【正文】 了。 在本設(shè)計中，因為考慮了擴展性，所以在信號定義的時候就使用了二進制的向量，而不是整數(shù)。 19 圖 13 Reset 為 1時電梯的仿真波形圖 20 結(jié) 論 電梯控制器系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)全部完成，基本實現(xiàn)了預(yù)期效果，實現(xiàn)了電梯按預(yù)定運行規(guī)則上升、下降、載客等功能。當電梯 到達第二層 以后 ， doorlight 信號為‘ 1’ ,電梯處在開門狀態(tài)，經(jīng)過 4 秒的關(guān)門延遲后， doorlight 信號為‘ 0’，電梯處在關(guān)門狀態(tài)。 仿真 結(jié)果分析 (1) 圖 12 所示仿真的是在第二層電梯外部有上升請求，也就是 f2upbuttton 信號的一個脈沖，可以看到電梯從一層上升到二層， position 信號由 ‘ 00’ 變到 ‘ 01’ ?，F(xiàn)在所有設(shè)置進行完畢，在菜單 Processing 項下選擇 Start Simulation，直到出現(xiàn) Simulation was successful，仿真結(jié)束。選擇菜單“ Assignment”中的“ Settings”，在“ Settings”窗口下選擇“ Category”下的“ Simulator”，右側(cè)設(shè)置如下圖 11 所示。設(shè)置好的輸入波形如下圖 10所示。從上圖左邊框中往右邊框加入需要的信號節(jié)點，就可對輸入信號逐一賦值，便可對程序進行仿真，觀察輸出信號，得出結(jié)論。方法是在編輯器左邊 Name下的空白處右擊選擇“ Insert Node Or Bus”項，彈出對話框如圖 8所示，在 Node Filter框中選“ Pins： all”，單擊 List 按鈕，下方的 Nodes Found 窗口中出現(xiàn)設(shè)計工程的所有端口引腳名。 圖 7 波形編輯器 16 （ 2）設(shè)置仿真時間區(qū)域，在“ Edit”菜單中選擇“ End Time”項，在彈出窗口中設(shè)置。 15 圖 5 編譯完成 三層電梯的邏輯電路圖 圖 6邏輯電 路圖 2． 5 程序仿真 建立波形輸入 （ 1）編譯完成后，新建波形編輯器進行設(shè)計仿真。 (6)在“ QuartusII”里選擇“ Processing”下拉菜單中的“ Start Compilation”， 此時， QuartusII 軟件會對程序進行糾錯等處理。在編譯前，需要把文件設(shè)置為頂層文件或工程文件Project。注意文件名和實體定義名必須保持一致，即THREEFLIFT，文件后綴名為 vhd。 14 圖 3 創(chuàng)建 VHDL 文本輸入 （ 3） 在文本輸入界面內(nèi)進行程序輸入，如圖 4所示。 圖 2QuartusⅡ軟件初始界面 （ 2）在工具欄中選擇“新建”按鈕。實體對控制器的端口進行定義，結(jié)構(gòu)體對各端口的行為進行描述。對程序進行模塊化構(gòu)思。按下按鍵后產(chǎn)生的點亮的信號燈用于作為狀態(tài)機進程中判斷條件，而 CLEARUP 和 CLEARDN 信號為邏輯‘ 1’時相應(yīng)的信號燈熄滅。 在狀態(tài)機進程中，在電梯上升狀態(tài)中，通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)還是停止；在電梯下降狀態(tài)中，也是通過對信號燈的判斷，決定下一個狀態(tài)是繼續(xù)下降還是停止。 在結(jié)構(gòu)體中，設(shè)計兩個進程互相配合，一個是狀態(tài)機進程的主要進程，另一個是信號燈控制進程作為補助的進程。最后還要顯示開門時間，就要有一個端口來輸出 三層電梯的總電路圖 I n P u tI n P u tI n P u tI n P u tO u t p u tO u t p u tO u t p u tC L Kr e s e ts t o p b u t t o n [ 1 3 ]f l o o r [ 1 3 ]p o s i t i o n [ 0 2 ]d o o r l i g h tu p _ d o w ne l a v a t o r Ai n s t 三層電梯 控制器 的狀態(tài)機 設(shè)計 和進程執(zhí)行單元 首先說明一下狀態(tài)。 其次是輸出端口，有升降請求信號以后，就得有一個輸出端口指示是否被響應(yīng)，同樣，在電梯內(nèi)部也應(yīng)該有輸出端口來顯示各層停留是否響應(yīng)。 輸出信號定義如下： 電梯外部上升 和下降請求 指示燈： UPLIGHT 和 DOWNLIGHT ，這些信 號與F1UPBUTTION、 F2UPBUTTION、 F2DNBUTTION、 F3DNBUTTION 信號相對應(yīng)； 電梯內(nèi)部乘客到達樓層的停站請求燈： STOPLIGHT，該信號與 STOPlBUTTION、STOP2BUTTION、 STOP3BUTTION 信號相對應(yīng)； 10 電梯運行模式指示： UDSIG， 1 代表下降模式， 0 代表上升模式； 電梯所在樓層指示： POSITION，表示電梯在對應(yīng)樓層； 電梯門狀態(tài)指示： DOORLIGHT， 1 表示開門， 0 表示關(guān)門 11 2 程序設(shè)計 三層電梯控制器的端口 設(shè)計 首先考慮輸入端口，一個復(fù)位端口 RESET，用于系統(tǒng)不正常時回到初始狀態(tài)；在電梯外部必須有升降請求端口，一層不需要有下降請求，三層不需要有上升請求，二層則上升下降請求端口都有；在電梯內(nèi)部應(yīng)該有各層的停止請求按鈕；一個電梯時鐘輸入端口，以 1 秒為周 期，用于驅(qū)動電梯的上升，下降。