【正文】 為了提高設(shè)計(jì)效率以及使設(shè)計(jì)遵循某些統(tǒng)一的語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)格式，有必要將一些有用的信息匯集在一個(gè)或幾個(gè)庫(kù)中以供調(diào)用。實(shí)體是設(shè)計(jì)實(shí)體的表層設(shè)計(jì)單元，實(shí)體說(shuō)明部分規(guī)定了設(shè)計(jì)單元的輸入輸出接口信號(hào)和引腳，它是設(shè)計(jì)實(shí)體對(duì)外的一個(gè)通信界面。 自 IEEE 公布了 VHDL 的標(biāo)準(zhǔn)版本之后，各 EDA 公司相繼推出了自己的 VHDL 設(shè)計(jì)環(huán)境，或宣布自己的設(shè)計(jì)工具支持 VHDL。 （ 4） EDA 使得電子技術(shù)領(lǐng)域各學(xué)科的界限更加模糊，更加互為包容 ，如模擬與數(shù) 字、軟件與硬件、系統(tǒng)與器件、 ASIC 與 FPGA、行為與結(jié)構(gòu)等。 利用 EDA 工具，電子 設(shè)計(jì)師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設(shè)計(jì)電子系統(tǒng)，大量工作可以通過(guò)計(jì)算機(jī)完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設(shè)計(jì)、性能分析到設(shè)計(jì)出 IC 版圖或 PCB版圖的整個(gè)過(guò)程在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)處理完成。 EDA 技術(shù)是在電子 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn) 行電子產(chǎn)品的自動(dòng)設(shè)計(jì)。相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員使用 EDA 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，就像現(xiàn) 在使用計(jì)算器一樣，雖然大部分人不能開辦集成電路制造廠，但是卻能快速、經(jīng)濟(jì)地制造（設(shè)計(jì)）自己的專用集成電路或集成電子系統(tǒng)。它 打破了軟件和硬件間的壁壘，使計(jì)算機(jī)的軟件 技術(shù) 與硬件實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)效率和產(chǎn)品性能合二為一，它代表了電子設(shè)計(jì)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。由于電梯在運(yùn)行過(guò)程中各種輸入信號(hào)是隨機(jī)出現(xiàn)的，即信號(hào)的出現(xiàn)具有不確定性，同時(shí)信號(hào)需要自鎖保持、互鎖保存、優(yōu)先級(jí)排隊(duì)、數(shù)據(jù)比較等，因此信號(hào)之間就存在復(fù)雜的邏輯關(guān)系。 PLC 將 CPU、存儲(chǔ)器、 I/O 接口等做成一體，使用方便，擴(kuò)展容易。為了實(shí)現(xiàn)電梯的控制，過(guò)去大多是采用繼電器邏輯電路，這種邏輯控江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 制方式具有原理簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)，但通用性較差，對(duì)不同的樓層和不同的控制方式，其原理圖、接線圖等必須重新制作，且控制系統(tǒng)由許多繼電器觸點(diǎn)組成，接線復(fù)雜、故障率高。對(duì)電梯的控制主要是選層、啟層、換速、平層、停車等幾個(gè)環(huán)節(jié)，其中以選層環(huán)節(jié)最為復(fù)雜。 針對(duì)我國(guó)樓層層數(shù)的基本水平，本著 “一理通，百理明 ”的原則，本設(shè)計(jì)希望通過(guò) 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的六層電梯控制器，為廣大電梯設(shè)計(jì)者提供一個(gè) 設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞 ： 電梯控制 器 EDA VHDL QuartusII 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II The Design and Realization of the Elevator Controller Abstract In the modern social and economic activities, puter technology, automatic control technology and power electronics technology has been rapid developed, the elevator has bee a sign of urban material. With the sustained and rapid development of economic construction, China39。