【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于FPGA電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計王爽燕 山 大 學(xué)2012年 6 月本科畢業(yè)設(shè)計（論文）基于FPGA電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計學(xué) 院： 里仁學(xué)院電子工程系 專 業(yè)： 電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生 姓名： 王爽 學(xué) 號： 081308061023 指導(dǎo) 教師： 常丹華 答辯 日期： 2012年6月17日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院 系級教學(xué)單位：光電子學(xué)號081308061023 學(xué)生姓名王爽專 業(yè)班 級電子科學(xué)與技術(shù)題目題目名稱基于FPGA的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計題目性質(zhì)工程技術(shù)實驗研究型題目類型（ √ ） （ ）題目來源科研課題（ ） 生產(chǎn)實際（ ）自選題目（ √ ） 主要內(nèi)容利用FPGA完成四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計。實現(xiàn)對電梯的智能控制，經(jīng)仿真驗證，完成所要求功能?；疽蟀匆笸瓿伤膶与娞莸脑O(shè)計:：各樓層請求按鍵、開關(guān)門請求按鍵。外部信號：上升下降請求按鍵，所在樓層顯示，電梯運(yùn)行狀態(tài)顯示。，電梯上升(下降)過程中，根據(jù)電梯的運(yùn)行狀態(tài)，首先按方向優(yōu)先、循環(huán)次序響應(yīng)各請求。3電梯每秒升(降)一層樓。電梯到達(dá)有停站請求的樓層，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)進(jìn)行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當(dāng)前層。電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。4. 最終撰寫畢業(yè)論文；并提交撰寫論文綜述；提交本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告；完成規(guī)定的外文翻譯；參考資料1謝劍英, 2001 1997 周 次第1～2周第3～6周第7～10周第11～14周第15～16周應(yīng)完成的內(nèi)容準(zhǔn)備階段：弄清課題要求，查閱文獻(xiàn)。設(shè)計階段：設(shè)計方案，完成必要的實驗準(zhǔn)備。實現(xiàn)階段：實現(xiàn)電路和光路功能或電路設(shè)計。論文撰寫階段：撰寫論文論文評審及答辯：制作PPT答辯指導(dǎo)教師：常丹華職稱： 教授 2012年3月 1日系級教學(xué)單位審批： 年 月 日摘要本設(shè)計就是基于電子設(shè)計自動化（Electronic Design Automation）技術(shù)中的甚高速集成電路硬件描述語言（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言所開發(fā)的四層電梯控制程序，實驗調(diào)試平臺是Altera 公司的MAX +plusⅡ軟件。本程序具有VHDL語言設(shè)計里最為常用的三個模塊：實體entity，對控制器的實體（輸入輸出）端口進(jìn)行定義；結(jié)構(gòu)體architecture，對控制器內(nèi)部的信號端以及寄存器進(jìn)行定義；進(jìn)程執(zhí)行單元process，對控制器的所有輸入輸出端口、內(nèi)部信號端口以及寄存器進(jìn)行功能、行為描述。通過程序調(diào)試及運(yùn)行仿真，結(jié)果表明，本程序可以完成電梯運(yùn)行所在樓層顯示、電梯運(yùn)行方向指示、關(guān)門延時設(shè)置等。該設(shè)計采用模塊化編程，升級可實現(xiàn)任意多層電梯系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和實用性。關(guān)鍵詞 電梯控制；程序設(shè)計；EDA；VHDL；MAX +plusⅡAbstractThe lift ,as the modernized result ,are entered in our life in last century .This thesis designs the threefloor lift control on the basis of the electron basic on the electronic design automation(EDA) technology’s the very highspeed integrated circuit hardware describe language(VHDL) ,it is debugged in the Altera pany39。s MAX +plusⅡ software as a platform in experiment .This procedure has monly most used three pieces of module in language designs :the entity ,the architecture and the process .Through testing the connection of the EDA case ,realize the following main functions:The lift’s floor shows,the lift operation direction shows。