【正文】 我還要感謝我的家人，回顧這 20 多年來，是你們給了我最無私的愛。在這個過程中，從資料的查詢和學習，系統(tǒng)設計的思路，到實際的操作，都離不開嚴飛老師的耐心指導和幫助。 （ 3）設有快速關門和延時關門的功能，當有快速關門請求時，電梯過 1 秒后立即關門，當有延時關門請求時，電梯延時 4秒關門。通過設計，深入學習了 EDA 有關知識，了解了 FPGA 的應用。 圖 成 果展示圖 19：電梯上升運行中，經過 3 樓， 2 樓外部請求上升， 4 樓外部請求下降 圖 成果展示圖 20：電梯上升到 4 樓，開門 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 33 圖 成果展示圖 21：電梯下降到 2 樓，開門 （ 9）電梯在 2 樓，處于下降狀態(tài)， 1樓 3 樓分別有外部向上和向下請求： 如圖 所示，當電梯在 2 樓，且電梯處于下降狀態(tài)， 1 樓 3 樓分別有外部向上和向下請求時， 1 樓外部上升請求指示燈亮， 3樓下降外部請求指示燈亮，上升／下降指示燈滅，電梯處于下降狀態(tài)。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 29 圖 成果展示圖 13：電梯在 3 樓，開門，上升狀態(tài)， 4 樓外部申請下降 圖 成果展示圖 14：響應 4 樓請求，開門 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 30 圖 成果展示圖 15：響應 2 樓請求，開門 （ 7）電梯延時開門： 如圖 所示，當電梯到達 2 樓時，電梯門開，按住延遲開門鍵， 8 秒后電梯開始報警，如圖 所示。 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 26 圖 成果展示圖 7：電梯在 4 樓，下降狀態(tài)， 3 樓外部有下降請求 圖 成果展示圖 8：下降狀態(tài)，響應 3 樓下降請求，開門 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 27 圖 成果展示圖 9：下降狀態(tài)，響應 2 樓下降請求，開門 （ 5） 電梯處于 2樓，且電梯為下降狀態(tài)時， 1 樓 3樓有上升請求： 如圖 所示，當電梯處于 2 樓，且電梯為下降狀態(tài)時， 1樓 3 樓有上升請求，則 1樓 3 樓的上升請求信號指示燈亮，運行信 號燈亮，上升 /下降指示燈滅。如圖 、 所示。 當電梯到達 3樓時， 3樓指示燈滅， run 運行指示燈滅，電梯開門，門控指示燈都亮。 4秒后電梯準備關門（ door＝ 10），再過 1秒后電梯關門（ door＝ 00）。系統(tǒng)仿真圖如圖 所示。 若電梯正在運行（ run＝ 1），當電梯處于下降狀態(tài)且 4 樓外部有下降請求或有到 4樓的內部請求時，電梯停止運行并開門。 若電梯正在運行（ run＝ 1）：當電梯處于下降狀態(tài)時且 1樓有上升請求 或有內部到達 1樓的請求時，電梯停止運行并開門。當電梯處于下降模式時，電梯只響應比所在樓層低的下樓信號，由上至下依次響應，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢，若更低樓層有上升請求，則直接下降到有上升請求的最低樓接客，然后進入上升模式。 同時電梯還設有報警，當電梯在本層停留時間超過 10 秒（ q20）則電梯開始報警，準備關門，并在 3 秒后自動關門。數碼管顯示當前電梯所在樓層，即 current_floor。電梯的運行方向由后續(xù)的電梯運行程序來決定。內部請求信號指示燈亮滅轉換流程圖如圖 所示。 （ 3）當 2樓有外部上升請求時： 2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 2樓時， 2 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）， 2 樓的內部請求和2 樓的外部上升請求信號也可將電梯停在 2 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 34 樓沒有內部 請求且 3樓沒有外部上升請求時，電梯停止運行（ run＝ 0）且停在 2 樓， 2 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）， 2 樓的外部上升請求同樣可以使電梯停在 2 樓，因此電梯在這種狀態(tài)下，只有當電梯 3樓沒有外部上升請求時，當電梯停止運行（ run＝ 0）且停在 2樓， 2樓的外部上升請求指示燈即熄滅。 外部下降請求信號響應 外部下降請求信號有 3 個，采用逐層判斷的方法，先從 4層開始判斷，最后到 2 樓。外部上升請求信號 流程圖如圖 所示。當該層有人請求時，則該層的請求信號燈亮，直到電梯響應該層的請求時，請求信號燈才滅。 圖 四層電梯控制系統(tǒng)整體流程圖 系統(tǒng)器件端口說明 本次設計全部使用 VHDL 語言編程，在程序中完成對各模塊的設計以及整體系統(tǒng)對各模塊的調用。 ZY11EDA13BE 實驗系統(tǒng)主板組成 ZY11EDA13BE 實驗系統(tǒng)主板，主要由以下幾部分構成：通用編程模塊、液晶顯示模塊、數碼管顯示模塊、 A/D、 D/A 轉換模塊、 LED 顯示模塊、數字可調信號源、濾波模塊、信號調節(jié)模塊、邏輯筆模塊、配置模塊、模式選擇模塊、模擬信號源、 4 4 鍵盤模塊、開關按鍵模塊、電源模塊、分立元件模塊、喇叭模塊、I/O 口插孔、核心芯片 A、適配板 B 插座、擴展板 C 插座、 40PIN 插座 [11]。 （ 3）數字 EDA 與模擬 EDA 混合實驗 與開發(fā)：除了主板的模數轉換實驗，如果配以模擬 EDA 器件適配板，就能在主板系統(tǒng)上完成模擬 EDA 實驗或模數混合實驗的開發(fā) [18]。