【正文】 在此，感謝嚴飛老師以及大學四年老師們對我的教導和幫助，也感謝我的母校給了我一個成長的環(huán)境和不斷進步的空間。 （ 1）能完成電梯基本的上升下降功能，當有多個請求信號時，電梯運行符合電梯設計的方向優(yōu)先原則。 圖 成果展示圖 16：電梯在 2 樓，上升狀態(tài)，開門 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 31 圖 成果展示圖 17：電梯在 2 樓，上升狀態(tài)，開門，警告 圖 成果展示圖 18 電梯在 2 樓，上升狀態(tài)，關(guān)門，警告 （ 8）電梯在 3 樓，且電梯處于上升狀態(tài)， 2 樓 4 樓分別發(fā)出外部向上和向下請求： 如圖 所示，當電梯處于上升狀態(tài)， 2 樓 4 樓分別發(fā)出外部向上和向下請求時， 2 樓外部上升請求指示燈亮， 4 樓下降外部請求指示燈亮，上升／下降 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 32 指示燈亮，電梯處于上升狀態(tài)。電梯先應答 3 樓的下降信號再應答 2 樓的下降信號。 （ 1） 電梯復位 如圖 所示，當復位時，電梯處于 1 樓停止的狀態(tài)。該系統(tǒng)選擇器件為 EP1K30QC2082。 當系統(tǒng)復位時，電梯處于停止和等待的狀態(tài)。其中，一般情況下開門時間為 4 秒（ 0door_time8），準備關(guān)門狀態(tài)為 1秒 (7door_time10)，即電梯一般情況下開門 5秒后關(guān)門。當系統(tǒng)置位時，樓層顯示信號根據(jù)電梯運行方向和運行狀態(tài)來決定。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 13 圖 下降請求指示燈亮滅轉(zhuǎn)換流程圖 （ 1）當 4樓有外部下降請求時： 由于 4樓是最高層，不能往上運行，所以只要 4樓外部有上升請求時，只需要判斷電梯是否到達 4樓且電梯停止運行，當響應完畢時， 4樓外部下降信號指示燈滅。 外部上升請求信號響應 四層電梯控制系統(tǒng)的外部上升請求信號有 3個，根據(jù)運行規(guī)律，采用逐層判斷的方法，先從 3樓開始判斷，最后到 1樓。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 9 第 3章 四層電梯控制系統(tǒng)的設計 根據(jù)設計要求，此次四層電梯控制系統(tǒng)的設計包括請求信號響應、樓層檢測、當前樓層數(shù)碼管顯示、開關(guān)門控制、電梯運行五個模塊。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 8 （ 2）主板中所有 I/O 口開放：主芯片的 I/O 口分為三個部分使用，三個部分的 I/O 口無重合。它是 Altera 公司的第 4代可編程邏輯器件集成開發(fā)環(huán)境，提供了從設計輸入到器件編程的全部功能 [1]。它主 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 7 要由兩個部分組成：程序包首、程序包體。在該部分， VHDL 語句的主要功能是指明所設計的芯片實現(xiàn)什么具體的功能，以及元件的 內(nèi)部聯(lián)系和連線。 （ 5） 內(nèi)嵌專用硬核：內(nèi)嵌的專用內(nèi)核主要指那些通用性相對較弱的功能單元。在功能上， FPGA 的功能由邏輯結(jié)構(gòu)的配置數(shù)據(jù)決定，這些數(shù)據(jù)配置存放在片外的 EPROM 或者其他的存儲器上；在結(jié)構(gòu)上， FPGA 在結(jié)構(gòu)上由邏輯功能模塊排列成陣列，并有可編程的內(nèi)部連接線連接這些功能模塊，以用于實現(xiàn)某些特定的邏輯功能。從 EDA 技術(shù)的組成方面來看，在可編程器件方面，朝著高密度、高速度、寬帶寬方面發(fā)展，同時也朝著系統(tǒng)化、混合化、低電壓、低功耗方向發(fā)展；在開發(fā)工具上，要求具備混合的信號處理 能力，高效的仿真能力，高效的邏輯綜合能力以及優(yōu)化能力；系統(tǒng)描述方式更加的簡便化、高效化和統(tǒng)一化 [13]。優(yōu)化的作用是將電路設計的時延縮短到最小和有效利用資源。 