【正文】 發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時 也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品進一步提高 ，加速了電子設(shè)計激素的普及進程及技術(shù)革新。隨著電梯普及率的升溫，人們對電梯的要求也會越來越高。而興建高層建筑是其中的有效措施之一。以 QuartusⅡ 為開發(fā)環(huán)境，最終將在 EDA實驗箱上實現(xiàn)三層電梯控制的基本功能顯示。 方向優(yōu)先控制方案：指電梯運行到某一樓層的時先考慮這一樓層是否有請求：有則停止；無則繼續(xù)前進 五 、主要技術(shù)指標： ； ； ； ； 1 萬字，查閱文獻資料不少于 10 篇，其中外文文獻 2 篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于 3000漢字。作為通用型電梯應(yīng)該服務(wù)于大多數(shù)人，必須考慮電梯對內(nèi)外請求的響應(yīng)頻率。電梯能夠正確顯示電梯的運行情況、 及電梯所在樓層。據(jù)資料統(tǒng)計，在美國乘其他交通工具的人數(shù)每年約為 80億人次，而乘電梯的人數(shù)每年卻有 540億人次之多。然而，只有電梯的制造，安裝調(diào)試、售后服務(wù)和維修保養(yǎng)都達到高質(zhì)量，才能全面電子商務(wù)資料庫保證電梯的最終高質(zhì)量。 電梯是集機電一體的 復雜系統(tǒng)，不僅涉及機械傳動、電氣控制和土建等工程領(lǐng)域，還要考慮可靠性、舒適感和美學等問題。中國電梯行業(yè)協(xié)會認為 ,2021 年我國所有電梯中 ,如果 80%采用節(jié)能電梯 ,全年可節(jié)電 122 億度。而 FPGA 控制系統(tǒng)由于運行可靠性高，使用維修方便，抗干擾性強，設(shè)計和調(diào)試周期較短等優(yōu)點，倍受人們重視等優(yōu)點，已經(jīng)成為目前在電梯控制系統(tǒng)中使用最多的控制方式，目前也廣泛用于傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)的技術(shù)改造。目前電梯的控制普遍采用了兩種方式，一是采用微機作為信號控制單元，完成電梯信號的采樣、運行狀態(tài)和功能的設(shè)定，實現(xiàn)電梯的自動調(diào)度和集選運行功能，拖動控制則由變頻器來完成；第二種控制方式用可編程控制器取代微機實現(xiàn)信號控制。 Quartus Ⅱ開發(fā)工具。 2. 原理圖，波形圖。電梯入口和內(nèi)部設(shè)有請求上下開關(guān)，供乘客選擇到達樓層。石家莊鐵道大學四方學院 畢業(yè)設(shè)計 電梯控制器的設(shè)計 The Design of Elevator Controller 2021 屆 電氣工程 系 專 業(yè) 電子信息工程 學 號 20216377 學生姓名 張煒瑋 指導教師 高迎霞 完成日期 2021 年 5月 25 日 畢業(yè)設(shè)計成績單 學生姓名 張煒瑋 學號 20216377 班級 方 08093 專業(yè) 電子信息工程 畢業(yè)設(shè)計題目 基于 FPGA電 梯控制器的設(shè)計 指導教師姓名 高迎霞 指導教師職稱 講師 評 定 成 績 指導教師 得分 評閱人 得分 答辯小組組長 得分 成績： 院長 (主任 )簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 題目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計 姓名 張煒瑋 學號 20216377 班級 方 08093 專業(yè) 電子信息工程 承擔指導任務(wù)單位 電氣工程系 導師姓名 高 迎霞 導師職稱 講師 一、主要內(nèi)容 該項目主要模擬電梯控制的整個過程實現(xiàn)電梯控制。 二、基本要求 設(shè)計一個多層單轎廂電梯控制器，該控制器可以完成 3個樓層的載客服務(wù)。 三、主要技術(shù)指標 1．完成主要功能。 四、應(yīng)收集的資料及參考文獻 VHDL 語言開發(fā)。 五、進度計劃 第 1 周 — 第 2 周 開題報告和任務(wù)分配 第 3 周 — 第 7 周 需求分析，概要設(shè)計 第 8 周 — 第 12 周 詳細設(shè)計，中期考核 第 13 周 — 第 14 周 寫論文 第 15 周 — 第 16 周 上交論文，答辯 教研室主任簽字 時間 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計開題報告 題 目 基于 FPGA電梯控制器的設(shè)計 學生姓名 張煒瑋 學號 20886377 班級 080903 專業(yè) 電氣工程系 一、研究背景 當今社會，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，高層建筑的不斷增多，電梯作為高層建筑中垂直運行的交通工具已與人們的日 常生活密不可分。繼電器控制系統(tǒng)由于故障率高、可靠性差、控制方式不靈活以及消耗功率大等缺點，目前已逐漸被淘汰，微機控制系 統(tǒng)雖在智能控制方面有較強的功能，但也存在抗擾性差，系統(tǒng)設(shè)計復雜，一般維修人員難以掌握其維修技術(shù)等缺陷。