【文章內(nèi)容簡介】 行為、數(shù)據(jù)流和結(jié)構(gòu)等多種方式描述實體。 VHDL 語言還包括程序包（ package）和配置（ configration）初級設(shè)計單元。 VHDL 語言的基本術(shù)語往往能體現(xiàn)其嚴(yán)密的邏輯結(jié)構(gòu)： VHDL 語言的基本術(shù)語 包括進(jìn)程（ process）、類屬（ generic）、屬性（ attribute）以及驅(qū)動（ drive）。 進(jìn)程（ process）是 VHDL 中的基本執(zhí)行單元，仿真時把所有的操作劃分為單個或多個進(jìn)程。進(jìn)程內(nèi)部只含順序執(zhí)行的語句，即一串信號賦值中僅最后的賦值有效。進(jìn)程內(nèi)不能說明信號，而變量在進(jìn)程內(nèi)說明。 其具體的流程圖如圖 5 所示。 圖 5 VHDL 設(shè)計流程圖 方案選擇 對于 符合市場需求的大規(guī)模系統(tǒng) ，要達(dá)到 高效 、 高速完成 ， 必須有多人甚至多個 開設(shè)計思想及模塊化 設(shè)計輸入 設(shè)計實現(xiàn) 設(shè)計仿真 器件編程 系統(tǒng)測試 11 發(fā)組共 同并行工作才能實現(xiàn)。對于用 EDA 技術(shù) 完成的一個確定的設(shè)計，可以利用 相應(yīng)的工具 平臺 進(jìn)行邏輯綜合和優(yōu)化 ，完成設(shè)計任務(wù)?；?EDA 技術(shù)的 VHDL 語言 對設(shè)計的描述具有相對獨立性，設(shè)計者可以不懂硬件的結(jié)構(gòu)，也不必管理最終設(shè)計實現(xiàn)的目標(biāo)器件是什么，而進(jìn)行獨立的設(shè)計。 這為電子設(shè)計的入門者提供了便捷的幫助 。 相信在不遠(yuǎn)的將來，我國相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員使用 EDA 技術(shù)進(jìn)行工程設(shè)計，就象現(xiàn)在使用計算器一樣，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 ) 自已的專用集成電路或集成電子系統(tǒng)。 就上述比較而言，本設(shè) 計采用 EDA 方案更恰當(dāng)。 5 程序設(shè)計及調(diào)試 算法分析 電梯運行規(guī)則 （ 1） 請求信號分析： 電梯的請求信號可分為梯內(nèi)請求和梯外請求，如果從這個角度就很難去進(jìn)行對電梯運行可能情況的分析，因為 電梯的運行是根據(jù) 梯外 和 梯內(nèi) 的 請求 信號、行程信號進(jìn)行控制，而 梯外 和 梯內(nèi) 的 請求 是隨機 且不能以有限的規(guī)則去對其進(jìn)行說明 的 。因此，很難對電梯的運行情況作出一個統(tǒng)一的分析。出于這方面的考慮，本設(shè)計把電梯的請求信號劃分為上升請求和下降請求。 電梯接收到請求信號后，都必須作預(yù)操作。使電梯進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)的請求信號就是上升 請求信號。具體來說，就是當(dāng)電梯所在樓層低于發(fā)出梯外請求的樓層或者低于梯內(nèi)請求所要到達(dá)的目的樓層時，電梯必須在下一操作中作出上升運行。這時的請求信號就是上升請求信號。反之，則是下降請求信號。 （ 2）電梯處于各樓層時的運行情況： 處于一樓時，不管是梯內(nèi)梯外，電梯都只可能接收到上升的請求信號。此時，電梯就進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)，準(zhǔn)備作上升運行。如果電梯沒有接收到請求信號，電梯則在一樓待機。其分析圖如圖 6 所示。 處于二樓時，電梯則可能出現(xiàn)三種情況： ① 電梯并沒有接收到梯內(nèi)梯外的任何請求信號時，電梯返回一樓待機； ② 電梯 接收到上升請求信號，進(jìn)入預(yù)上升狀態(tài)； ③ 電梯接收到下降請求信號，進(jìn)入預(yù)下降狀態(tài)。 12 其分析圖如圖 7 所示。 處于三樓時，不管是梯內(nèi)梯外，電梯都只可能接收到下降的請求信號。此時，電梯就進(jìn)入預(yù)下降狀態(tài)，準(zhǔn)備作下降運行。如果電梯沒有接收到請求信號，電梯則返回一樓待機。其分析圖如圖 8 所示。 處 于 一 樓預(yù) 上 升待 機上升信號無信號 圖 6 電梯處于一樓時的運行可能分析 處 于 二 樓預(yù) 上 升預(yù) 下 降返 回 一 樓待 機上升信號無 信 號下降信號 圖 7 電梯處于二樓時的運行可能分析 處 于 三 樓預(yù) 下 降返 回 一 樓 待機下降信號無信號 圖 8 電梯處于三樓時的運行可能分析 對上述電梯的運行情況進(jìn)行匯總，可以得到如圖 9 的電梯運行狀態(tài)圖。 