closes prolonging,etc…This design USES modular programming, upgrade may realize the arbitrary multilayer elevator system, has the very strong adaptability and practical.Keywords lift control。 programmer。 EDA。 VHDL。 MAX +plusⅡ目 錄摘要 IAbstract II第1章 緒論 1 課題背景及意義 1 電梯的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展 1 本文的結(jié)構(gòu)安排 4第2章 電梯控制系統(tǒng)的實現(xiàn)平臺 5 EDA技術(shù)的簡介 5 EDA的概述 5 EDA的特點(diǎn) 6 EDA的應(yīng)用 6 FPGA的簡介 7 CPLD與FPGA的關(guān)系 7 FPGA的工作原理 8 FPGA的基本特點(diǎn) 8 VHDL語言的簡介 9 VHDL語言的發(fā)展 9 VHDL語言的特點(diǎn) 10 VHDL語言的基本結(jié)構(gòu) 11 本章小結(jié) 11第3章 電梯控制系統(tǒng)的分析 13 電梯設(shè)計的具體目的及控制要求 13 電梯控制器設(shè)計方案與思路 13 總體設(shè)計方案 13 四層電梯控制器的設(shè)計思路 14 電梯運(yùn)行流程圖 16 本章小結(jié) 19第4章 電梯控制系統(tǒng)的實體設(shè)計與仿真 21 MAX+PLUS II的介紹 21 電梯控制器的實體設(shè)計 22 電梯控制器的結(jié)構(gòu)體設(shè)計 22 電梯主控制模塊 24 電梯譯碼器模塊 26 電梯數(shù)據(jù)選擇器模塊 26 電梯分頻器模塊 27 電梯控制器的仿真實驗 28 電梯主控制模塊仿真 28 電梯譯碼器模塊仿真 31 電梯數(shù)據(jù)選擇器模塊仿真 31 電梯分頻器模塊仿真 32 本章小結(jié) 33結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 37致謝 39附錄1 41附錄2 47附錄3 53附錄4 59附錄5 73第1章 緒論 課題背景及意義隨高層樓宇的增加，電梯越來越多的走進(jìn)了人們的生活，對人們的生活的影響越來越大。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。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，電梯已完全融入我們的生活、工作及學(xué)習(xí)中，人們越來越離不開它。因此，它的安全可靠性、迅速準(zhǔn)確性、舒適性，對人們來說都是非常重要的。為了確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，一般電梯都有專業(yè)的維修管理人員。他們必須對電梯原理、性能、特點(diǎn)、控制、運(yùn)行要全面認(rèn)識和掌握，才能做到對電梯的正確使用、管理及維護(hù)。根據(jù)我國有關(guān)部門的規(guī)定，電梯作業(yè)屬于特種作業(yè)，其作業(yè)人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，并經(jīng)理論考試和實踐考核合格后，發(fā)給《特種作業(yè)操作證》方可上崗操作。同時，對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)，扎扎實實地做好電梯維護(hù)和保養(yǎng)工作，才能使人們平安長久的使用電梯[1]。電梯控制系統(tǒng)是一個相當(dāng)復(fù)雜的邏輯控制系統(tǒng)．系統(tǒng)要同時對幾百個信號進(jìn)行接收、處理。由于用戶對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)計與控制的各個方面[2]。 電梯的發(fā)展現(xiàn)狀和未來發(fā)展一、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，樓的高度已和經(jīng)濟(jì)發(fā)展同樣的速度成長起來。作為建筑的中樞神經(jīng)，電梯起著不可或缺的作用，電梯作為建筑物內(nèi)的主要運(yùn)輸工具，像其他的交通工具一樣，已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€不可缺少的組成部分。一個國家的電梯需求總量，主要受其經(jīng)濟(jì)增長速度、城市化水平、人口密度及數(shù)量、國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等綜合因素的影響。在全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)低迷的情況下，我國國民經(jīng)濟(jì)仍然以較高的速度持續(xù)增長，城市化水平不斷提高。這從客觀上導(dǎo)致了我國電梯行業(yè)的空前繁榮景象，我國已經(jīng)成為全球最大的電梯市場。上世紀(jì)80年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國電梯需求量越來越大?？傏厔菔巧仙?，目自口進(jìn)入了“第三次浪潮”，2004年總產(chǎn)量超過了8萬臺，而且目前還沒有減速的跡象。從1949年建國以來全國共生產(chǎn)安裝了6l萬多臺電梯。盡管如此，我國的電梯遠(yuǎn)未達(dá)到飽和的程度。全世界平均1000人有l(wèi)臺電梯，我國如果要達(dá)到這個水準(zhǔn)，還需要增加70萬臺。