與此同時 ,電梯的耗能不容忽視 ,據(jù)了解 ,目前我國星級酒店每年每平方米耗電量為 150 度 ,其中將近一半用于電梯。此外，家用小型電梯將成為電梯家族中新的組成部分。在設(shè)計電梯的時候，對機械零部件和電器元件都采取了很大的安全系數(shù)和保險系數(shù)。美國一家保險公司對電梯的安全性做過認真地調(diào)查和科學計算，其結(jié)論是 :乘電梯比走樓梯安全 5 倍。電梯運行遵循方向優(yōu)先原則，即上升（下降）時只響應(yīng)上升（下降）信號，直到執(zhí)行完最頂層（底層），再轉(zhuǎn)入另一模式。 內(nèi)部請求優(yōu)先控制方式方案：類似于出租車的工作方式，先將車上的人送至目的地，再去載客。這種方案的優(yōu)點在于“面面俱 到”，可以保證所有人的請求都能得到響應(yīng)。 本設(shè)計是基于 VHDL 開發(fā)上的三層電梯控制器。這就注定了必須合理地利用土地去解決人和土地的矛盾。中國的電梯市場增長也很樂觀，目前，每年增長率為 15%－ 18%。因此，控制系統(tǒng)的設(shè)計就成了在電梯設(shè)計領(lǐng)域里最為核心的技術(shù)。因此，本設(shè)計就是希望在以開發(fā)更安全、更快捷的三層電梯控制系統(tǒng)為前提下，結(jié)合電子設(shè)計技術(shù)，對電梯控制進行設(shè)計。因此，在某些層面上說，三層電梯的設(shè)計也具有一定的社會價值。 （ 3）電梯到達有停站請求的樓層，開門指示燈亮，開門 8 秒后，電梯門關(guān)閉 (開門指示燈滅 )，電梯繼續(xù)進行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停留在當前層。 （ 6）電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。電梯上網(wǎng)能確保為客戶提供更優(yōu)質(zhì)全程的服務(wù)。 （ 3）也可以通過電梯網(wǎng)絡(luò)在規(guī)定時間內(nèi)自動掃描每臺電梯內(nèi)各部件以發(fā)現(xiàn)事故隱患做到事先維修，減少停梯時間，提高企業(yè)的服務(wù) 。使用 VHDL 語言進行程序的設(shè)計，在 MAX +plusⅡ 軟件上對程序進行編譯、仿真。 什么是 EDA 20世紀 90 年代，國際上電子和計算機技術(shù)較先進的國家，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、工具等方面進行了徹底的變革，取得了巨大成功。 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 HDL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，直至對于特定目標芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學、軍事等各個領(lǐng)域，都有 EDA 的應(yīng)用。 (2)采用硬件描述語言進行設(shè)計 采用硬件描述語言進行電路與系統(tǒng)的描述是當前 EDA 技術(shù)的另一個特征。 （ 3）開放性和標準化 現(xiàn)代 EDA工具普遍采用標準化和開放性框架結(jié)構(gòu)，任何一個 EDA 系統(tǒng)只要建立了一個符合標準的開放式框架結(jié)構(gòu)，就可以接納其他廠商的 EDA 工具儀器進行設(shè)計工作。 EDA 技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用極大地推動了電子工業(yè)的發(fā)展。這些可編輯元件可以被用來實現(xiàn)一些基本的邏輯門電路（比如 AND、 OR、 XOR、 NOT）或者更復雜一些的組合功能比如解碼器或數(shù)學方程式。 FPGA 一般來說比 ASIC（專用集成芯片）的速度要慢，無法完成復雜的設(shè)計，而且消耗更多的電能。另外一種方法是用 CPLD（復雜可編程邏輯器件備）。 CPLD 和 FPGA 的主要區(qū)別是他們的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。而 FPGA 卻是有很多的連接單元，這樣雖然讓它可以更加靈活的編輯，但是結(jié)構(gòu)卻復雜的多。一些 FPGA 可以讓設(shè)備的一部分重新編輯而其他部分繼續(xù)正常運行。 3） FPGA 內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和 I／ O 引腳。 FPGA 是由存放在片內(nèi) RAM 中的程序來設(shè)置其工作狀態(tài)的，因此，工作時需要對片內(nèi)的 RAM 進行編程。 FPGA 的編程無須專用的 FPGA 編程器，只須用通用的 EPROM、 PROM 編程器即可。 VHDL 語言及程序概述 VHDL 的 英 文 全 名 是 VeryHighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language，誕生于 1982 年。 