13 一 樓 待 機預(yù) 上 升二 樓預(yù) 下 降 預(yù) 上 升三 樓預(yù) 下 降無信號、下降信號上 升 信 號上升信號無 信 號 、 下 降 信 號無 信 號 圖 9 電梯運行狀態(tài)圖 在電梯運行過程中，存在一個如何處理信號優(yōu)先的問題。 電梯實際上是一個人機交互式的控制系統(tǒng)，單純用順序 優(yōu)先 或邏輯 優(yōu)先 是不能滿足控制要求的，因此， 控制 系統(tǒng)采用隨機邏輯方式控制 去解決信號優(yōu)先的問題 。即在以順序邏輯控制實現(xiàn)電梯的基本控制要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)隨機的輸入信號，以及電梯的相應(yīng)狀態(tài)適時的控制電梯 的運行。例如，當(dāng)電梯在三樓時，二樓、一樓梯外均有上升請求信號： 電梯以 向下的方向 接近 二樓的減速位置，判別 二 樓 具 有同向的 請求 信號，在 二 樓減速停 止載客，然后繼續(xù)下降到 14 一樓載客。又假如 ， 當(dāng)電梯在三樓時，梯內(nèi)有到達(dá)一樓的下降請求信號，而二樓則有上升請求信號：當(dāng) 電梯以 向下的方向 接近 二 樓的減速位置 時，判別二樓具有反向的請求信號，系統(tǒng)將把二樓的上升請求保存到上升請求 寄存 上 ， 不在二樓作停泊繼續(xù)下降到一樓去載客，然后讀取上升請求 寄存 中先前二樓的上升請求，執(zhí)行上升到二樓載客的操作 。該動作完畢后，被保存的 寄存器中的 數(shù)據(jù) 清除 ，以實現(xiàn) 下一次 隨機邏輯控制。 （ 3） 對電梯開門、關(guān)門、報警等內(nèi)部信號處理的分析。其流程如圖 10 所示： 接 到 樓 層 請 求 信 號電 梯 運 行 到 達(dá) 該 樓 層開 門 使 能 信 號關(guān) 門 延 時 信 號 倒 數(shù)關(guān) 門 使 能 信 號接 受 并 處 理 請 求 信 號電 梯 進(jìn) 入 運 行 狀 態(tài)超 重 檢 測故 障 檢 測故 障 處 理 待 機故 障 報 警提 前 關(guān) 門提 前 關(guān) 門 請 求NNYY 圖 10 電梯內(nèi)外信號處理 當(dāng)電梯接收到請求信號后，將以隨機邏輯控制的方式到達(dá)發(fā)出請求的樓層。開門使能信號促使電梯開門載客，同時驅(qū)動關(guān)門延時信號、超重檢測以及故障檢測。在電梯進(jìn) 15 行完關(guān)門倒數(shù)計時、超重排除以及故障排除后，關(guān)門使能信號將促使電梯關(guān)門進(jìn)入預(yù)操作狀態(tài)。如果此前出現(xiàn)提前關(guān)門信號而且電梯也已經(jīng)進(jìn)行完超重排除和故障排除，電梯同樣關(guān)門進(jìn)入預(yù)操作狀態(tài)。 電梯在超重檢測時發(fā)現(xiàn)超重，關(guān)門中斷信號會促使電梯發(fā)出超重警報并且進(jìn)行開門操作以減少乘客，重新進(jìn)入載客操作；電梯在故障檢測時，發(fā)現(xiàn)電梯某部分出現(xiàn)故障，關(guān)門中斷信號會促使電梯發(fā)出故障報警并且進(jìn)入開門操作的同時停止關(guān)門延時，作故障處理待機。 程序流程分析 電梯的運行規(guī)則確立后，需對整個控制程序的設(shè)計作一個流程規(guī)范。對程序進(jìn)行模塊化構(gòu)思。根據(jù) VHDL 語言的規(guī)則，程序必須由最基本的實體和結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。實體對控制器的端口進(jìn)行定義，結(jié)構(gòu)體對各端口的行為進(jìn)行描述。因此程序運行需經(jīng)過以下流程： VHDL 庫調(diào)用；確立 控制器的端口及相關(guān)的寄存器；根據(jù)電梯運行規(guī)則，設(shè)計相關(guān)運行描述；對電梯內(nèi)外信號進(jìn)行處理。具體流程圖如圖 11 所示： 圖 11 總程序流程圖 程序開始 VHDL 庫調(diào)用 設(shè)置控制器的端口 設(shè)置相關(guān)的寄存器 電梯運行規(guī)則描述 電梯信號處理 程序結(jié)束 16 程序設(shè)計說明 、寄存器設(shè)計說明 （ 1） 由功能要求得到本程序設(shè)計的端口必須包括： 時鐘信號（ clk）； 超載信號（ full）、關(guān)門中斷信號（ deng）、提前關(guān)門信號（ quick）、清除報警信號（ clr）； 一樓電梯外人的上升請求信號（ c_u1）、二樓電梯外人的上升請求信號（ c_u2）； 二樓電梯外人的下降請求信號（ c_d2）、三樓電梯外人的下降請求信號（ c_d3）； 電梯內(nèi)人請求到達(dá)一樓信號（ d1）、電梯內(nèi)人請求到達(dá)二樓信號（ d2）、電梯內(nèi)人請求到達(dá)三樓信號（ d3）； 到達(dá)一樓信號（ g1）、到達(dá)二樓信號（ g2）、到達(dá)三樓信號（ g3）； 電梯門控制信號（ door）； 電梯所在樓層顯示（ led）； 電梯外人上升請求信號顯示（ led_c_u）、電梯外人下降請求信號顯示（ led_c_d）； 電梯內(nèi)請求信號顯示（ led_d）；看門狗報警信號（ wahaha）、超載警告信號（ alarm）； 電梯運動方 向顯示（ ud）； 電機向上控制信號（ up）、電機向下控制信號（ down）。 