到那時候，全國在用電梯將達(dá)到130萬臺，每年僅報廢更新就需要6萬臺。到2005年，中國電梯的年產(chǎn)量達(dá)到13．5萬臺，與1980年相比，25年增長了59倍，產(chǎn)量每年平均增長17．8％。2005年安裝驗收電梯124465臺，截至05年底，我國的在用電梯總數(shù)已達(dá)651794臺[6]。如此龐大的市場需求為我國電梯行業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的舞臺!我國電梯行業(yè)已經(jīng)具備了很強(qiáng)的生產(chǎn)能力。興旺的電梯市場吸引了全世界所有的知名電梯公司，美國奧的斯、瑞士迅達(dá)、芬蘭通力、德國蒂森、同本三菱、日立、東芝、富士達(dá)等13家大型外商投資公司在國內(nèi)的市場份額達(dá)到了74％”。先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)管理的引進(jìn)對國內(nèi)電梯企業(yè)產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動作用。蘇州江南、山東百斯特、浙江巨人、上海華立、昌華、東莞飛鵬、寧波宏大、蘇州申龍和東南液壓電梯等一批優(yōu)秀的電梯品牌看清了自己的定位與出路。目前國內(nèi)市場需要的電梯產(chǎn)品，我國電梯行業(yè)幾乎全部可以生產(chǎn)，不但大量替代了進(jìn)口，而且有一定的出口。國產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量正在穩(wěn)步提高[9]。自1985年我國參加了國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO／TCl78以來，先后等同或等效采用了一批國際標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的高起點(diǎn)使我國電梯行業(yè)在技術(shù)上居于有利地位。許多新技術(shù)和新產(chǎn)品，如無機(jī)房電梯、無齒輪曳引機(jī)、永磁同步拖動技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，國際上也是剛剛出現(xiàn)，我國就有許多企業(yè)可以生產(chǎn)了。國產(chǎn)電梯以其高質(zhì)量，低成本的優(yōu)勢贏得了越來越多的國內(nèi)外客戶，為逐步進(jìn)入國際市場創(chuàng)造了有利條件。中國電梯在亞洲市場占有越來越重要的位置，每年銷售量己達(dá)l萬臺左右，約占亞洲市場的1/50，一些合資企業(yè)在出口創(chuàng)匯方面也做出了貢獻(xiàn)[10]。當(dāng)今世界，電梯的生產(chǎn)情況與使用數(shù)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。在一些發(fā)達(dá)的工業(yè)國家，電梯的使用相當(dāng)普遍。世界上有名的幾家電梯公司，諸如：美國奧的斯公司、瑞士訊達(dá)公司、日本三菱和日立公司、芬蘭科恩等，其電梯的產(chǎn)量已占世界市場的51％。其中，奧的斯公司和三菱公司是世界上最大的電梯生產(chǎn)企業(yè)[13]。目前，國外除了以交流電梯取代直流電梯以外，在低層樓房越來越多的使用液壓電梯。此外，家用小型電梯將成走電梯家族中新的組成部分。二、研究主要成果電梯控制是屬于機(jī)電一體化研究領(lǐng)域，它涉及到多個方面，包括:機(jī)械工程、電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動理論、自動控制理論、電力拖動自動控制系統(tǒng)、微機(jī)技術(shù)和土建工程等多個科學(xué)領(lǐng)域。100多年來，我國電梯行業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷以下幾個階段:①對進(jìn)口電梯的銷售、安裝、維護(hù)階段(19001949年)，這一階段我國電梯擁有數(shù)量僅約1100多臺。②獨(dú)立自主、艱苦研制、生產(chǎn)階段(19501979年)，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約1萬臺。③建立三資企業(yè)，行業(yè)快速發(fā)展階段(自1980年至今)，這一階段我國共生產(chǎn)安裝電梯約40萬臺。目前，我國已經(jīng)成為世界最大的新裝電梯市場和最大的電梯生產(chǎn)國。并且還有著巨大市場和發(fā)展?jié)摿臻g。2002年，中國電梯行業(yè)電梯年產(chǎn)量首次突破6萬臺。中國電梯行業(yè)自改革開放以來第三次發(fā)展浪潮正在掀起。第一次出現(xiàn)在19861988年，當(dāng)時適逢我國高層建筑業(yè)的大規(guī)模浪潮的第一次興起。第二次出現(xiàn)在19951997年。應(yīng)該說，隨著我國經(jīng)濟(jì)的增長，電梯市場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)作為國民經(jīng)濟(jì)新增長點(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，我國將年建住宅3. 5億平方米。隨著城市向大型化、高層化的發(fā)展，我國每年將需要電梯在40000臺以上。如此大的市場需求，將是電梯業(yè)再創(chuàng)輝煌的最好契機(jī)[14]。三、發(fā)展趨勢電梯產(chǎn)業(yè)將走向信息化、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)計的主流趨勢。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），這