【正文】 梯只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請求時，則直接上升到有下降請求的最高樓接客，然后進入下降模式。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 16 圖 樓層檢測模塊流程圖 樓層數(shù)碼管顯示模塊 表 為 7 段譯碼真值表：當(dāng)輸出端狀態(tài)為 1時表示該段亮，當(dāng)輸出端狀態(tài)為 0 時表示該段滅。用同樣的方法可以判 斷 2— 4 樓的內(nèi)部請求信號，若某層有內(nèi)部請求，則該層的內(nèi)部請求指示燈亮，并保持到內(nèi)部請求響應(yīng)完畢。 （ 3）當(dāng)電梯有 1樓上升請求時： 1樓上升請求指示燈亮，但由于 1樓是最底層，不能往下運行，所以只要 1樓外部有上升請求時，只需要判斷電梯是否到達 1樓且電梯停止運行（ run＝ 0），當(dāng)響應(yīng)完畢時， 1樓外部上升信號指示燈滅。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 11 請求信號響應(yīng)模塊 請求信號燈的亮滅是根據(jù)該層是否有請求信號以及電梯的運行狀態(tài)來決定的。因此低電壓器件的使用將更加重要和普遍，如筆記本電腦、嵌入式系統(tǒng)等，其中的 主要器件皆為低電壓器件 [11]。運用 EDA 技術(shù)設(shè)計系統(tǒng)的工作流程如圖 所示。需注意的是，在 VHDL 語言中，庫的說明語句總是放在實體單元前面 ，即一段 VHDL 程序的開始一定是庫說明語句。在復(fù)雜的 VHDL 工程設(shè)計中，設(shè)計者可以利用這種配置語句來選擇不同的結(jié)構(gòu)體，使其與要設(shè)計的實體相對應(yīng)，或者為例化的各元件實體配置指定的結(jié)構(gòu)體。實體是用于描述所設(shè)計芯片的外觀特性；它是 VHDL 的首要設(shè)計單元，實體是程序中最重要的幾個部分之一，其中定義了 VHDL 所描述的數(shù)字邏輯電路的外部接口，它相當(dāng)于一段程序的外部視圖，有輸入輸出的端口，也有參數(shù)的定義，相同的器件可以有不同的實現(xiàn)，但是只能對應(yīng)一個實體 [12]。 （ 3）豐富的布線資源：布線資源是器件內(nèi)部非常重要的連接渠道，連接著驅(qū)動功能以及數(shù)據(jù)的傳輸速度。 （ 2）按器件的結(jié)構(gòu)分：可分為乘積項結(jié)構(gòu)器件和查找表結(jié)構(gòu)器件。 EDA 技術(shù)的主要內(nèi)容 EDA 技術(shù)涉及面廣，從教學(xué)和實用的角度看，主要有以下四個方面內(nèi)容：一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷?；二是硬件描述語言；三是軟件開發(fā)工具；四是實驗開發(fā)系統(tǒng) [12]。硬件描述語言的應(yīng)用是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢，它可以大大的縮小設(shè)計成本，減少研發(fā)的周期，不僅適用于小批量的生產(chǎn)，同時也適合于大批量的產(chǎn)品的成產(chǎn)，因此，不僅在設(shè)計研發(fā)上，在工業(yè)生產(chǎn)中都得到了廣泛的應(yīng)用 [13]。 EDA 技術(shù)與傳統(tǒng)的硬件技術(shù)以及軟件技術(shù)有著很大的差別，它打破了計算機軟件以及硬件間的隔閡，使計算機軟件和硬件之間的結(jié)合得以實現(xiàn)，設(shè)計效率與產(chǎn)品性能互相融合。隨著 EDA 技術(shù)的發(fā)展， FPGA 已廣泛應(yīng)用于各項電子設(shè)計中，本設(shè)計即利用 FPGA 來實現(xiàn)對電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計。此后搭乘升降梯不再是“勇敢者的游戲”了，升降梯在世界范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。緊隨其后，威廉 FPGA。 大連海事大學(xué) 畢 業(yè) 論 文 二○一四 年 六 月 ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊ ┊┊┊┊┊┊┊裝┊┊┊┊┊┊┊訂┊┊┊┊┊┊┊線┊┊┊┊┊┊┊ 基于 FPGA的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 : 電子信息工程 101 班 姓 名 : 劉刊儒 指導(dǎo)老師 : 嚴(yán) 飛 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院 I 摘 要 隨著科技的發(fā)展，電梯早在上個世紀(jì)就已進入人們的生活。