【正文】 梯只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓信號(hào)，由下至上依次執(zhí)行，直到最后一個(gè)上樓請(qǐng)求執(zhí)行完畢，如更高層有下樓請(qǐng)求時(shí)，則直接上升到有下降請(qǐng)求的最高樓接客，然后進(jìn)入下降模式。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 圖 樓層檢測(cè)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(shí)表示該段亮，當(dāng)輸出端狀態(tài)為 0 時(shí)表示該段滅。用同樣的方法可以判 斷 2— 4 樓的內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)，若某層有內(nèi)部請(qǐng)求，則該層的內(nèi)部請(qǐng)求指示燈亮，并保持到內(nèi)部請(qǐng)求響應(yīng)完畢。 （ 3）當(dāng)電梯有 1樓上升請(qǐng)求時(shí)： 1樓上升請(qǐng)求指示燈亮，但由于 1樓是最底層，不能往下運(yùn)行，所以只要 1樓外部有上升請(qǐng)求時(shí)，只需要判斷電梯是否到達(dá) 1樓且電梯停止運(yùn)行（ run＝ 0），當(dāng)響應(yīng)完畢時(shí)， 1樓外部上升信號(hào)指示燈滅。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 請(qǐng)求信號(hào)響應(yīng)模塊 請(qǐng)求信號(hào)燈的亮滅是根據(jù)該層是否有請(qǐng)求信號(hào)以及電梯的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)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(yùn)用 EDA 技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程如圖 所示。需注意的是，在 VHDL 語(yǔ)言中，庫(kù)的說(shuō)明語(yǔ)句總是放在實(shí)體單元前面 ，即一段 VHDL 程序的開始一定是庫(kù)說(shuō)明語(yǔ)句。在復(fù)雜的 VHDL 工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以利用這種配置語(yǔ)句來(lái)選擇不同的結(jié)構(gòu)體，使其與要設(shè)計(jì)的實(shí)體相對(duì)應(yīng)，或者為例化的各元件實(shí)體配置指定的結(jié)構(gòu)體。實(shí)體是用于描述所設(shè)計(jì)芯片的外觀特性；它是 VHDL 的首要設(shè)計(jì)單元，實(shí)體是程序中最重要的幾個(gè)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(shí)現(xiàn)，但是只能對(duì)應(yīng)一個(gè)實(shí)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(dòng)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(xiàng)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(shí)用的角度看，主要有以下四個(gè)方面內(nèi)容：一是大規(guī)?？删幊踢壿嬈骷欢怯布枋稣Z(yǔ)言；三是軟件開發(fā)工具；四是實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng) [12]。硬件描述語(yǔ)言的應(yīng)用是現(xiàn)在的發(fā)展趨勢(shì)，它可以大大的縮小設(shè)計(jì)成本，減少研發(fā)的周期，不僅適用于小批量的生產(chǎn)，同時(shí)也適合于大批量的產(chǎn)品的成產(chǎn)，因此，不僅在設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)軟件以及硬件間的隔閡，使計(jì)算機(jī)軟件和硬件之間的結(jié)合得以實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)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(xiàng)電子設(shè)計(jì)中，本設(shè)計(jì)即利用 FPGA 來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。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(jì) 專業(yè)班級(jí) : 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(gè)世紀(jì)就已進(jìn)入人們的生活。EDA。英國(guó)科學(xué)家瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)后，起重機(jī)裝置開始采用蒸汽為動(dòng)力。在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)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(jì) 2 四層電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 對(duì)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(jìn)行控制。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 第 2章 開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ) EDA 技術(shù)簡(jiǎn)介 EDA 技術(shù)基本概述 EDA 技術(shù)是以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，以 EDA 軟件軟件工具為開發(fā)環(huán)境，以硬件描述語(yǔ)言為設(shè)計(jì)語(yǔ)言，以可編程邏輯器件為實(shí)驗(yàn)載體，以 ASIC、 SoC 芯 片為目標(biāo)器件，以數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)為應(yīng)用方向的電子產(chǎn)品自動(dòng)化設(shè)計(jì)過(guò)程 [1] [13]。HDL(Hardware Description Language)是一種用于設(shè)計(jì)硬件電子系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，通過(guò)利用硬件描述語(yǔ)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(lái)。