【正文】 使得按鍵的靈敏度增大，但是時鐘頻率不能過高，否則容易使按鍵過于靈敏。狀態(tài)機進程中的很多判斷條件是以信號燈進程產(chǎn)生的信號燈信號為依據(jù)的，而信號燈進程中信號燈的熄滅又是有狀態(tài)機進程中傳出 clearup 和 cleardn 信號來控制。 TYPE lift_state IS (stopon1,dooropen,doorclose,doorwait1,doorwait2,doorwait3, doorwait4,up,down,stop) 電梯的 10 個狀態(tài) SIGNAL mylift:lift_state。狀態(tài)機設置了 10 個狀態(tài)，分別是電梯停留在 1 層(stopon1)、開門 (dooropen)、關(guān)門 (doorclose)、開門等待第 1 秒 (doorwait1)、開門等待第 2 秒 (doorwait2)、開門等待第 3 秒 (doorwait3)、開門等待第 4 秒(doorwait4)、上升 (up)、下降 (down)和停止 (stop)。但是 “ 11”的十進制值為 3，沒有和層次顯示的第四層想對應起，所以就放棄選用標準邏輯矢量來定義 position，而選用的整型。這里是四層的電梯控制器，那么只需定義一個兩位的就足夠顯示了。整型直接可以看出電梯運行是樓層的變化，在第一層就顯示 1，第二層就顯示 2，很直觀。 其次是輸出端口，有升降請求信號，就得有一個輸出端口來指示請求是否被響應，有請求信號以后，該輸出端口輸 出邏輯’ 1’，被響應以后則恢復邏輯’ 0’；同樣，在電梯內(nèi)部也應該有這樣的輸出端口來顯示各層停留是否被響應；在電梯外部，需要一個端口來指示電梯現(xiàn)在所處的位置；電梯開門關(guān)門的狀態(tài)也能用一個輸出端口來指示；為了觀察電梯的運行是否正確，可以設置一個輸出端口來指示電梯的升降狀態(tài)。 四層電梯控制器的設計思路 （ 1）四層電梯控制器的實體 設計 首先考慮輸入端口，一個異步復位端口 reset，用于在系統(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，一層最低，不需要下降請求，四層是最高層。根據(jù)電梯的實際工作情況，可以把狀態(tài)機設置 10 個狀態(tài)，分別是“電梯停留在 1 層”、“開門”、“關(guān)門”、“開門等待第 1 秒”、“開門等待第二秒”、“開門等待第三秒”、“開門等待第四秒”、“上升”、“下降”和“停止”狀態(tài)。 (7)電梯初始狀態(tài)為一層開門狀態(tài)。 (6)電梯運行規(guī)則 — 當電梯處于上升模式時，只響應比電梯所在位置的上樓請求信號，由下而上逐個執(zhí)行，直到最后一個上樓請求執(zhí)行完畢；如果高層有下樓請求，則直接升到由下樓請求的最高樓層，然后進入下降模式。 (4)電梯到達有停站請求的樓層，經(jīng)過 1 秒電梯門打開，開門指示燈亮，開門4 秒后，電梯門關(guān)閉 (開門指示燈滅 )，電梯繼續(xù)進行，直至執(zhí)行完最后一個請求信號停留在當前層。 (2)設有電梯入口處位置指示裝置及電梯運行模式 (上升或下降 )指示裝置。 四層電梯控制器具體設計 四層電梯控制器的功能 及設計思路 電梯控制器是控制電梯按照顧客要求自動上下的裝置。如 4個狀態(tài)的狀態(tài)機需 4個觸發(fā)器，同一時間僅一個狀態(tài)位處于邏輯 1 電平，四個狀態(tài)分別為： 000 00 0100、1000。這時，采用格雷碼二進制編碼是特別有益，在該編碼方案中，每次僅一個狀態(tài)位的值發(fā)生變化。 （ 2） 狀態(tài)機的編碼方案 在狀態(tài)機的編碼方案中，有兩種重要的編碼方法：二進制編碼和一位 熱碼(One— Hot)編碼。 (2) 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和輸出函數(shù)畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。因此，我們在程序的綜合過程中，應密切注意 VHDL 綜合器給出的警告信息，并根據(jù)警告信息對程序作必要的修改。但必須注意避免由于寄存器的引入而創(chuàng)建了不必要的異步反饋路徑。一般而言，在進程中使用變量傳遞數(shù)據(jù)，然后使用信號將數(shù)據(jù)帶出進程。 在 VHDL 中可以有兩種方式來創(chuàng)建反饋機制：即使用信號的方式和使用變量的方式。例如可使用兩個進程來描述， — 個進程描述時序邏輯，包括狀態(tài)寄存器的工作和寄存器狀態(tài)的輸出，另一個進程描述組 合邏輯，包括進程間狀態(tài)值的傳遞邏輯以及狀態(tài)轉(zhuǎn)換值的輸出。 4 輔助進程 用于配合狀態(tài)機工作的組合、時序進程或配合狀態(tài)機工作的其他時序進程。狀態(tài)機隨外部時鐘信號以同步方式工作，當時鐘的有效跳變到來時，時序進程將代表次態(tài)的信號 next_state 中的內(nèi)容送入現(xiàn)態(tài)信號 current_state 中，而 next_state 中的內(nèi)容完全由其他進程根據(jù)實際情況而定，此進程中往往也包括一些清零或置位的控制信號。說明部分一般放在結(jié)構(gòu)體的 ARCHITECTURE 和 BEGIN 之間。 1 說明部分 說明部分中使用 TYPE 語句定義新的數(shù)據(jù)類型，此數(shù)據(jù)類型為枚舉型，其元素通常都用狀態(tài)機的狀態(tài)名來定義。時鐘信號同所有輸入信號 13 的邊沿觸發(fā)的狀 態(tài)寄存器和輸出寄存器相連，使狀態(tài)的改變發(fā)生在時鐘的上升或下降沿。對于這兩類狀態(tài)機，控制定序都取決于當前狀態(tài)和 輸入信號。兩種典型的狀態(tài)機是米立（ Mealy）狀態(tài)機和摩爾（ Moore）狀態(tài)機。從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移到另一狀態(tài)稱為控制定序，而決定下一狀態(tài)所需的邏輯稱為轉(zhuǎn)移函數(shù)。用輸入信號決定下一狀態(tài)也稱為“轉(zhuǎn)移”。 2．產(chǎn)生輸出信號序列。 組合邏輯 圖 6 狀態(tài)機的基本結(jié)構(gòu) 狀態(tài)機的基本操作有兩種： 1．狀態(tài)機的內(nèi)部狀態(tài)轉(zhuǎn)換。組合邏輯部分又可分為狀態(tài)譯碼器和輸出譯碼器，狀態(tài)譯碼器確定狀態(tài)機的下一個狀態(tài)，即確定狀態(tài)機的激勵方程，輸出譯碼器確定狀態(tài)機的輸出，即確定狀態(tài)機的輸出方程。狀態(tài)機寄存器的下 一個狀態(tài)及輸出，不僅同輸入信號有關(guān)，而且還與寄存器的當前狀態(tài)有關(guān)，狀態(tài)機可以認為是組合邏輯和寄存器邏輯的特殊組合。 停車控制程序 到站 開門 等待 2秒 等待 2秒 清該層對應指示燈 關(guān)門 返回 12 狀態(tài)譯碼器 狀態(tài)寄存器 輸 出譯碼器 輸出信號 狀態(tài)機的基本結(jié)構(gòu)和功能 狀態(tài)機的基本結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。建立有限狀態(tài)機主要有兩種方法：“狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖”和“狀態(tài)轉(zhuǎn)移表”。 