【正文】 escription Language）語言所開發(fā)的六層電梯控制程序 。通過程序調(diào)試及運行仿真，結(jié)果表明，本設(shè)計可以完成：電梯運行所在樓層指示、電梯運行方向指示、超載報警、故障報警等。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。由于這些電梯交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，交流雙速電機拖動系統(tǒng)性能及乘坐舒適感較差，交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)屬能耗型調(diào)速的機械部分無大問題，為節(jié)約資金，大部分老式電梯用戶希望對電梯的電氣控制系統(tǒng)進行改造，提高電梯的運行性能。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 6 頁 共 31 頁 EDA 技術(shù)介紹 EDA 技術(shù)是 20 世紀(jì) 90 年代初從計算機輔助設(shè)計（ Computer Aided Design）、計算機輔助制造（ Computer Aided Manufacture）、計算機輔助測試（ Computer Aided Testing）和計算機輔助工程（ Computer Aided Engineering）的概念發(fā)展而來的。硬件描述語言是用于設(shè)計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，它描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接方式。簡單來說就是依賴功能強大的計算機，在 EDA 工具軟件平臺上，對以硬件描述語言 HDL 為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設(shè)計文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、 邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合（布局布線），以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。 FPGA 的基本特點主要有： 用 FPGA 設(shè)計 ASIC 電路，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片。 FPGA 采用高速 CHMOS 工藝，功耗低，可以與 CMOS、 TTL電平兼容。 加電時， FPGA 芯片將 EPROM 中數(shù)據(jù)讀入片內(nèi)編程 RAM 中，配置完成后，F(xiàn)PGA 進入工作狀態(tài)。這樣，同一片F(xiàn)PGA，不同的編程數(shù)據(jù)，可以產(chǎn)生不同的電路功能。從宏觀的角度看， VHDL 的語法構(gòu)成了程序的各組成部分；微觀上看 VHDL 的語法是各種語句的運用細(xì)節(jié)。主要用于描述離散電子系 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和行為。它也是美國國防部標(biāo)準(zhǔn)（ MILSTD454L）。 VHDL 與 VerilogHDL 一起成為業(yè)界主選的硬件描述語言。VHDL 是一種設(shè)計、仿真和綜合的標(biāo)準(zhǔn)硬件描述語言。 （三）獨立性 VHDL 的硬件描述與具體的工藝技術(shù)和硬件結(jié)構(gòu)無關(guān)。 （五）靈活性 VHDL 最初是作為一種仿真標(biāo)準(zhǔn)格式出現(xiàn)的，有著豐富的仿真語句和庫函數(shù)。 這種方案可以節(jié)約很多能源，當(dāng)電梯廂處于低樓層時，配重處于高樓層，這時配重具有重力勢能。當(dāng)電梯廂處于高樓層，配重處于低樓層時與上述情況相反。 在 FPGA 內(nèi)部設(shè)置一個電梯運行方向標(biāo)志位，取名位 dir。 電梯位置傳感器 電梯控制器要每時每刻知道電梯所處的樓層，這就需要使用傳感器。 方案二：采用超聲波測距技術(shù)測量電梯的位置。方案二只需一套超聲波測距系統(tǒng)就能時時測量出電梯所處的位置。數(shù)碼管能顯示 0— 9 的數(shù)字，顯示亮度大，顏色單一。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 12 頁 共 31 頁 綜合上述，本系統(tǒng)設(shè)計的是七層樓的電梯控制系統(tǒng)，數(shù)碼管顯示的信息足夠了。 綜合上述：方案一不需要增加外圍電路，利用軟件的方法來濾去抖動脈沖，這使程序負(fù)擔(dān)加重，影響電梯的實時性。該方法的特點是，控制簡單，成本低，使用方便。變壓變頻調(diào)速控制電梯速度調(diào)節(jié)平滑，獲 得十分良好的乘坐舒適感，并且能降低電動機的起制動電流，與其他類型交流調(diào)速系統(tǒng)相比運行效率高、節(jié)能效果顯著。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 14 頁 共 31 頁 第 3 章 模塊設(shè)計程序硬件設(shè)計和軟件設(shè)計 設(shè)計 方案 總結(jié)： 1)外部數(shù)據(jù)高速采集模塊設(shè)計 有效的對外部信號采集、處理要求電梯控制器對外部請求信號 的實時、準(zhǔn)確采集準(zhǔn)確、實時的捕捉樓層到達信號；有防止樓層到達信號、外 部請求信號的誤判。一般情況下，電梯工作起始點是第一層，起始狀態(tài)是等待狀態(tài)，啟動條件是收到上升請求。考慮到系統(tǒng) I/O 資源有限?？紤]到系統(tǒng) I/O資源需求， 4 個按鍵值采用掛在 PORTB 口。 4）具有提前關(guān)電梯門和延時關(guān)電梯門的功能。 use 。 超載 up1,up2,up3,up4,up5,up6,up7,up8,up9: in std_logic。 到達樓層信號 door : out std_logic_vector(1 downto 0)。 電梯外人下降請求信號顯示 led_i_a : out std_logic_vector(9 downto 0)。 電機控制信 號和電梯運動 end 。 電梯外人下降請求信號寄存信號 signal q:integer range 0 to 1。 電梯內(nèi)外請求信號寄存器 signal opendoor:std_logic。event and clk=39。 then q1=0。 清除故障報警 elsif overweight=39。 q1=0。 elsif q=1 then q=0。139。q1=0。down=39。 then if close=39。q2=q2+1。 提前關(guān)門 elsif q1=6 then door=00。139。door=00。 then 下降預(yù)操作 if close=39。q2=q2+1。 elsif q1=6 then door=00。139。door=00。039。 or upo1=39。 upo1=39。有當(dāng)前層的請求，則電梯進入開門狀態(tài) elsif dd_cc0000000001 then en_up=39。 有上升請求，則電梯進入預(yù)備上升狀態(tài) elsif dd_cc=0000000000 then opendoor=39。039。 