EDA。英國科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機后，起重機裝置開始采用蒸汽為動力。在紐約水晶宮舉行的世界博覽會上，他向世人展示了這一偉大的偉大的發(fā)明。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 2 四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計要求 對于電梯的控制，傳統(tǒng)的方法是使用繼電器－接觸器控制系統(tǒng)進行控制。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 3 第 2章 開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ) EDA 技術(shù)簡介 EDA 技術(shù)基本概述 EDA 技術(shù)是以計算機為工作平臺，以 EDA 軟件軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語言為設(shè)計語言，以可編程邏輯器件為實驗載體，以 ASIC、 SoC 芯 片為目標(biāo)器件，以數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動化設(shè)計過程 [1] [13]。HDL(Hardware Description Language)是一種用于設(shè)計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，通過利用硬件描述語言，利用軟件編程的方式將硬件電路結(jié)構(gòu)、電子系統(tǒng)的邏輯功能連接起來。架構(gòu)能將來自不同廠商生產(chǎn)的工具軟件進行優(yōu)化組合，集成在一個方便管理的統(tǒng)一的環(huán)境下，這樣有利與實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置以及資源共享 [13]。 可編程邏輯器件的分類： （ 1）按編程的性質(zhì)分：一次性編程 PLD、可對次編程 PLD、在線可重配置ICR 器件、在系統(tǒng)編程 ISPPLD。 （ 2）基本可編程邏輯單元：該單元式可編程邏輯器件的核心，實現(xiàn)可編程邏輯器件最基本的功能，也可以根據(jù)設(shè)計的靈活性改變它的內(nèi)部連接和配置，以實現(xiàn)不同的邏輯功能 [3]。 實體（ Entity） 任何一個 VHDL 程序必須包含 并且只能有一個實體。配置語句用來描述層與層之間的連接關(guān)系以及實體與結(jié)構(gòu)體之間的連接關(guān)系。庫包含了 5種： IEEE 庫、 STD 庫、 WORK 庫、 VITAL 庫以及用戶自定義庫。 QuartusII 是 EDA 技術(shù)的一個綜合性平臺。 （ 5）良好的混合電壓（ MV）兼容功能：綠色能源電子系統(tǒng)要求器件低功耗、低噪聲和高電磁兼容性。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 10 c lkrs tin ne r_ f 1in ne r_ f 2in ne r_ f 3in ne r_ f 4ou ter _u 1ou ter _u 2ou ter _u 3ou ter _d 2ou ter _d 3ou ter _d 4de la yc lo s ele d7 s [6. .0]up _r eq [4. .1]do w n_ re q[ 4. .1]in ne r_ re q[ 4. .1]u_dal ar mdo or [1. .0]ru nlif tin s t1 圖 四層電梯控制系統(tǒng)生成器件 端口信號說明： clk：系統(tǒng)時鐘信號； rst：系統(tǒng)復(fù)位信號； inner_f1~inner_f4：分別為電梯內(nèi)用戶到 4 樓的請求信號； outer_u1~outer_u3：分別為 3樓用戶的請求上樓信號； outer_d2~outer_d4：分別為 4樓用戶的請求下樓信號； up_req：用戶上升請求樓層指示； down_req：用戶下降請求樓層指示； inner_req：電梯內(nèi)用戶到達樓層請求信號； led7: 