N Y N Y N N Y Y N 初始化 一層開門等待 下降模式 上升請求 到最高層 有到目的層 一層開門等待 Y 上升 N 下降請求請求 到最低層請求 到目的層請求 掃描當前層 下降 停車 上升模式 圖 3 上升模式流程圖 圖 4 下降 模式流程圖 Y 11 圖 5 停車門控流程圖 狀態(tài)機及其 VHDL 設計 有限狀態(tài)機（ Finite State Machine，簡稱 FSM） 是一類很重要的時序電路，是許多數(shù)字系統(tǒng)的核心部件，也是實時系統(tǒng)設計中的一種數(shù)學模型，是一種重要的、易于建立的、應用比較廣泛的、以描述控制特性為主的建模方法，它可以應用于從系統(tǒng)分析到設計的所有階段?？梢詫㈦娞莸却拿棵腌娨约伴_門，關(guān)門都看成一個獨立的狀態(tài)。 總之，這五個流程圖將電梯控制系統(tǒng)具體化，有利于后面的設計。但是使用 VHDL 硬件描述語言設計電梯控制器可以為以后電梯實現(xiàn)智能控制奠定基礎。 本次設計嘗試用硬件描述語言（ VHDL）來實現(xiàn)電梯控制，可進行多層次的邏輯設計，也可進行仿真驗證、時序分析等以保證設計的正確。 目前，在我國國產(chǎn)電梯大部分為繼電器及 PLC 控制方式，繼電器控制系統(tǒng)性能不穩(wěn)定、故障率高，大大降低了電梯的舒適性、可靠性和安全性，經(jīng)常造成停梯，給乘用人員的生活和工作帶來了很多不便，因而傳統(tǒng)的電梯控制系統(tǒng)的更新勢在必行。但大多數(shù)仍然是采用 PLC實現(xiàn)電梯的升降控制，但是采用 PLC 實現(xiàn)電梯控制器 的設計存在大量的缺點缺點。但是本設計屏棄以前老式的采用 PLC 設計電梯控制器，而是使用 EDA 技術(shù) 來實現(xiàn)對電梯的控制的。 3 四層電梯控制器的 VHDL 設計 電梯的微機化控制主要有以下幾種形式： 1 PLC 控制； 2 單板機控制； 3 單片機控制； 4 單微機控制； 5 多微機控制； 6 人工智能控制。這是與實際器件工作情況基本相同的仿真，用來確定設計在經(jīng)過布局、布線之后，是否仍能滿足設計要求。最后生成一個供器件編程（或配置）的文件，同時還會在設計項目中增加一些時序信息，以便于后仿真。用已生成的網(wǎng)表文件，再根據(jù) CPLD（或 FPGA）器件的容量和結(jié)構(gòu)，用自動布局布線工具進行電路設計。將設計的源文件用自動綜合工具由語言轉(zhuǎn)換為實際的電路圖（門電路級網(wǎng)表），但此時還沒有在芯片中形成真正的電路，就好像是把設計者腦海中的電路畫成了原理圖。在編譯前進行邏輯功能驗證，此時的仿真沒有延時，對于初步的功能檢測非常方便。用編譯工具將文本文件編譯成代碼文件，并檢查語法錯誤。用文本編輯器輸入設計的源文件（為了提高輸入效率，可用某些專用編輯器）。 （ 7）設計靈活，修改方便，同時也便于設計 結(jié)果的交流、保存和重用，產(chǎn)品開發(fā)速度快，成本低。 （ 5）支持模塊化設計，可將大規(guī)模設計項目分解成若干個小項目，還可以把已有的設計項目作為一個模塊調(diào)用。 （ 3） VHDL 有良好的可讀性，接近高級語言，容易理解。 VHDL 的主要特點如下： （ 1）作為 HDL 的第一個國際標準， VHDL 具有很強的可移植性。在對一個設計實體定義了外部界面后，一旦其內(nèi)部開發(fā)完成后，其他的設計就可以直接調(diào)用這個實體。除了含有許多具有硬件特征的語句外， VHDL 的語言形式和描述風格與句法是十分類似于一 般的計算機高級語言。 VHDL 語言 VHDL 的英文全名是 VeryHighSpeed Integrated Circuit HardwareDescription Language,誕生于 1982 年。隨著半導體技術(shù)、集成技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子系統(tǒng)的設計方法和設計手段都發(fā)生了很大的變化。 