VHDL 的程序結(jié)構(gòu)特點是將一項工程設(shè)計，或稱設(shè)計實體（可以是一個元件，一個電路模塊或一個系統(tǒng)）分成外部（或稱可視部分 ,及端口 )和內(nèi)部（或稱不可視部分），既涉及實體的內(nèi)部功能和算法完成部分。在設(shè)計語言中，由于 VHL和 Verilog HDL 是目前通用的設(shè)計語言，在設(shè)計大系統(tǒng)時，不夠方便直觀，所以需要進一步完善。同時 , 它還具有多層次的電路設(shè)計描述功能。 (2) VHDL 語言具有強大的硬件描述能力 VHDL 語言具有多層次的電路設(shè)計描述功能，既可描述系統(tǒng)級電路 , 也可以描述門級電路；描述方式既可以采用行為描述、寄存器傳輸描述或者結(jié)構(gòu)描述，也可以采用三者的混合描述方式。 (3) VHDL 語言具有很強的移植能力 VHDL 語言很強的移植能力主要體現(xiàn)在 : 對于同一個硬件電路的 VHDL 語言描述 , 它可以從一個模擬器移植到另一個模擬器上、從一個綜合器移植到另一個綜合器上或者從一個工作平臺移植到另一個工作平臺上去執(zhí)行。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 8 (5) VHDL 語言程序易于共享和復用 VHDL 語言采用基于庫 ( library) 的設(shè)計方法。 VHDL 語言程序的基本結(jié)構(gòu) 實體（ Entity 結(jié)構(gòu)體 (Architecture) 包集合 (Package)配 (Configuration) 庫(Library) 狀態(tài)機的簡介 關(guān)于狀態(tài)機的一個極度確切的描述是它是一個有向圖形，由一組節(jié)點和一組相應(yīng)的轉(zhuǎn)移函數(shù)組成。這些節(jié)點中至少有一個必須是終態(tài)。它要改變到新的狀態(tài)，依賴于轉(zhuǎn)換函數(shù)。“命令行實用程序”是這種傳統(tǒng)應(yīng)用程序的典型例子。事件驅(qū)動的 GUI 應(yīng)用程序是這種應(yīng)用程序的典 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 9 型例子，它們由命令和選擇（也就是用戶造成的事件）來驅(qū)動。 顯然，必須采取不同的技術(shù)來處理這些情況。具體采取的操作不僅能取決于接收到的事件，還能取決于各個事件的相對發(fā)生順序。這樣一來，任何邏輯都可建模成一系列事件 /狀態(tài)組合。詳解如下： ①現(xiàn)態(tài)：是指當前所處的狀態(tài)。動作執(zhí)行完畢后，可以遷移到新的狀態(tài)，也可以仍舊保持原狀態(tài)。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 10 第 3 章 設(shè)計功能與要求 電梯簡要說明 利用 VHDL 語言完成一個 3 層自動升降的電梯的控制電路，控制電路遵循方向優(yōu)先原則控 制電梯完成多層的載客服務(wù)，同時指示電梯運行情況和電梯所在樓層 。程序根據(jù)電梯當前位置和使用者所在樓層以及進入電梯后的要求控制運行狀態(tài)。 系統(tǒng)主要通過當前所在樓層以及運行狀態(tài)、后續(xù)請求判斷運行方式。 若電梯正處在上升狀態(tài)中收到外部請求，則只響應(yīng)比當前所在樓層高的樓層的請求，到達需要到達最高樓層時再響應(yīng)低層請求。 處于二樓時，電梯則可能出現(xiàn)三種情況： ，電梯則停留在當前樓層。此時，電梯就進入預下降狀態(tài)，準備作下降運行。根據(jù) VHDL 語言的規(guī)則，程序必須由最基本的實體和結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。 二樓電梯外人的下降請求信號（ Button[2]），三樓電梯外人的下降請求信號（ Button[3]）； 電梯內(nèi)人請求到達一樓的信號（ fllor[0]），電梯內(nèi)人請求到大二樓的信號（ floor[1]），電梯內(nèi)人請求到大三樓的信號（ floor[2]）； 電梯控制信號（ opendoor）； 電梯所在樓層顯示（ position[3..0]）； 電梯 開門狀態(tài)（ door）； 電梯上下指示（ updown） ； 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 14 三層電梯的電路總圖 圖 35 電路總圖 三層電梯的引腳分配 圖 36 引腳分配 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)設(shè)計 15 第 4 章 仿真結(jié)果與說明 圖 41 圖 41 是基本基本功能仿真，使用者在一層電梯外按下上升（ Button(0)=1）按鈕，隨后開門（ door=1）。然而在上升到二樓時一層外有人按下上樓按鈕。在電梯上升但未到達二層時，二層外有人按下上樓（ Button(1)=1）請求，因此當電梯到達二層（ position=2）后停止并開門，待二層使用者進入后再完成第一個使用者 的請求到達三層。需要注意的是，本次實驗第二個使用者在二層外的按鍵是錯誤的，因為他要到達一層應(yīng)該按下二層下按鈕（ Button(2)=1），然而他卻錯誤的按下 了二層上按鈕（ But