七段數(shù)碼管樓層顯示信號； delay： 延時關(guān)門信號； close：快速關(guān)門信號： door：門控信號， 00 為關(guān)門， 01 為等待關(guān)門， 11為開門； alarm：報警信號； u_d：上升／下降指示， 0為下降， 1為上升； state：電梯運行狀態(tài)指示，其中 state（ 2）： 1 為運行允許標(biāo)志， 0為運行禁止標(biāo)志， state（ 1）： 1 為上行任務(wù)標(biāo)志， 0 為下行任務(wù)標(biāo)志； state（ 0）： 1 為正在上行標(biāo)志， 0為正在下行標(biāo)志； current_floor：當(dāng)前所在樓層； door_time:門開關(guān)控制計數(shù)信號。 （ 2）當(dāng) 2樓有外部上升請求時 ： 同樣的方法可以判斷 2 樓是否有上升請求和控制指示燈的亮滅。先判斷是否有 1 樓內(nèi)部請求，若有則 1 樓內(nèi)部信號指示燈亮，且保持到請求被響應(yīng)，則 1 樓內(nèi)部請求信號指示燈滅。樓層檢測流程圖如圖 所示。 圖 開關(guān)門控制流程圖 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 18 電梯運行模塊 電梯運行模塊是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，這個模塊中的很多判斷條件是以信號燈的狀態(tài)為依據(jù)，而后根據(jù)本模塊輸出的電梯上升、下降、停止等狀態(tài)信號反過來又控制信號燈的狀態(tài)。 （ 3）當(dāng)電梯在 3樓時： 電梯運行狀態(tài)與 2樓類似。當(dāng)有外部的 2 樓上升請求時， 2 樓的外部上升信號指示燈亮（ up_req(2)=1），電梯開始運行（ run＝ 1），電梯上升（ u_d=1）。 圖 成果展示圖 2：電梯在 1 樓，內(nèi)部有到 3 樓的請求，開始上升 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 24 圖 成果展示圖 3：電梯上升到 3 樓，開門 （ 3）電梯在 1 樓， 2樓 3樓同時發(fā)出外部上升請求： 如圖 所示，當(dāng)電梯在 1 樓時， 2樓 3樓外部同時 有向上請求時，電梯 2樓 3 樓上升指示燈亮，上升 /下降指示燈亮， run 運行指示燈亮。 圖 成果展示圖 10：電梯在 2 樓，下降狀態(tài)， 3 樓外部有上升請求 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 28 圖 成果展示圖 11：下降狀態(tài)，響應(yīng) 1 樓請求 圖 成果展示圖 12：上升狀態(tài)，響應(yīng) 3 樓請求 （ 6） 電梯在 3 樓時，且電梯處于上升狀態(tài)時，電梯 2 樓 4樓有下降請求： 如圖 所示，當(dāng)電梯在 3樓時，且電梯處于上升狀態(tài)時，電梯 2樓 4 樓有下降請求時，則 2 樓 4樓的下降請求信號燈亮，運行指示燈 亮，上升 /下降指示燈亮。 圖 成果展示圖 22：電梯下降運行中，經(jīng)過 2 樓 1 樓外部有上升請求， 3 樓外部有下降請求 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計 34 圖 成果展示圖 23：電梯下降到 1 樓，開門 圖 成果展示圖 24：電梯上升到 3 樓，開門 實驗結(jié)果證明了本設(shè)計成功地完成了四層電梯控制系統(tǒng)的基本要求。 在本次設(shè)計中自己的收獲很多： （ 1）在此次設(shè)計選題、查閱資料、實際操作的過 程中，我的動手能力和學(xué)習(xí)能力得到了提高，這對我今后的學(xué)習(xí)、生活中都有著巨大的幫助； （ 2）此次設(shè)計讓自己對于大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識，特別是 EDA 方面的知識有了更深一步的理解，同時也進行了一個綜合的應(yīng)用； （ 3）在此次設(shè)計中，我曾遇到了許多困難，特別是在方向優(yōu)先原則方面的設(shè)計，但是在老師和同學(xué)的幫助下，這些問題都得到了很好的解決，最終成功地完成了電梯控制系統(tǒng)設(shè)計，通過本次設(shè)計，我的自信心和解決問題的能力得到了大大的提升，總之，此次設(shè)計我受益匪淺。 最后，由衷的感謝在百忙之中抽出時間審閱 論文的專家教授老師，再次感謝給了我很多幫助的指導(dǎo)老師嚴(yán)飛老師，謝謝！