EDA 技術(shù)發(fā)展趨勢 :EDA 技術(shù)在進入 21 世紀后，由于更大規(guī)模的 FPGA 和凹器件的不斷推出，在仿真和設計兩方面支持標準硬件描述語言的功能強大的EDA 軟件不斷更新、增加，使電子 EDA 技術(shù)得到了更大的發(fā)展。 在產(chǎn)品設計與制造方面：從高性能的微處理器、數(shù)字信號處理器一直到彩電、音響和電子玩具電路等， EDA 技術(shù)不單是應用于前期的計算機模擬仿真、產(chǎn)品調(diào)試，而且也在 電子 的制作、電子設備的研制與生產(chǎn)、電路板的焊接、朋比的制作過程等有重要作用。具有代表性的是全國每兩年舉辦一次大學生電子設計競賽活動。在教學方面：幾乎所有理工科 (特別是電子信息 )類的高校都開設了 EDA 課程。 EDA 技術(shù)的基本特征 :EDA 代表了當今電子設計技術(shù)的最新發(fā)展方向，利用EDA 工具，電子設 計師可以從概念、算法、協(xié)議等開始設計電子系統(tǒng)，大量工作可以通過計算機完成，并可以將電子產(chǎn)品從電路設計、性能分析到設計出 IC版圖或 PCB 版圖的整個過程在汁算機上自動處理完成。 1993 年 IEEE 對 VHDL 進行了修訂，增加了部分新的 VHDL 命令與屬性，并公布了新版本的 VHDL，即 IEEE 標準的 10761993 版本。由于它是一門剛剛發(fā)展起來的新技術(shù)，涉及面廣，內(nèi)容豐富，理解各異，所以目前尚無一個確切的定義。 本論文的主要結(jié)構(gòu)為： 第二章介紹了 EDA 技術(shù)的主要特點，并對 VHDL 語言的功能及其結(jié)構(gòu)進行了描述，并著重介紹了狀態(tài)機 的含義； 第三章以 VHDL 語言作為描述工具，對四層電梯的結(jié)構(gòu)進行分析，給出了電梯控制器的設計流程和狀態(tài)機描述； 第四章用 QuartusⅡ 軟件對程序進行了仿真，并對仿真結(jié)果進行了說明和分析，并進行總結(jié)。另一種是采用模糊推理規(guī)則，即綜合考慮評價梯群性能的各種標準，如平均等待時間、長時間等 待率、電梯能耗等等，確定一個隸屬度函數(shù)，將電梯的各種輸入?yún)?shù)模糊化后輸入系統(tǒng)，通過模糊判斷 5 規(guī)則根據(jù)隸屬度函數(shù)來確定一個最佳派梯。 群控策略的選擇 近 20 年來，人們對電梯的智能群控策略有很多研究，提出了各種智能群控算法，它們實現(xiàn)的復雜性和性能也各不相同。 接口層的實現(xiàn)采用分布式控制技術(shù)，在每 — 臺電梯的每一樓層的外招板上加裝一塊外招接口板，在內(nèi)招板上加裝一塊內(nèi)招接口板，在電梯控制柜中加 裝一塊梯態(tài)接口板，這些接口板上都有一個獨立的 CPU 控制著各自的信號采集、發(fā)送、接收、轉(zhuǎn)發(fā)，它們通過一條公用總線與信號采集主機相連，信號采集主機負責電梯所有信號的收集和轉(zhuǎn)發(fā)，負責將收集到的電梯信號送達上層的群控主機和實時監(jiān)控主機，并轉(zhuǎn)發(fā)群控主機和監(jiān)控主機發(fā)出的控制信號。始終強調(diào)電梯的改造最重要的是不可以降低原有系統(tǒng)的安全性。 接口層的實現(xiàn) 電梯智能化改造的實現(xiàn)與原有電梯的接口部分很重要。智能化電梯群控系統(tǒng)可以大大提高電梯群的派梯效率，減少乘客的候梯時間，降低電梯的能耗。 將人工智能應用 到電梯控制領域是從上世紀 80 年代開始的，那時人工智能 4 蓬勃發(fā)展，專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊控制等許多最新的人工智能成果都被應用到電梯群控的派梯算法上，但這些具有智能化派梯策略的電梯在中國的使用卻很晚，使用量并不是很大。