STD_LOGIC。 SIGNAL clk :STD_LOGIC。 signal q : std_logic_vector(23 downto 0)。 begin process(cclk) begin if rising_edge(cclk) then q=q+1。 end if。 butclk=q(1)。 clk=q(23)。 end process。 P1:PROCESS(CLK) 狀態(tài)轉(zhuǎn)換進(jìn)程； BEGIN IF CLK39。EVENT AND CLK=39。139。 THEN 檢測(cè)時(shí)鐘上升沿 current_state = next_state。 END IF。 END PROCESS。 P2:PROCESS(reset,clk,butclk,current_state,up,button,floor) VARIABLE button_var: STD_LOGIC_VECTOR( 3 DOWNTO 0)。 VARIABLE floor_var : STD_LOGIC_VECTOR( 2 DOWNTO 0)。 VARIABLE cat : STD_LOGIC。 VARIABLE ca_time : STD_LOGIC_VECTOR(10 DOWNTO 0)。 BEGIN IF reset = 39。139。 THEN 復(fù)位處理，初始狀態(tài)為一層 next_state = S0。 position = 0001。 led = 01100000。 cat:=39。039。 ca_time:=00000000000。 up=39。039。 dor=39。039。 button_var( 3 DOWNTO 0):=0000。 floor_var(2 DOWNTO 0):=000。 ELSIF butclk39。event and butclk=39。139。 THEN 若無(wú)復(fù)位信號(hào)，則將外部按鈕信號(hào)存儲(chǔ)到 7 個(gè)變量之中； IF button(0) =39。139。 THEN button_var(0):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF button(1) =39。139。 THEN button_var(1):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF button(2) =39。139。 THEN button_var(2):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 10 IF button(3) =39。139。 THEN button_var(3):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF floor(0)=39。139。 THEN floor_var(0):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF floor(1)=39。139。 THEN floor_var(1):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF floor(2)=39。139。 THEN floor_var(2):=39。139。 ELSE NULL。 END IF。 IF cat=39。039。 THEN ca_time:=ca_time+1。 END IF。 開門，關(guān)門計(jì)時(shí)； CASE current_state IS WHEN S0 = 一樓狀態(tài)處理 。 position = 0001。 led = 01100000。 cat:=39。039。 IF (button_var(0) or floor_var(0))=39。139。 THEN CASE ca_time IS WHEN 00110000000 = dor=39。139。 WHEN 11111111111 = dor=39。039。 button_var(0):=39。039。 floor_var(0):=39。039。 IF (floor_var(1) or floor_var(2))=39。139。 THEN next_state=S1U。 ca_time:=00000000000。 up=39