輸入信號定義如下： 系統(tǒng)復(fù)位信號： RESET，高電平有效； 電梯入口處一層、二層的上樓請求開關(guān)： F1UPBUTTION、 F2UPBUTTION； 電梯入口處二層、三層的下樓請求開關(guān)： F2DNBUTTION、 F3DNBUTTION； 電梯內(nèi)部到達樓層的停站請求開關(guān)： STOPlBUTTION 、 STOP2BUTTION 、STOP3BUTTION。 根據(jù)電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，除了具備兩個時鐘信號 CLK，一個是電梯時鐘信號，另一個是按鍵時鐘信號。開門 4 妙后，電梯門關(guān)閉，開門指示燈滅，電梯繼續(xù)運行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號后停在當前層。 (4)設(shè)置電梯所處位置的指示及電梯上升或下降的指示。 (2)電梯初始狀態(tài)為一層，處在開門狀態(tài)，開門指示燈亮。電梯處在下降模式時，工作方式與上升模式相反。系統(tǒng)的要求如下： (1)電梯運行規(guī)則：當電梯處在上升模式時，只響應(yīng)比電梯所在位置高的上樓請求，由下向上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢。 FPGA 工作原理 FPGA 采用了邏輯單元陣列 LCA（ Logic Cell Array）這樣一個概念，內(nèi)部包括可配置邏輯模塊 CLB（ Configurable Logic Block）、輸出輸入模塊 IOB（ Input Output Block）和內(nèi)部連線（ Interconnect）三個部分。允許他們的設(shè)計隨著系統(tǒng)升級或者動態(tài)重新配置而改變。 CPLD 和 FPGA 另外一個區(qū)別是大多數(shù)的 FPGA 含有高層次的內(nèi)置模塊（比如加法器和乘法器）和內(nèi)置的記憶體。這樣的結(jié)果是缺乏編輯靈活性，但是卻有可以預(yù)計的延遲時間和邏輯單元對連接單元高比率的優(yōu)點。 CPLD 是一個有點限制性的結(jié)構(gòu)。 CPLD 邏輯門的密度在幾千到幾萬個邏輯單元之間，而 FPGA 通常是在幾萬到幾百萬。 CPLD 與 FPGA 的關(guān)系 早在 1980 年代中期， FPGA 已經(jīng)在 PLD 設(shè)備中扎根。因為這些芯片有比較差的可編輯能力，所以這些設(shè)計的開發(fā)是在普通的FPGA 上完成的，然后將設(shè)計轉(zhuǎn)移到一個類似于 ASIC 的芯片上。但是他們也有很多的優(yōu)點比如可以快速成品，可以被修改來改正程序中的錯誤和更便宜的造價。一個出廠后的成品 FPGA 的邏輯塊和連接可以按照設(shè)計者而改變，所以 FPGA 可以完成所需要的邏輯功能。在大多數(shù)的 FPGA 里面，這些可編輯的元件里也包含記憶元件例如觸發(fā)器（ Flip－ flop）或者其他更加完整的記憶塊。 FPGA 的簡介及特點 目前以硬件 描述語言（ Verilog 或 VHDL）所完成的電路設(shè)計，可以經(jīng)過簡單的綜合與布局，快速的燒錄至 FPGA 上進行測試，是現(xiàn)代 IC 設(shè)計驗證的技術(shù)主流。 VHDL 作為一個規(guī)范語言和建模語言，具有很強的電路描述和建模能力，能從多個層次對數(shù)字系統(tǒng)進行建模和描述，從而大大簡化了硬件設(shè)計任務(wù)，提高了設(shè)計效率和可靠 8 性。 VHDL 語言介紹 VHDL（ Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）語言于 1983 年由美國國防部發(fā)起創(chuàng)建，由電工和電子工程師協(xié)會（ the institute of electrical and electronics engineer）進一步發(fā)展并在 1987 年作為“ IEEE1076”發(fā)布。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。 現(xiàn)在對 EDA 的概念或范疇用得很寬。 EDA技術(shù)的出現(xiàn)，極大地提高了電路設(shè)計的效率和可操作性，減輕了設(shè)計者的勞動強度。這一切極大地改變了傳統(tǒng)的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計方法、設(shè)計過程和設(shè)計觀念，促進了 EDA 技術(shù)的迅速發(fā)展。