應用 QuartusII 軟件，可以完成所有的設計工作?？稍诙喾N平 臺運行，具有開放性、多平臺、與結構無關、完成集成化、豐富的設計庫、模塊化工具、支持多種 HDL語言、易學習、易操作等特點。由于庫是程序包的集合，因此，庫的調用其實就是程序包的使用 [12]。在 VHDL 程序中，程序包不是必需的，程序包首可以獨立的定義和使用 [13]。在仿真設計中，可以利用配置來選擇不同的結構體進行性能對比試驗，以得到性能最佳的設計方案 [13]。其實結構體的功能描述共有 5 種：信號賦值語句、塊（ BLOCK）語句、進程（ PROCESS）語句、元件例化（ COMPONENT）語句和程序調用語句 [16]。 結構體（ Architecture） 結構體用于描述所設計芯片的邏輯功能。 （ 6）底層嵌入功能單元：它主要是指由生產商在出產前嵌入在 FGPA 中的 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 6 一些通用程度較高的功能模塊 [3]。 FPGA 有著非常豐富的布線資源，它們從工藝、長度、寬度位置上被分為不同的等級，有專用的、有公用的 [3]。 FPGA 由六個部分組成，分別是可編程輸入 /輸出單元、基本可編程邏輯單元、豐富的布線資源、嵌入式塊 RAM、內嵌專用硬核以及底層嵌入功能單元。 （ 3）按器件的集成程度分：可分為高密度可編程邏輯器件和低密度可編程邏輯器件。隨著科技的發(fā)展，可編程邏輯器件也在很多方面有了飛速的發(fā)展：規(guī)模、性能、密度，這些發(fā)展使得它廣泛應用與計算機、信號處理、自動化、集成電路設計等領域 [2— 3]。 大規(guī)模可編程器件是利用 EDA 技術進行電子系統(tǒng)設計的載體；硬件描述語言是利用 EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的主要表達手段；軟件開發(fā)工具是利用 EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的智能化、自動化的設計工具；實驗開發(fā)系統(tǒng)是利用 EDA技術進行電子系統(tǒng)設計的下載工具以及硬件驗證工具 [12]。 （ 4） 具有開放性和標準化的軟件架構 軟件架構是一套配置使用的規(guī)范軟件包，其提供給 EDA 開發(fā)的平臺以及相應的開 發(fā)環(huán)境。 （ 3）具有邏輯綜合和優(yōu)化功能 邏輯綜合功能是指將高層次的抽象描述轉化為低級別抽 象描述的一種方法，即根據芯片制造商提供的基本電路單元庫，將硬件描述語言描述的電路轉換為電 基于 FAGA 的四層電梯控制系統(tǒng)設計 4 路網表或者是一組邏輯方程 [13]。隨著技術的發(fā)展，當今的 EDA 技術采取“自頂向下”的全新設計方法，在結構上對整體功能實現模塊化，分塊進行仿真、糾錯，這樣有利于程序設計的修改，大大提高了設計的效率以及正確率 [13]。因此，它代表了數字電子設計技術和應用技術的發(fā)展方向。當啟用快速關門電梯則 1 秒后立即關門。 本次設計的基于 FPGA 的四層電梯控制系統(tǒng)，要求按鍵輸入樓層請求、各樓層的上升下降請求及快速關門與延時關門， LED 燈顯示按鍵請求的狀況以及電梯運行方向和電梯開關門狀況，數碼 管顯示電梯當前所在樓層。 伴隨經濟的快速發(fā)展，我國的電梯行業(yè)正經歷著一個高速發(fā)展期。 1889 年 12 月，美國奧的斯電梯公司制造出了名副其實的電梯，它采用直流電動機為動力，通過蝸輪減速器帶動卷筒上纏繞的繩索，懸掛并升降轎廂。格雷夫斯湯姆遜研制出用液壓驅動的升降梯。早在公元前 2600年，埃及人在建造金字塔時就使用了最原始的升降系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的基本原理至今仍無變化：即一個平衡物下降的同時，負載平臺上升。 Quartus II。 首先，通過 EDA 實驗箱上的按鍵輸入 樓層請求，其中包括電梯內部樓層請求、電梯外上升請求及電梯外下降請求；同時，利用 LED 燈及數碼管顯示輸入的請求；然后，遵照電梯運行時的方向優(yōu)先原則及內部響應優(yōu)先原則來逐次應答請求；并且，如果開門時間過長，電梯將發(fā)出報警并自動關門。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。隨著 EDA 技術的發(fā) 展，FPGA 已廣泛應用于各項電子設計中，本設計即利用 FPGA 來實現對電梯控制系統(tǒng)的設計。 關鍵字：電梯控制； EDA； FPGA； QuartusII； VHDL II ABSTRACT With the development of scientific technology, lift has e into our daily life since last century. The traditional approach for elevator control is to use relaycontactor system. While, thanks to the improvement of EDA technology, FPGA has been widely used in various of electronic design. And this design uses the FPGA to realize the elevator control. Firstly, required information, including the interior floor required information and external required information for rising and external required information