其端口分布如圖 12 所示： 圖 12 控制器的端口 17 （ 2） 由相關(guān)端口得到程序要求的寄存器包括： 電梯內(nèi)人請求到達(dá)一樓信號寄存（ d11）、電梯內(nèi)人請求到達(dá)二樓信號寄存（ d22）、 電梯內(nèi)人請求到達(dá)三樓信號寄存（ d33）； 一樓電梯外人上升請求信號寄存（ c_u11）、二樓電梯外人上升請求信號寄存（ c_u22）； 二樓電梯外人下降請求信號寄存（ c_d22）、三樓電梯外人下降請求信號寄存（ c_d33）； 分頻信號（ q）； 關(guān)門延時計 數(shù)器（ q1）、看門狗計數(shù)器（ q2）； 電梯內(nèi)請求信號寄存器（ dd）； 電梯外上升請求信號寄存器（ cc_u）、電梯外下降請求信號寄存器（ cc_d）； 電梯請求信號寄存器（ dd_cc）； 開門使能信號（ opendoor）； 電梯運動方向信號寄存器（ updown）； 預(yù)備上升操作使能（ en_up）、預(yù)備下降預(yù)操作使能（ en_dw）。 模塊設(shè)計說明 本程序由三個基本模塊組成，包括調(diào)用 VHDL 庫模塊、實體設(shè)計模塊和結(jié)構(gòu)體設(shè)計模塊。而在結(jié)構(gòu)體模塊中又內(nèi)嵌有進(jìn)程執(zhí)行單元。 （ 1）調(diào)用 VHDL 庫 通過 library 語句，本程序應(yīng)用了 VHDL 庫中的“通用 ieee 庫”和“標(biāo)準(zhǔn) std 庫”。 library ieee。 use 。 use 。 use 。 （ 2） entity 實體設(shè)計模塊 entity dianti is port ( clk : in std_logic。 full,deng,quick,clr : in std_logic。 c_u1,c_u2: in std_logic。 c_d2,c_d3: in std_logic。 d1,d2,d3: in std_logic。 g1,g2,g3: in std_logic。 18 door : out std_logic_vector(1 downto 0)。 led : out std_logic_vector(3 downto 0)。 led_c_u:out std_logic_vector(2 downto 0)。 led_c_d:out std_logic_vector(2 downto 0)。 led_d : out std_logic_vector(2 downto 0)。 wahaha : out std_logic。 ud,alarm : out std_logic。 up,down : out std_logic )。 end dianti。 實體語句用關(guān)鍵詞 entity開頭，本程序以 dianti（電梯的漢語拼音）作為所要描述的實體名，在結(jié)束實體語句的時候使用 end dianti。在 entity語句的實體說明部分，用 port附語描述實體對外界連接的端口（數(shù)目、方向和數(shù)據(jù)類型），實體 dianti有 25個接口， 輸入模式是 clk/full/deng/quick/clr/c_u1/c_u2/c_d2/c_d3/d1/d2/d3/g1/g2/g3；其余的都是輸出模式，其中 door/led/led c_u/led c_d/led d是帶數(shù)組模式的輸出接口。 （ 3） architecture結(jié)構(gòu)化設(shè)計模塊和 process進(jìn)程執(zhí)行單元 dianti符號下的線路圖描述 dianti網(wǎng)表，與線路圖對應(yīng)的 VHDL architecture就是結(jié)構(gòu)體，實體 dianti以結(jié)構(gòu)化與行為化描述的結(jié)構(gòu)體如下： architecture behav of dianti is signal d11,d22,d33:std_logic。 signal c_u11,c_u22:std_logic。 signal c_d22,c_d33:std_logic。 signal q:integer range 0 to 1。 signal q1:integer range 0 to 6。 signal q2:integer range 0 to 9。 signal dd,cc_u,cc_d,dd_cc:std_logic_vector(2 downto 0)。 signal opendoor:std_logic。 signal updown:st