then if ina2=39。 then ina2=39。 opendoor=39。 opendoor=39。 opendoor=39。039。139。139。039。039。 then led_c_f=0110000。039。139。139。039。039。 or downo3=39。 downo3=39。 elsif dd_cc0000000100 then en_dw=39。 elsif dd_cc0000000111 then en_up=39。 end if。 電梯到達 4 樓，數(shù)碼管顯示 4 if updown=39。 or upo4=39。 upo4=39。 elsif dd_cc0000001111 then en_up=39。 elsif dd_cc0000001000 then en_dw=39。 end if。039。139。139。139。 elsif gate5=39。039。039。139。139。139。 elsif ina5=39。 then ina5=39。opendoor=39。 opendoor=39。 opendoor=39。039。 then if ina6=39。 then ina6=39。 opendoor=39。 opendoor=39。 opendoor=39。039。139。139。039。039。 then led_c_f=1111000。039。139。139。039。039。 or downo7=39。 downo7=39。 elsif dd_cc0001000000 then en_dw=39。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 21 頁 共 31 頁 elsif dd_cc0001111111 then en_up=39。 end if。 電梯到達 8 樓，數(shù)碼管顯示 8 if updown=39。 or upo8=39。 upo8=39。 elsif dd_cc0011111111 then en_up=39。 elsif dd_cc0010000000 then en_dw=39。 end if。039。139。139。139。 elsif gate9=39。039。039。139。139。139。 elsif ina9=39。 then ina9=39。 opendoor=39。 opendoor=39。 opendoor=39。039。 then 電梯到達 10 樓，數(shù)碼管顯示 0 if ina10=39。 then ina10=39。opendoor=39。 opendoor=39。039。 end if。039。 對電梯內(nèi)人請求信號進行檢測和寄存 elsif a2=39。039。 then ina4=a4。 elsif a6=39。039。 then ina8=a8。 elsif a10=39。 if up1=39。039。 then upo3=up3。 elsif up5=39。039。 then upo7=up7。 elsif up9=39。 if down2=39。039。 then downo4=down4。 elsif down6=39。039。 then downo8=down8。 elsif down10=39。 dd=ina10amp。ina6amp。ina2amp。amp。upo6amp。upo2amp。downo8amp。downo4amp。039。 led_i_a=dd。 end process。 程序如下： library ieee。 clk1: out std_logic)。 begin if(rising_edge(clk50)) then if(num=2) then num:=0。 end if。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 25 頁 共 31 頁 第 4 章各部件仿真結(jié)果 到達樓下信號仿真圖 圖 5 樓下信號仿真圖 超重警告仿真如圖 圖 6 超重信號仿真圖 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 26 頁 共 31 頁 外人請求信號： 注解：由 2HZ 時鐘信號充當(dāng)敏感信號，觸發(fā)各個上升或者下降請求，在電梯內(nèi)外各有數(shù)碼管顯示樓層、請求和電梯運動方向信號，由電梯門控制信號控制電梯到達樓層的開、關(guān)門，電梯設(shè)有超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門、和看們狗等警報系統(tǒng)，硬件上使用 FPGA 來實現(xiàn)， FPGA 在實現(xiàn)電梯控制方面比較靈活，可以通過對程序的修改來達到控制多個樓層，能夠滿足一般的載客電梯的工作功能需要。降低了開發(fā)成本，這中設(shè)計方法必將在未來的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計中發(fā)揮越來越重的作用。因此編程時要注意在選芯片之前，要先將計算出的數(shù)據(jù)信號先放到數(shù)據(jù)總線上。 基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 30 頁 共 31 頁 參考文獻 [1].歐偉明 .《電子信息系統(tǒng)設(shè)計》 .西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 年09 月 [2].陳大欽 .《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》 . 北京： 高等教育出版社 ， 2021 年 01 月 [3].康華光 .鄒壽彬 .《電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分》 .北京：高等教 育出版社， 2021年 01月 [4].李學(xué)?！?PIC 單片機實用教程 —— 基礎(chǔ)篇》 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 年 09 月 [5].李學(xué)?！?PIC 單片機實用教程 —— 提高篇》 .北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 年 09 月 [6].王偉 .《 Verilog HDL 程序設(shè)計與應(yīng)用》 .北京：人民郵電出版社， 2021 年03 月 [7].閻石．《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 .北京：高等教育出版社， 2021 年 06月 [8].潘松 .黃繼業(yè) .《 EDA 技術(shù)實用教程北京》 .北京：科學(xué)出版社 ,2021 年 05月 [9].江國強 .《 EDA 技術(shù) 應(yīng)用》 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2021 年 03 月 [10].王彥朋 .《大學(xué)生電子設(shè)計與應(yīng)用》 .北京 :中國電力出版社 ,2021 年 05月 [11].吳繼華 .王誠．《 Altera FPGA/CPLD 設(shè)計》 .北京 :人民郵電出版社 ,2021基于 FPGA 的電梯控制器設(shè)計 第 31 頁 共 31 頁 年 07 月 [12].劉光斌 .劉冬 .姚志成 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