架構(gòu)能將來(lái)自不同廠商生產(chǎn)的工具軟件進(jìn)行優(yōu)化組合，集成在一個(gè)方便管理的統(tǒng)一的環(huán)境下，這樣有利與實(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)可編程邏輯器件最基本的功能，也可以根據(jù)設(shè)計(jì)的靈活性改變它的內(nèi)部連接和配置，以實(shí)現(xiàn)不同的邏輯功能 [3]。 實(shí)體（ Entity） 任何一個(gè) VHDL 程序必須包含 并且只能有一個(gè)實(shí)體。配置語(yǔ)句用來(lái)描述層與層之間的連接關(guān)系以及實(shí)體與結(jié)構(gòu)體之間的連接關(guān)系。庫(kù)包含了 5種： IEEE 庫(kù)、 STD 庫(kù)、 WORK 庫(kù)、 VITAL 庫(kù)以及用戶自定義庫(kù)。 QuartusII 是 EDA 技術(shù)的一個(gè)綜合性平臺(tái)。 （ 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(jì) 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(hào)說(shuō)明： clk：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)； rst：系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)； inner_f1~inner_f4：分別為電梯內(nèi)用戶到 4 樓的請(qǐng)求信號(hào)； outer_u1~outer_u3：分別為 3樓用戶的請(qǐng)求上樓信號(hào)； outer_d2~outer_d4：分別為 4樓用戶的請(qǐng)求下樓信號(hào)； up_req：用戶上升請(qǐng)求樓層指示； down_req：用戶下降請(qǐng)求樓層指示； inner_req：電梯內(nèi)用戶到達(dá)樓層請(qǐng)求信號(hào)； led7: 七段數(shù)碼管樓層顯示信號(hào)； delay： 延時(shí)關(guān)門信號(hào)； close：快速關(guān)門信號(hào)： door：門控信號(hào)， 00 為關(guān)門， 01 為等待關(guān)門， 11為開門； alarm：報(bào)警信號(hào)； u_d：上升／下降指示， 0為下降， 1為上升； state：電梯運(yùn)行狀態(tài)指示，其中 state（ 2）： 1 為運(yùn)行允許標(biāo)志， 0為運(yùn)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(jì)數(shù)信號(hào)。 （ 2）當(dāng) 2樓有外部上升請(qǐng)求時(shí) ： 同樣的方法可以判斷 2 樓是否有上升請(qǐng)求和控制指示燈的亮滅。先判斷是否有 1 樓內(nèi)部請(qǐng)求，若有則 1 樓內(nèi)部信號(hào)指示燈亮，且保持到請(qǐng)求被響應(yīng)，則 1 樓內(nèi)部請(qǐng)求信號(hào)指示燈滅。樓層檢測(cè)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(jì) 18 電梯運(yùn)行模塊 電梯運(yùn)行模塊是控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，這個(gè)模塊中的很多判斷條件是以信號(hào)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(hào)反過(guò)來(lái)又控制信號(hào)燈的狀態(tài)。 （ 3）當(dāng)電梯在 3樓時(shí)： 電梯運(yùn)行狀態(tài)與 2樓類似。當(dāng)有外部的 2 樓上升請(qǐng)求時(shí)， 2 樓的外部上升信號(hào)指示燈亮（ up_req(2)=1），電梯開始運(yùn)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(qǐng)求，開始上升 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)發(fā)出外部上升請(qǐng)求： 如圖 所示，當(dāng)電梯在 1 樓時(shí)， 2樓 3樓外部同時(shí) 有向上請(qǐng)求時(shí)，電梯 2樓 3 樓上升指示燈亮，上升 /下降指示燈亮， run 運(yùn)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(qǐng)求 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 圖 成果展示圖 11：下降狀態(tài)，響應(yīng) 1 樓請(qǐng)求 圖 成果展示圖 12：上升狀態(tài)，響應(yīng) 3 樓請(qǐng)求 （ 6） 電梯在 3 樓時(shí)，且電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，電梯 2 樓 4樓有下降請(qǐng)求： 如圖 所示，當(dāng)電梯在 3樓時(shí)，且電梯處于上升狀態(tài)時(shí)，電梯 2樓 4 樓有下降請(qǐng)求時(shí)，則 2 樓 4樓的下降請(qǐng)求信號(hào)燈亮，運(yùn)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(yùn)行中，經(jīng)過(guò) 2 樓 1 樓外部有上升請(qǐng)求， 3 樓外部有下降請(qǐng)求 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本設(shè)計(jì)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(jì)中自己的收獲很多： （ 1）在此次設(shè)計(jì)選題、查閱資料、實(shí)際操作的過(guò) 程中，我的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)能力得到了提高，這對(duì)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(jì)讓自己對(duì)于大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識(shí)，特別是 EDA 方面的知識(shí)有了更深一步的理解，同時(shí)也進(jìn)行了一個(gè)綜合的應(yīng)用； （ 3）在此次設(shè)計(jì)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(jì)，但是在老師和同學(xué)的幫助下，這些問(wèn)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(jì)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我的自信心和解決問(wèn)題的能力得到了大大的提升，總之，此次設(shè)計(jì)我受益匪淺。 最后，由衷的感謝在百忙之中抽出時(shí)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！