在電子技術(shù)設(shè)計領(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)計帶來了極大的靈活性。 7 EDA 技術(shù)介紹 EDA 是電子設(shè)計自動化（ Electronic Design Automation）的縮寫，在 20 世紀 90年代初從計算機輔助設(shè)計（ CAD）、計算機輔助制造（ CAM）、計算機輔助測試（ CAT）和計算機輔助工程（ CAE）的概念發(fā)展而來的。使用 VHDL 語言進行程序設(shè)計，在 QuartusII 軟件上對程序進行編譯、仿真?；?EDA 技術(shù)開發(fā)的實現(xiàn)三 層電梯自動控制與目前主流的利用可編程邏輯控制器實現(xiàn)電梯控制緊密相連。 綜上比較，本設(shè)計采用 EDA 技術(shù)實現(xiàn)對電梯的控制。這為電子設(shè)計的入門者提供了便捷的幫助。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)的工具平臺進行邏輯綜合和優(yōu)化，完成設(shè)計任務(wù)。正因EDA 在設(shè)計控制系統(tǒng)中的這些特點， 在電梯控制電路上采用 EDA 技術(shù)進行開發(fā)，越來越受到 人們的重視。 VHDL 具有與具體硬件電路無關(guān)和設(shè)計平臺無關(guān)的特性，并且具有良好的電路行為描述和系統(tǒng)描述的能力，并在語言易讀性 和層次化結(jié)構(gòu)化設(shè)計方面，表現(xiàn)了強大的生命力和應(yīng)用潛力。而且應(yīng)用單片機控制又相當于應(yīng)用其他 6 微機減小了外圍設(shè)備的接口芯片，增強了可靠性。與通常的電器控制相比，單片機系統(tǒng)不需要通過“選層器”并且配備 以大量的中間繼電器作為選層電路的控制設(shè)備，避免了設(shè)備多，檢修 困難，運行維護不便，造價成本高。 單片機技術(shù)在電梯控制的應(yīng)用 單片機體積小，處理速度快，價格低廉，功能強大，是合適的控制系統(tǒng)。由于電梯在運行過程中各種輸入信號時 隨機出現(xiàn)的，即信號的出現(xiàn)具有不確定性，同時信號需要自鎖保持、互鎖保存、優(yōu)先級排 隊、數(shù)據(jù)比較等，因此信號之間就存在復(fù)雜的邏輯關(guān)系。從這種意義上來說， PLC 編程水平的高低就決定電梯運行狀態(tài)的好壞，因此 PLC 應(yīng)用在電梯控制中的編程技術(shù)就成為控制電梯運行的關(guān)鍵技術(shù)。就電梯的控制方法而言，目前國產(chǎn)電梯廣泛采用可編程控制器技術(shù)的智能化控制。因此，目前在國產(chǎn)電梯及中低檔的客梯廣泛應(yīng)用了 PLC 控制系統(tǒng)，特別適用在用電梯的技術(shù)改造。 PLC 將 CPU、存儲器、 I/O 接口等做成一體，使用方便，擴展容易。 PLC 在設(shè)計和制造上采取了許多抗干擾措施，輸入輸出均有光電隔離。只要把按鈕、限位 開關(guān)、光電開關(guān)、無觸點行程開關(guān)等電器元件作為輸入信號，而把制動器、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)。因此，它逐漸被可靠性高、通用性強的可編程序控 5 制器及微機控制系統(tǒng)所代替。 總體方案的確定 技術(shù)在電梯控制的應(yīng)用 由當 初的繼電器邏輯控制電路到今天廣為應(yīng)用的可編程邏輯控制器及微機 控制系統(tǒng)，電梯控制的發(fā)展經(jīng)歷了相當長一段歷程。 面對如此廣袤的電梯市場，所謂 “ 科技就是第一生產(chǎn)力 ” ，處于科技前沿的電子設(shè)計技術(shù)很自然地就與電梯控制設(shè)計一拍即合，給設(shè)計師們以巨大的設(shè)計空間。 在電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，現(xiàn)代電子產(chǎn)品幾乎滲透到了社會的各個領(lǐng)域，有力地推動了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和社會信息化程度的提高，同時也使現(xiàn)代電子產(chǎn)品性能進一步提高，加速了電子設(shè)計技術(shù)的普及進程及技術(shù)革新。而電梯系統(tǒng)里掌控這方面技術(shù)參數(shù)的是電梯控制系統(tǒng)。 隨著電梯普及率的升溫，人們對電梯的要求也會越來越高。 在一些發(fā)達國家和地區(qū)，人均電梯擁有數(shù)量一般在每萬人 30 臺以上，某些國家甚至達到每萬人 120 臺以上，隨著城鎮(zhèn)化程度的加大，電梯市 場會更加繁華。而興建高層建筑是其中的有效措施之一。fault alarm ,etc.. The design can make some evolution for designing to on the senior level lift control. Keywords: lift control progr