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，我國(guó)電梯需求量越來(lái)越大，電梯生產(chǎn)已成為我國(guó)一門極具前景的新興產(chǎn)業(yè)。 EDA 技術(shù)使得設(shè)計(jì)者的工作僅僅局限于利用軟件的方式，即利用硬件描述語(yǔ)言和 EDA 軟件來(lái)完成對(duì)硬件系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市場(chǎng) 的發(fā)展 越來(lái)越 迅速 ，人們對(duì)電梯的要求越來(lái)越高。而且應(yīng)用單片機(jī)控制又相當(dāng)于應(yīng)用其他微機(jī)減少了外圍設(shè)備的接口芯片，增強(qiáng)了可靠性。只要把按鈕、限位開關(guān)、光電開關(guān)、無(wú)觸點(diǎn)行程開關(guān)等電器元件作為輸入信號(hào)，而把制動(dòng)器、接觸器等功率輸出元件接到輸出端，就算完成了接線任務(wù)。 電梯既是一種特殊的起重運(yùn)輸設(shè)備，具有完善的機(jī)械專用結(jié)構(gòu)，又是一種比較復(fù)雜的機(jī)電一體化的大型工業(yè)產(chǎn)品，具有復(fù)雜的電氣控制系統(tǒng)。前者代表了物理層在廣度和深度上硬件電路實(shí)現(xiàn)的發(fā)展，后者則反映了現(xiàn)代先進(jìn)的電子理論、電子技術(shù)、仿真技術(shù)、設(shè)計(jì)工藝和設(shè)計(jì)技術(shù)與最新的計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)有機(jī)的融合和升華。正因 EDA 在 設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)中 的這些特點(diǎn)， 在電梯控制電路 上采用 EDA 技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，越來(lái)越受到人們的重視。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 圖 11 電梯控制器硬件系統(tǒng)示意圖 LED 顯示 主控制器 分控制器 數(shù)碼管顯示 信號(hào)輸入 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第二章 設(shè)計(jì) 基礎(chǔ) 現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)技術(shù)的核心是 EDA 技術(shù) 。在電子技術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可編程邏輯器件（如 CPLD、 FPGA）的應(yīng)用，已得到廣泛的普及，這些器件為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的靈活性。目前 EDA 技術(shù)已在各大公司、企事業(yè)單位和科研教學(xué)部門廣泛使用。 （ 7）軟硬件 IP 核在電子行業(yè)的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和設(shè)計(jì)應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步確認(rèn)和廣泛應(yīng)用。VHDL 語(yǔ)言 具有很強(qiáng)的電路描述和建模能力，能從多個(gè)層次對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行建模和描述，從而大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)任務(wù)，提高了設(shè)計(jì)效率和可靠性。結(jié)構(gòu)體描述設(shè)計(jì)實(shí)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部設(shè)計(jì)實(shí)體端口間的邏輯關(guān)系。 VHDL 語(yǔ)言的庫(kù)分為兩 類：一類是設(shè)計(jì)庫(kù)，如在具體設(shè)計(jì)項(xiàng)目中用戶設(shè)定的文件目錄對(duì)應(yīng)的 WORK 庫(kù)；另一類是資源庫(kù)，資源庫(kù)是常規(guī)元件和標(biāo)準(zhǔn)模塊存放的庫(kù)。此外 ,VHDL 語(yǔ)言能江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 夠同時(shí)支持同步電路、異步電路和隨機(jī)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) , 這是其他硬件描述語(yǔ)言所不能比擬的。 (4)可操作性：由于 VHDL 具有類屬描述語(yǔ)句和子程序調(diào)用等功能，對(duì)于已完成的設(shè)計(jì)，在不改變?cè)闯绦虻臈l件下，只需改變端口類屬參量或函數(shù)，就能輕易地改變?cè)O(shè)計(jì)的規(guī)模和結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中 , 設(shè)計(jì)人員可以建立各種可再次利用的模塊 , 一個(gè)大規(guī)模的硬件電路的設(shè)計(jì)不可能從門級(jí)電路開始一步步地江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 進(jìn)行設(shè)計(jì) , 而是一些模塊的累加。 軟件支持 VHDL 和 Verilog硬件描述語(yǔ)言的設(shè)計(jì)輸入、基于圖形的設(shè)計(jì)輸入方式以及集成系統(tǒng)設(shè)計(jì)工具。 外部請(qǐng)求信號(hào)的輸入形式為按鍵輸入，到達(dá)樓層信號(hào)來(lái)自光敏傳感器，關(guān)門中斷信號(hào)及超載信號(hào)則產(chǎn)生于壓力傳感器。 電機(jī)的控制信號(hào)一般需要兩位，本系統(tǒng)中電機(jī)有 3 種狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，很難對(duì)電梯的運(yùn)行情況作出一個(gè)統(tǒng)一的分析。如果電梯沒有接收到請(qǐng)求信號(hào)，電梯則在一樓待機(jī)。即在以順序邏輯控制實(shí)現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)，根據(jù)隨機(jī)的輸入信號(hào)，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)時(shí)的控制電梯的運(yùn)行。 電梯在超重檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)超重，關(guān)門中斷信號(hào)會(huì)促使電梯發(fā)出超重報(bào)警并且進(jìn)行開門操作以減少乘客，重新進(jìn)入載客操作；電梯在故障檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)電梯某部分出現(xiàn)故障，關(guān)門中斷信號(hào)會(huì)促使電梯發(fā)出故障報(bào)警并且進(jìn)入開門操作的同時(shí)停止關(guān)門延時(shí)，作故障處理待機(jī)。 圖 34 總程序流程圖 程序開始 VHDL 庫(kù)調(diào)用 設(shè)置控制器端口 設(shè)置相關(guān)寄存器 電梯運(yùn)行規(guī)則描述 電梯信號(hào)處理 程序結(jié)束 狀態(tài)顯示模塊 主控制模塊 譯碼器 樓層顯示模塊 樓層選擇模塊 分控制模塊 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 端口、寄存器說(shuō)明 （ 1）由功能要求本程序設(shè)計(jì)的端口必須包括： 輸入端口：時(shí)鐘（ clk，頻率為 2Hz）、超載（ full）、關(guān)門中斷（ deng） 、提前關(guān)門（ quick）、清除報(bào)警（ clr）、電梯外人的上升請(qǐng)求信號(hào)（ c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5）、電梯外人的下降請(qǐng)求信號(hào)（ c_d2,c_d3,c_d4,c_d5,c_d6）、電梯內(nèi)人的請(qǐng)求信號(hào)（ d1,d2,d3,d4,d5,d6）、到達(dá)樓層信號(hào)（ g1,g2,g3,g4,g5,g6）。 use 。到達(dá)樓層信號(hào) door : out std_logic_vector(1 downto 0)。電機(jī)控制信號(hào)和電梯運(yùn)動(dòng) end dianti。電梯內(nèi)外請(qǐng)求信號(hào)寄存器 signal opendoor:std_logic。 then led=0010010。039。039。039。 c_d22=39。 opendoor=39。 有上升請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入預(yù)備上升狀態(tài) end if。 then q1=0。 q1=0。139。down=39。q2=q2+1。139。 then 下降預(yù)操作 if deng=39。 elsif q1=6 then door=00。door=00。139。 elsif d4=39。 then d66=d6。 elsif c_u3=39。 then c_u55=c_u5。 elsif c_d4=39。 then c_d66=c_d6。 電梯內(nèi)人請(qǐng)求信號(hào)并置 cc_u=39。 電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)并置 cc_d=c_d66amp。 電梯內(nèi)、外人請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行綜合 end if。選擇 “VHDL File”，如圖 38 所示。當(dāng)程序被確認(rèn)無(wú)誤后會(huì)出現(xiàn)如下界面，如圖 310 所示。從圖 42 左邊 框中往右邊框加入需要的 信號(hào)節(jié)點(diǎn) ，就可對(duì)輸入信號(hào)逐一賦值，便可對(duì)程序進(jìn)行仿真，觀察輸出信號(hào)，得出結(jié)論。 