EDA 技術(shù)具備著自己獨特的優(yōu)勢，設計人員首先按照“自頂向下”的設計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設計和功能劃分，然后采用硬件描述語言完成系統(tǒng)行為 設計，最后通過綜合器和適配器生成目標器件，這樣的設計方法被稱為高層次的電子設計方法。當電梯處于下降模式時，電梯運行規(guī)律與上升模式相反； （ 5）電梯設有延時關(guān)門與快速關(guān)門功能。隨著電梯的普遍使用，電梯功能也在隨之提高，其控制方式也在不斷的改善。然而，安全性問題是人類一直在突破的問題。習慣上不論其驅(qū)動方式如何，將電梯作為建筑物內(nèi)垂直交通運輸工具的總稱。 本文基于 VHDL即超高速集成電路硬件描述語言開發(fā)的四層電梯控制系統(tǒng)，以 QuartusII 為開發(fā)環(huán)境，最終在 EDA 實驗箱上實現(xiàn)四層電梯控制系統(tǒng)的基本功能，其功能包括：顯示電梯樓層數(shù)、響應樓層請求、電梯升降指示、電梯開關(guān)門、電梯開門超時報警等。本文采用模塊化設計的方法，整個系統(tǒng)主要分為五個模塊，其中包括：請求信號顯示模塊、樓層檢測模塊、數(shù)碼管樓層顯示模塊、開關(guān)門控制模塊及電梯運行模塊。 其實，人類利用升降工具運輸貨物、人員的歷史非常悠久。直到 1854 年，美國人伊萊沙 150 年來，電梯的材質(zhì)由黑白到彩色，樣式由直式到斜式，在操縱控制方面更是步步出新，一款款集納了人類在機械、電子、光學等領域最新科研成果的新型電梯競相問世，冷冰冰的建筑因此散射出人性的光輝，人們的生活因此變得更加美好。當啟用延時關(guān)門時，電梯延時 3秒關(guān)門。因此， EDA技術(shù)具備以下幾個基本的特征： （ 1）“自頂向下”的設計方法 傳統(tǒng)的電子設計技術(shù)采取的是“自底向上”的設計方法，這種設計方法不僅效率低、易出錯，而且成本很高。幾乎所有的 EDA 綜合工具都可以利用約束條件對電路進行優(yōu)化。 FPGA 簡介 可編程邏輯器件（ PLD）簡介 可編程邏輯器件以 SRAM、 Flash 存儲器或者 EEPROM 為存儲基礎，由用戶 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 5 根據(jù)自己的需要對其進行編程，確定芯片的功能，然后應用在用戶的電路系統(tǒng)中的電子設計技術(shù)。與 CPLD 相比， FPGA 可以實現(xiàn)更為復雜和更大規(guī)模的邏輯電路 [2]。 FPGA 中的內(nèi)嵌專用內(nèi)核主要是為了實現(xiàn)某些特定功能開發(fā)的 [3]。通常情況，結(jié)構(gòu)體對于輸入輸出的關(guān)系有三種方式進行描述：行為描述、寄存器傳輸描述、和結(jié)構(gòu)描述，不同的描述方式僅僅是體現(xiàn)在所編寫的語句上，其結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造是完全相同的。程序包首用于說明程序包中所定義的常量、數(shù)據(jù)類型、過程首、函數(shù)首以及元件定義；程序包體主要是對程序包體部分所定義的 函數(shù)首和過程首所對應的函數(shù)體和過程體進行說明。 本次設計是在 環(huán)境下進行的， 是 Altera 公司于 20xx 年推出的新一代 PLD 開發(fā)集成環(huán)境。第一部分連接到外部資源（數(shù)碼管、譯碼器、時鐘源、液晶、LCD、 LED、按鍵、開關(guān)等），第二部分連接到試配板接口，第三部分連接到擴展版接口 [11]。四層電梯控制系統(tǒng)的整體流程圖如圖 所示。當有本層的外部上升請求信號時，外部請求信號指示燈亮，當電梯響應了本層外部上升請求信號，則本層的外部上升請求信號燈滅。 （ 2）當 3 樓有外部下降請求時： 3樓外部下降請求指示燈亮，若電梯處于下降狀態(tài)響應下降請求（ state（ 1 downto 0）＝ 00）或上升狀態(tài)響應下降請求（ state（ 1 downto 0）＝ 01），則當電梯停止運行（ run＝ 0）且停在 3樓時， 3 樓的外部下降請求指示燈滅；若電梯處于上升狀態(tài)響應上升請求時（ state（ 1 downto 0）＝ 11）， 3 樓的內(nèi)部請求和 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 14 3 樓的外部上升請求信號也可將電梯停在 3 樓，因此不能簡單的通過電梯是否停止來判斷信號燈熄滅，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當 4樓沒有內(nèi)部請求時，電梯停止運行（ run＝ 0）且停在 3 樓， 3樓的外部下降信號指示燈才可以熄滅；若電梯處于上升狀態(tài)來響應下降請求（ state（ 1 downto 0）＝ 01）， 3樓的外部上升請求同樣可以使電梯停在三樓，但由于 3 樓的外部上升請求信號時 4 層電梯控制系統(tǒng)中可以有外部上升請求的最高層，因此在這種狀態(tài)下，當電梯停止運行（ run＝ 0）且停在 3 樓， 3樓的外部上升請求指示燈即熄滅 。當電梯處于停運狀態(tài)時，樓層信號保持當前數(shù)值，當電梯運行時，若電梯向上運行則層數(shù)加 1，若電梯向下運行則樓層數(shù)減 1。 同時，電梯門控還包含延時關(guān)門 (delay)和快速關(guān)門 (close)兩個請求，當有延時關(guān)門請求時，電梯延時 3 秒關(guān)門，當有快 速關(guān)門請求時，電梯直接進入準備關(guān)門狀態(tài)，即 1秒后立即關(guān)門。 （ 1）當電梯在 1樓時： 若電梯停在 1樓（ run＝ 0），先判 斷 1 樓是否有上升請求，若有 1 樓的外部上升請求，則電梯開門關(guān)門，再判斷 23樓是否有外部上升請求或內(nèi)部 24 樓的請求，若 23樓有外部上升請求或有內(nèi)部請求到達 2－ 4樓，則電梯運行（ run＝ 1），此時電梯處于上升狀態(tài)去應答上升請求（ state（ 1 downto 0）＝ 11），最后判斷 24樓是否有外部下降請求，若 24 樓有外部下降請求，則電梯運行（ run＝ 1）此時電梯處于上升狀態(tài)去應答下降請求（ state（ 1 downto 0）＝ 01）。管腳鎖定對照表如表 所示。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 23 圖 成果展示圖 1：電梯復位 （ 2） 電梯有 3樓內(nèi)部請求： 如圖 所示，當內(nèi)部有 3 樓的請求信號時 3樓的請求指示燈亮，上升 /下降指示燈亮 ,說明電梯在向上運行， run 運行指示燈亮。如圖 、 所示。電梯先響應 4樓的請求，再響應 2 樓的請求，如圖 、圖 所示。 （ 2）電梯的運行狀態(tài)通過 LED 燈顯示輸出，同時數(shù)碼管能夠?qū)崟r顯示電梯所在樓層。 除此之外， 我還想感謝在本次畢業(yè)設計中給過我?guī)椭耐瑢W，是你們在我遇到瓶頸的時候給了我建議幫助和鼓勵，謝謝你們！也感謝大學四年中與我朝夕相處的同學們，在我生活學習上遇到困難的時候，給予我關(guān)懷和照顧，因為這樣，我才能夠在大學四年中不僅僅收獲知識，也收獲了友誼和心靈的成長。老師不是告訴我們結(jié)論，而是循循引導，給我們提示，像迷霧里的燈塔，這樣的指導方式能夠讓我們學習到更多的東西，也教會了我們遇到問題時解決問題的思路。 本次設計成功地完成 了四層電梯控制系統(tǒng)的基本設計要求。再過 2 秒后電梯自動關(guān)門，如圖 所示。 圖 成果展示圖 4：電梯在 1 樓，上升狀態(tài) 3 樓外部有上升請求 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 25 圖 成果展示圖 5：上升狀態(tài)，應答 2 樓上升請求，開門 圖 成果展示圖 6：上升狀態(tài)，應答 3 樓上升請求，開門 （ 4）電梯在 4 樓， 2樓 3樓同時發(fā)出外部向下請求： 如圖 所示，當電梯在 4 樓時， 2樓 3樓有外部下降請求時， 2 樓 3 樓的下降請求指示等亮，運行 指示燈亮，上升 /下降指示燈滅，電梯向下運行。 四層電梯控制系統(tǒng)相應圖片展示 程序下載成功后，運行系統(tǒng)可得到展示結(jié)果。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 20 圖 電梯運行流程圖 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 21 第 4章 四層電梯控制系統(tǒng)展示 系統(tǒng)軟件驗證 系統(tǒng)通過仿真后，根據(jù) EDA 實驗開發(fā)平臺的 實際情況，選擇可編程邏輯器件 CPLD/FPGA，進行管腳分配，鎖定管腳進行編譯