圖 45 電梯控制程序仿真圖 從 圖 45 可以看出： 1. 電梯停在一樓時(shí)，接受到請(qǐng)求信號(hào) c_d c_d c_u4 和 d6，并把請(qǐng)求信號(hào)寫入相應(yīng)的寄存器。139。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 48 電梯控制程序仿真局部放大圖 3 從 圖 48 可以看出： 1. 電梯排除故障后繼續(xù)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)在實(shí)用方面和參考方面具有一定的價(jià)值。 在這四年的學(xué)期中結(jié)識(shí)的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財(cái)富。 超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門清除報(bào)警信號(hào) c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5: in std_logic。 電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示 led_d : out std_logic_vector(5 downto 0)。 到達(dá)樓層信號(hào) door : out std_logic_vector(1 downto 0)。 use 。老師嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神 ， 精益求精的工作作風(fēng)，深深的感染和激勵(lì)著我， 使我終身受益。在設(shè)計(jì)方法上也做了特殊的設(shè)計(jì)，所以使得擴(kuò)展性較好。 4. 電梯接受到提前關(guān)門信號(hào) quick，電梯跳過(guò)關(guān)門等待時(shí)間。 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 46 電梯控制程序仿真局部放大圖 1 從圖 46 可以看出： 1. 電梯上升到 6 樓時(shí)，響應(yīng)請(qǐng)求（ d_6） ,開門卸客；進(jìn)入預(yù)備下降狀態(tài)。 圖 44 仿真設(shè)置 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 （ 2）啟動(dòng)仿真器。 圖 41 選擇編輯矢量波形 文件 （ 2）設(shè)置仿真時(shí)間區(qū)域，在 “Edit”菜單中選擇 “End Time”項(xiàng)，在彈出窗口中設(shè)置，設(shè)置完后對(duì)文件進(jìn)行保存。 （ 5） 保存以后，對(duì)程序進(jìn)行編譯。 電梯外人上升請(qǐng)求信號(hào)顯示 led_c_d=cc_d。c_d22amp。c_u44amp。d44amp。139。 then c_d22=c_d2。139。 then c_u11=c_u1。139。 then d22=d2。 else q=1。139。q2=q2+1。door=00。提前關(guān)門 elsif q1=6 then door=00。 then 上升預(yù)操作 if deng=39。q1=0。 elsif q=1 then q=0。清除故障報(bào)警 elsif full=39。event and clk=39。en_dw=39。 有當(dāng)前層的請(qǐng)求，則電梯進(jìn)入開門狀態(tài) elsif dd_cc00000010 then en_dw=39。 or c_d22=39。139。139。139。 （進(jìn)程語(yǔ)句具體看附錄） end behav。電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)寄存信號(hào) signal q:integer range 0 to 1。電梯外人下降請(qǐng)求信號(hào)顯示 led_d : out std_logic_vector(5 downto 0)。 超載、關(guān)門中斷、提前關(guān)門、清除報(bào)警信號(hào) c_u1,c_u2,c_u3,c_u4,c_u5: in std_logic。 模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明 本程序由三個(gè)基本模塊組成，包括調(diào)用 VHDL 庫(kù)模塊、實(shí)體設(shè)計(jì)模塊和結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)模塊。 根據(jù) VHDL 語(yǔ)言的規(guī)則，程序必須由最基本的實(shí)體和結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。 一樓 預(yù)上升 待機(jī) 二樓 …… 五樓 預(yù)下降 預(yù)上升 六樓 上升信號(hào) 無(wú)信號(hào) .下降信號(hào) 上升信號(hào) 無(wú)信號(hào) .下降信號(hào) 無(wú)信號(hào) 預(yù)下降 江蘇大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文